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2008年9月14日 - 2008年9月20日の2件の記事

2008年9月16日 (火)

秋月FGキット稼動

正負両電源の工作(9/14/08)
 当がた老AVR研究所のブログは、昨年の10月から溜まっていたほぼ一年間の記録を先月の20日以来、少しづつまとめてアップロードしてきたが、この前の記事でストックが切れた。この記事からここ数日の出来事を報告する本来のブログらしくなる。

 自作のソースコードをどんどん公開するはずだったが、最近はこれまでに公開されているソフトを流用することが多く、オリジナリティに欠けるためためらっているのと、雑誌の付録に浮気したりして時間をとられ、思うように公開できていない。それでもこのところ毎日50人以上の方々がこのブログを見に来てくれている。ありがたいことである。

 全部の記事の索引と、ダウンロードできるリンクの索引があると便利になると思うが、まだこのブログを良く調べていないので出来るがどうかわからない。

 それと気になっているのが、発足以来回路図を一度もアップしていないことである。これも、これまでの回路図がすべて、これまでの先達の方々のを切り貼りしたもので全く自信がない。何とか我が家では動いているが、これを参考にされたらまずいのではないかと思うのと、自分がまだ回路図CADを使いこなせてないのもその理由である。

 もし、欲しいと思われる方がおられるなら、コメントにでも書いてください。今度のリズムメーターあたりは私のオリジナルなので、ソフトも回路図も公開できるかもしれな い。何にしても回路設計はこれはこれで奥の深い世界で、そうそう簡単にマスターできるものではない。人様の知恵をお借りするしかないのだ。その意味ではこうした趣味が続けられるのも、インターネットと自分たちの技術とノウハウを惜しげもなく公開してくれている先達のみなさんのお陰だ。この場を借りてあらためてお礼を申し上げたい。

 さて、工作のほうだが、リズムメーターを作りたいから始まって、間歇音の間隔をデジタル化したい、アナログアンプをうまく作りたい、オシロスコープが欲しい、オシロスコープを買ってしまう、アンプの調整には信号発生器が必要、秋月のファンクションジェネレータキット(以下FG)を入手、両電源が要る、簡易負電源が動かないと、風が吹けば桶屋が儲かるのような連鎖で、今、少しまともな負電源を作ろうとしている。

 例によって、秋月、千石で品物を調達する。今度は計測器にするのでケースやボリュウム、つまみ、ロータリースイッチなども物色した。ちょっと小さいが気にいったケース(タカチYM-150 ¥780)があったので、これに実装することに決める。721fg

 レイアウトは悩ましいところだ。つまみを上面に出すのが一番工作が楽だが、基板とケースに部品が分かれる上、何となく頭でっかちでバランスが悪い。で、今考えているのが、写真のように、ボリュウムとロータリースイッチを側板に並べるレイアウトだ。これだと、ロータリースイッチと基板の位置が固定されるので周波数が高くなったとき安定する。BNCの出力プラグと、LCDを上蓋に配置する。

で、問題の負電源だが、大いに迷った。結論がでなかったので、買い物では、秋月で手に入るLinearTechnolgyのDCコンバーターICの、LT1054(100mAまでの負電源が作れる)と、負電源用3端子レギュレータ7905の両方を買ってどちらも作れるようにした。あわせて千石で、0-8V-16Vのトランスを買う(¥760).。これ何も書いていないけれど、8-0-8の正負電源に使えるはず(?)。

 どちらにするか迷った挙句、DCコンバータを試してみたい気持ちが優り、まずこちらを作ってみることにする。トランスを使ったシリーズレギュレータは高音質アンプのために残すことにする(おいおいオーディオに行くのか)。DCコンバータにしたもうひとつの理由は、分割するために買ってあった9Vアダプタの顔を立てる意味もある。 このDCコンバーターは、50mAとると1.5V以上の電圧ロスがあるということなので常用の6VのACのアダプターでは-5Vになってくれない。少なくとも8V以上のソースが必要なので、ちょうど良い。

 プラス側は普通の3端子レギュレータである。これまでレギュレータは、発熱を嫌って低ドロップ型のものを愛用しているが、昔買った、7805が部品箱にまだごろごろしている。9Vから5Vと半分近くただ熱で消費してしまうのは地球にやさしくないが、部品の活用ということでは胸が張れる。このあいだ勉強した熱抵抗の計算で、レギュレータの発熱がヒートシンクを必要としない程度であることを確認しておく。

