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2010年8月

2010年8月31日 (火)

ICOM IC-756 PA回路図追加

ICOM の HF トランシバーのファイナル部 1.8MHz 〜50MHz 100W のパワーアンプの回路図を追加しました。
 アマチュア無線関係の回路は以下の本を参考にしました。


2010年8月30日 (月)

ビデオ信号のはなし

ビデオ信号とは
いわゆるアナログビデオ信号で、黄色のRCAビデオ端子やSコネクタと呼ばれるY/C分離型の信号が出ている。明るさを示す輝度信号(Y)とカラー情報を送る色信号(C)で構成されるが、1本のケーブルで送るためにこの2つを混合したコンポジット信号と呼ばれているものが一般的で黄色いRCAコネクタでオーディオの赤・白と合わせてビデオ接続ケーブルとしてよく使われている。
ハード的にはVideoamp_2
輝度信号(Y)は最大1Vp-pの明るさを示す信号と、−0.3Vのパルスの同期信号で構成されています。輝度信号は帯域的には 10MHz程度までフラットな特性が求められ、色信号は日本やアメリカでは 3.58MHzの基準バーストの後に色によって位相の異なる信号が±0.5V程度で構成されている。これはモノクロ受信機と互換性をとったためで、この色信号によって水平解像度が制限されることにもなり、テレビで単色の縞模様のシャツなどを写している時に虹のような色が出るのがクロスカラー障害といって、縞模様がカラー信号と区別がつかなくなるために起こります。これはテレビのY/C分離技術などで改善されてきました。これからはデジタルテレビになるのでこのクロスカラーよりは液晶のRGBドット表示による弊害が多くなるかも知れません。
 ビデオ信号は75Ω系で伝送されるので、プロ用では BNCコネクタなどを使いますが、映像DACなどでアナログ信号にされた後アンプで増幅されてコネクタに出ますが、図のように 75Ωシリーズ抵抗をつけてドライブされますので、アンプでは終端時の1Vp-p(Syncもいれると1.3Vp-p)の2倍の 2Vp-pが必要になります。ビデオアンプは高速が求められているので消費電力が大きく、電源電圧が高いとアイドリング電流によっての熱損失も大きくなるので、最近では 電源が3.3Vのビデオアンプが利用されています。
ソフト的には
最近はデジタルテレビ用にビデオ出力も R/G/B/Syncやコンポーネント出力( D3,D4など)でもアナログ出力が必要になっています。その用途に 3.3Vのビデオアンプを複数個( R/G/B/Syncなど)もったICも発売されています。 しかしながら増幅度が決まっていたりして結構DACでレベル・オフセット調整などソフトでの調整が必要になります。

2010年8月26日 (木)

IGBTについて考える

IGBTとは
[Insulated Gate Bipolar Transistor]でバイポーラのトランジスタの駆動にMOS-FETを付けたようなパワー素子です。
ハード的には
Mos_igbt_2トランジスタのベース電流を流すためにFETをつけて電圧駆動で動作できるようにしたもので、コレクタ・エミッタとゲートで構成されている。特にMOS-FETが高耐圧のものを作ろうとするとどうしてもON抵抗が大きくなり、大電流を流した時の電圧降下が大きくなってしまう問題があった。左図の表は TO-220 パッケージのMOS-FETとIGBTを比べたものだが、比較的ON抵抗の小さなものでも 0.5Ω程度あるので、電流を10A程度流すと5Vとなり、トランジスタのVceの 2.0Vよりも大きくなってしまう。ベース駆動するのに電流を多く必要とするバイポーラトランジスタはドライブに電力が必要なので扱いにくく、これらの欠点を補う意味で IGBTが開発された。 しかしながら、トランジスタは電子と正孔を使うデバイスなのでスイッチング速度が遅く、もっぱら低速のインバーターなどに用いられ、高速スイッチングにはMOS-FETが現在も使われている。構成としては単独よりもむしろ複数のデバイスを1つのパッケージにした使いやすい製品も多い。モジュールによっては 1400A程度まで使えるものもある。
ソフト的には
表の中央のTK20A60UはMOS-FETのスーパージャンクション型と呼ばれ、微細加工技術の進化で生産され始めました。ON抵抗が少なく、ゲート容量が少なく、高速スイッチングが可能です。GaN-HEMTやSiCなどの素子の開発より先に 高電圧化してくる電源環境へ、現状のMOS-FETの代替として有用でしょう。
これらパワーデバイスについてはトランジスタ技術 2010年 09月号に詳しく解説されています。