  • 発生熱              (9-5)V×0.05A=0.2W(プラス側のみ)
  • 78M05Aの熱抵抗(接合部、表面間)   125°/W
  • 0.2Wのときの温度差      125×0.2=25°
  • 接合部の温度(気温35°時)    35+25= 60°
  • 接合部最大許容温度                     150°なので全く大丈夫

 工作は、最初作った抵抗分圧回路のパーツを基板からはずすのにまた苦労する。単価一個¥1の抵抗器などニッパーでさっさと切って次の空間を空けたほうが生産性が上がるのだが、昔から貧乏性というのか、可哀そうと思うのか、どんな小さな部品も生きているものなら捨てることができない。結局、最初の電源部の配線で残ったところは、ソケットとスイッチ、LED(パイロットランプ)だけで他はすべて作り直しになった。725

 電圧を可変するため、半固定の抵抗にし、あとで調整できるようにする。電源部は0.5ミリの錫メッキ線か、CRのリード線を利用して配線しているが、これが結構手間がかかる。0.5ミリ線も短くなれば曲げにくいし、下手に力を入れるとランド毎はがれてしまう。半田付けの1/3の工程でDIPソケットを逆にしていることがわかり、迷ったがやり直しすることにする。さしたICを抜くことはまずないだろうが、抜くときには恐らく逆にしたことを忘れている可能性が高い。万が一のときの備えである。

秋月FGキット稼動(9/15/08)
 DCコンバータを使った正負電源が完成した。電解コンデンサーとレギュレータが近接して余り良いレイアウトではないが、発熱は余り心配なさそうだし、基板にはこれから周波数カウンターのCPUチップが載る予定なので手狭なのは仕方がない。724fg

 電源線を半田付けする前にブレッドボードを介して接続し、電圧と電流を測ってみた。プラス側はともかく、マイナス側は調整が必要である。本体とつないでスイッチを入れる。順調にマイナス電圧が出てくる。上手く行った。半固定抵抗で-3Vから-7Vまで自由に電圧を選べる。電流も測る。プラス側が42mA、マイナス側が56mAであった。このあいだの簡易両電源の中位点がずれたのがうなずける。

  電源部のユニバーサル基板と秋月FGキットの基板の固定用のビス位置がかなり近いので少しネジ穴を広げて電源部の基板とキット基板を接続して1枚にした。これでバラックでも取り回しが楽になる。 手元が楽になったので、オシロを見ながら秋月FGの最高周波数を試験してみた。キットに入っているコンデンサーのリード線を短く切り、それを差し替え、差し替え周波数を高くしていく。周波数を高くしていくと、方形波のオーバーシュートが気になりだした。 Pict0729

20MHzは簡単に出るようだ。オシロの周波数表示を信用すると、26MHzまで出ることが確かめら れた。ただし、正弦波は15Mhzあたりから歪み始め、方形波は20MHzになると、「方形波もどき」的な波形になる。ただまだオシロに慣れていないので、これがFGが出しているものかオシロが歪んで測定しているのかはわからない。しかし、さすがは帯域60MHzのオシロだ、水平方向は20MHzでもまだまだ余裕がある。

72716mhz 心配したレギュレータの発熱だが、4Vの電圧降下でも思ったほど熱くならない。むしろLT1054のほうが触れないほどではないが結構発熱している。それにMAX038も同じくらい熱を持つ。周波数が高くなればなるほど熱くなるようだ。

アンプの測定に次に必要なのはアッテネーターになる。今はボリュウムをICクリップでつまんで動かしているので安心して他のことが出来ない。これも厳密なことを言いだせばいくらでも難しくなるが、今求めているのは単にアンプの入力になるくらいまでゲインを落とすだけなので単なる可変抵抗で十分だろう。Pict0736

 それと、周波数変更をいちいちコンデンサーの差し替えをやっていたのではやはり実用的とは言えない。部品は買ってあるので早くケースの工作を始めなければならない。いや次から次にやることが増えていく。

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2008年9月14日 (日)

オシロを買ってしまった

清水の舞台から飛び降りる(9/7/08)
 衝撃的なタイトルをつけたけれど、私の買い物歴から言えば、このあいだのデジタル一眼レフ以来の高額の買い物である。 買うかどうか迷っていたオシロを遂に注文した。根が小心者だから10万近い買い物ではいつも迷いに迷って結局、買わなかったということもある。そして買う段になってケチって少し安いものにしてしまい、後で後悔したりする。しかし、電子工作を始めてそろそろ1年。この熱は暫く冷めそうにない。アナログの世界を探検するのにテスターひとつではジャングルに鉄砲も持たずに入り込むようなものだ(テスターはナイフくらいか)。

 とは言いながら、迷っていた自分を後押ししたのは、ネットの情報だった。狙っていた秋月電子のTFTディスプレイのデジタルオシロが秋月より2万円も安いことを知って、思わずこの激安ショップに注文を出してしまった。¥79,800。

 サイトの広告に、「6kロングメモリーの2ちゃんねるの薄型軽量...」などというちょっと怪しげなコピーがあったりして、お金を振り込むとき一瞬不安がかすめたが、帯域60MHz、250M/秒サンプリングの立派なスペック。PCオシロなどに付いているFFT(スペアナ)といった追加処理機能はついていないが、まあアマチュアの個人が最初に買うオシロにしては十分すぎる。恐らくオーバースペックだろう(秋月電子さんごめんなさい)。

 何故、こんなに思い切ったことができたのか。実はこれだけではない理由がある。リズムメーターの工作が進んで、アナログ部に整流回路とボルテージフォロワーのバッファーを追加しデジタル部に始めて接続したときのことである。コンパレーターでパルスにする前に、ADコンバーターで時系列で出ている電圧を測定することを思いついたのである。

 温度ロガーのときの資料を参考に、4msのタイミングでADCを動かし、マイクから入れた音をUARTに吐き出させるコードを追加した。動かしてみた。出てくる。出てくる。最初、数字の出方がまちまちだったが、音声のような断続的な電圧を一点だけで計測していることに気づき、10回測った平均を40msのタイミングで出力することにすると安定した。

 メトロノームをマイクに近づけて計測する。やった。正確なタイミングでパルスが観測できた。よしよし、リズムメーターの基本部分はこれで出来そうだ。あとはアンプのゲインを上げたり、パルスの閾値をチューニングするインターフェースを考えれば実用的な計測器になりそうだ。Rythm_log

 この数字の羅列を見ながら、手探りながらアナログの現象を良くここまで追い込んだなと自分ながら感心する一方、この音声波を目で見ることが出来たらどんなに楽になるだろうと考えた。 ここからパルスを正確なリズムにする過程にはまだまだ乗り越えなければならない問題があるはずだ。スイッチのチャタリングを抑えるのと同じ工夫でデジタル系は何とか解決しそうだが、バラックで組んだオペアンプのところは全く手が出ない。

 回路を少し換えるだけで劇的に音が良くなった経験もある。アナログもちゃんと部品の性能を出してあげたい。それにはテスタだけでなく、まともな計器がなければ話にならない。オシロスコープが欲しいと言う気持ちがこれまでになく強くなったのである。あのロジアナだってあるとないとでは大違いだった。今度も役に立つに違いない。

 それにしても、この1年のはまりようは、自分でも驚く状況である。10万円近い計測器まで買ってしまうのだから。しかし、実は密かな野心が生まれている。オシロがあれば、禁断のオーディオの世界にも自信を持って進めそうなのだ。これでまた世界が広くなる。

オシロが届いた!(9/9/08)
 注文したのが、日曜の深夜。今はネットで銀行振り込みが出来るのでそのとき同時に振り込みも済ませる。実際に振り込まれるのは月曜のはずだ。まあ、品物の到着は2、3日かかるだろう、その前に参考書でも買ってくるかと思っていたら、その翌日の朝、早くも宅急便が来て品物を置いていった。は、はやい。 早すぎる。A9091359

 はやる心を抑えて、梱包をとく。ポータブルなのでとても軽い。しかし、画面は8インチある。オーディオルーム(工作室)に持っていくのももどかしく、居間で電源を入れる。まず、お手本どおりプローブの校正をコネクタの先のトリマーでやる。おお、教科書どおりパルスの立ち上がりを調整できる。何か急に自分が専門家になったような気分である。

工作室に持ち込んで、早速CDプレーヤーの出力を入れて動かしてみる。出た。研究室で見せてもらうだけだった御馴染みの音声波形が出てくる。何しろ参考書を買う前に届いてしまったのである。予定が狂って、次に何をして良いのかわからない。とりあえず、工作コーナーを整理して、一番奥にセットする。

分解能は上下8ビットなのであまり波形は滑らかにならない。誰かが書いていたようにプロットがちょっと太くて精密な感じがしない。メモリは5キロほどしかないのでロガーのようには使えない。FFTがついていないのはやっぱり不便だ。調べていくと色々不満なところは出てきた。しかし、オシロを使い込んでいるわけでもなく、操作にも慣れていないので即断は禁物だ。もう少し使い込718んでから評価をしたいと思う。