2010年8月25日 (水)

TRIO TS820 Local VCO Unit回路図追加

TRIO TS820 Local VCO Unit の回路図を追加しました。

2010年8月24日 (火)

MOS-FETのゲート電荷量について

MOS-FETのゲート電荷量とは
MOS-FETのゲート容量Cissは一般的にデータシートではバイアスを固定したときの値であり、 この値をそのまま入れて駆動回路を計算した場合若干問題が生じてきます。その理由は、Cissの中にはミラー 容量であるゲート・ドレイン容量CGDの存在があり、かつドレイン・ソース間電圧VDSの関数となって いるためです。また、ゲート・ソース容量CGSは、VGSの関数となっているため複雑な要素を含みます。 実際にドライブ回路を設計する上ではかなり面倒な事になります。
 そこでVGS、VDSの関数としてゲート・チャージ電荷量Qgを規定することが重要になってきています。
ハード的には
Mos_fetnc右の図はRenesasのデーターシートから抜き出したものですが、最近のデーターシートにはゲート電荷量Qgが記載されています。
これによって駆動回路を検討する際は、
   f :動作周波数
 Vgs :ゲート・ソース間電圧
  t :スイッチング時間 のとき

ゲート電荷容量Qgでは
 ドライブ損失 Pd = f・Qg・VGS
 ラッシュ電流 i(rush)=Qg/t

従来のCissでは
 ドライブ損失 Pd =f・Ciss・(V gs)2
 ラッシュ電流 i(rush)= Ciss・Vgs/t

で示されます。
 図でも比較的Qgと遅延時間との相関が良く出ているのが判るかと思われます。

ソフト的には
富士エレクトロニックのアプリケーションノートには容量特性について「スイッチング特性に大きく影響するのは、ゲート・ドレイン容量すなわちミラー容量です。簡略化した等価回路では、ドレイン・ソース電圧がゲート・ソース制御電圧と等しいか小さくなるとミラー容量 は約 10 倍に急激に上昇します。」などと容量だけの評価では動的な特性の評価は難しいことを記載されています。またRenesasのアプリケーションノートにもMOS-FETの使用法が詳しく記載されており、特にゲートドライブの電圧波形が入力容量などの影響で、どうして複雑な波形になるかなどの説明は大変参考になります。

2010年8月23日 (月)

MOS FET Cissを考える

MOS FET Cissとは
MOSFETのゲート入力容量で、ゲート駆動時のスイッチングスピードの目安に使われてきました。しかしながら実際のスイッチングスピードとどう関係があるのか調べてみました。
ハード的には
Mos_fet右図はRenesasのMOS-FETの特性例です。上側がPcH下側がNchですが、P-chだけで見ましても、400pFと2500pFの差がありますが、Tdonの早さは 10ns〜25nsと3倍以下の差です。これは主にデーターシートを作成する測定では理想状態でドライブするので、ドライブ回路が理想的な定数になっているからだと考えます。ですからCiss 400pFで動いていた回路にFETをCiss 2500pFのものに置き換えて同じように規格通りの結果が得られるかというと、それは難しいと考えます。仮にゲート容量が5倍になればゲートドライブの立ち上がりも5倍の時定数がかかってしまうことが考えられます。これほどになればゲート電圧をオシロスコープで見れば判るかと思いますね。
 しかしながら、Cissが多い素子は内部に溜まった電荷を放出する OFF 時の動作にどうしても遅くなってしまいます。データーシートからもCissが増えるに従ってTdoffや Tf が多くなっているのが判ります。 FETは多数キャリア(電子)の流れを制御するので、比較的遅延時間が短いのですが OFF 時の動作は注意深くチェックする必要があります。プッシュプルで動作させる場合はOFF動作が遅くなるため、どうしても両方のFETがONする時間が出来てしまいます。これを避けるためにドライブを工夫するのですが、Duty的に短時間で耐損失に問題なければこのほうがスイッチングスピードが上がるので、用途によってはよしとしています。しかしながら効率を重視する場合や、損失的に問題が出る時には、両方のFETをONするタイミングを遅くして両方OFFにする「デッドタイム」を設けることです。
ソフト的には
MOS-FETは多くの種類があるため、どれを使ったらよいのか迷う場合が多いですが、高い耐電圧を求めるとどうしてもON抵抗が高くなってしまったり、P-chのFETの種類が少なかったりします。高耐圧のFETは海外各社でも生産されていますので、海外メーカーも含めて検討する必要がありますね。
 最近ではゲート容量(Ciss)でなくゲート電荷量(Qg)で記載されているデーターシートが増えてきました。Qg表記の有利な点についてはゲート電荷量のはなしで...