 シグナルジェネレータがないので、連続波形を見たあとは当面やることがなくなった。シングルトリガーで、過渡特性なども見たいが、勉強不足でどうやったら良いのかまだわからない。懸案のマイクで拾ったリズム音は増幅器がまだ完全でないので恐らくノイズに埋もれて無理だろう。まあ、あわてずにぼちぼちやって行くことにしよう。

秋月のファンクションジェネレーターキット[AKI-038](9/12/08)
 泥棒を見て縄をなうということわざ通り、オシロを買ったあとシグナルジェネレーターを自作している。数万円だせば安い既製品があるが、アマチュアでもアマチュア無線のように周波数がふらついて人に迷惑をかけることもないし、ましてや人に使ってもらうものを作るわけでもない。デジタルのDDSはあとの楽しみに置いておいて、秋月で値段も手ごろな(¥3500)、アナログICのMAX038 を使った信号発生器キット(AKI-038)を買ってきた。こいつはネットでも評判が高く20MHzまでの正弦波、方形波、三角波を出せる。ただ世の中はデジタル時代でチップは製造停止になってしまったようだ。

 まあ、こちらは今は音声周波数の範囲がでるだけで良いから、完全なオーバースペックだ。それより、計測器なのでケースに入れたいが、その実装に頭を悩ましている。折角だから、AVRで周波数カウンターを作ってLCDに表示させたい。周波数レンジもロータリースイッチか、これもマイコンでリレーでも動かして高周波まで出せるようなものにするか構想はいくらでもふくらむ。実装が決まらないとケースの大きさも決まらないし、気に入ったケースだと基板や外付け部品がはみ出て実装が出来なくなったりする。といって大きめのケースにすると何か間抜けな感じになる。いや、これだけでも難しい。

 とりあえず、周波数帯を決めるコンデンサーのところをICソケットのピンにしてバラックながら暫くは実用的に使えるようにする。キットそのものは、半田付けだけだから造作もない。一晩で出来たが、問題は、電源である。始めての正負電源の製作である。幸いオペアンプのサイトで散々両電源の回路を見ていて一番簡単な、単電源から大容量のコンデンサーと抵抗で中間電位を得る方式にして、小さな基板にDCアダプタをつけて作り始めた。秋月で9VのACアダプタを手に入れ、これを半分にしようというのである。5Vが4.5Vになるが、まあそれは目をつぶろう。どうせ低周波しか使わない。

 作った後から考えれば、この回路の見本にしたオペアンプの消費電流は精々10mA程度、今度のジェネレーターは100mA近い電流を要求しているのでうまく行く筈がなかったのだが、作っているときは気づかない。出来たあと無負荷で電圧を測るとちゃんと、4.5Vづつに分配されている。早速キットにつなぐが動かない。テスターで電圧を測ると、プラス側が6.3V、マイナス側は-2.7Vと偏ってしまっている。

 分圧抵抗に流れる電流の何十倍の負荷をかけているのだから当たり前といえば当たり前なのだが、能天気なことに作ってみてから気がついた。分圧抵抗に100mA以上流せばよいのだろうけれど、そんなことをしている回路は見たこともないし、だいいちエネルギーの無駄で美しくない。

 それより、早くジェネレーターを動かしたい。オシロを見るために、ジェネレータを作っている。そのための電源に余りかかづらっていられない。えいやと、手持ちの+5Vのスイッチングアダプタ出力を2つ正負になるようにつなぐ。これが不思議なことに電圧がでてこない(あとでタイミングの関係でどちらかが動かなくなることを知った)。何となく気持ちが悪くなって、すぐにやめ、片一方を乾電池3個で供給してみた。

 やっとジェネレータが動いた。モニターのヘッドフォンに正弦波らしい単調な音が流れる。早速オシロのプローブをつけて波形を観測する。音楽音声と違ってクリアに表示される。8ビットの分解能はやはり少し苦しい。しかし普及版のデジタルオシロは大抵が8ビット(256ポイント)の垂直分解能だ。文句を言っても始まらない。色々レンジを換えて見る。やはり情報どおり、正確な正弦波ではなく先が少し尖っているのがわかる。

 方形波、三角波、順調に観測できた。あとはしっかりしたアッテネーターを用意すれば、いよいよオペアンプの調整に入ることができる。しかし電源には困ったものだ。色々な選択肢があるだけに決めるのが難しい。

 まあ、まだ先は長い。これも泥縄のくちだが、オシロとオペアンプの参考書も手に入れた。ゆっくり少しづつ決めていこう。

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