2010年8月10日 (火)

オンボードDC/DCコンバーターのはなし

オンボードDC/DCコンバーターとは
 プリント基板上に実装できるDC/DCコンバーターモジュールのことです。 TDKラムダ(TDCとデンセイラムダが合併)、コーセルなどがよく使われています。
ハード的にはDc_dc
 3.3Vから1.8Vなど簡単な降圧用途ではオンボードでICを使って必要な部分の近くで構成することはできますが、デジタル回路とGNDを分離したい用途や、48Vなどかなり高い電圧から5V程度を利用したい場合など、入出力が絶縁されていてノイズ発生が少ないケースに入ったモジュールがなにかと便利です。基本的には外付けコンデンサーが不要なタイプが多いですが、アナログ回路に使用する時はリップルやノイズを減らすため、電解コンデンサーとセラミックコンデンサーを追加します。特に出力がパルス状に負荷電流が増える場合は出力に大きなコンデンサーが必要です。
出力電圧が足りない時は正負両電圧のタイプを-V〜+V間を使うと2倍の電圧を得ることが出来ます。さらに2個のユニットを直列接続して使うことも出来ますが、逆流防止のショットキーダイオードを接続する必要のあるものや、直列接続自体出来ないタイプもありますので、データーシートを確認してください。
ソフト的には
アナログ用の電源を使うのに例えば +12Vから 5Vにして 1A 流したい場合シリーズレギュレターで作ると ( 12v-5v)x1A =7Wもの熱損失になります。DC/DCで一度8V程度に落とせれば、熱損失は (8v-5v)x1A = 3W+α(DC/DC分)程度に抑えられます。さらにLowDropタイプのシリーズレギュレターを使えばその半分程度に抑えられますね。


2010年8月 7日 (土)

IC730 VCO回路図追加

ICOM の初期のオールソリッドステートトランシバーのVCOをSCHEMATICSページにしアップしました。
133〜138MHzという高い周波数です。

2010年8月 6日 (金)

YAESU FT101B VFO回路図アップ

Schematics コーナーに
YAESU FT101B VFO回路図をアップしました。

2010年8月 5日 (木)

パワーミニパッケージのはなし

パワーミニパッケージとは
[Power Mini Pakage]で、高周波では STO-89 タイプのICアンプなどがこのパッケージで一般的ですが、ここではシリーズ電源用ICについて考えます。
ハード的には
Avr_pkg電源用ICには 1A〜2A程度流せる TO-220タイプで、全体が樹脂モールドされたいわゆる「3端子」と呼ばれるパッケージが一般的で、正電源のタイプ TA78xx ,uPC78xxなどは入力端子が左側で真ん中がグランド、出力が右側です。負電源はまたちょっと違うので別項で...  さらに、中電流クラスの 0.5A〜1AのPW-Mold(パワーモールド)タイプも同様に、左が入力です。 ではさらに小さな電流クラスの 0.1A〜0.3AタイプのPW-Mini(パワーミニ)ではどうでしょう? 実はこれだけ反対で、右端子が入力、真ん中(タブですが)GND、左が出力です。このサイズのパッケージは上述しましたRF用のIC AMPと同じ大きさで、それらは機能的に左端子が入力、真ん中(タブ)GND、右が出力となっているのが普通だったので、さらに間違いやすくなる点です。
ソフト的には
シリーズレギュレーターはアナログ回路の電源に適しており、オンボードで使う機会はますます増えています。しかしながらDC/DCコンバーターと違って、電圧降下分の電圧と使用電流による発熱があることです。特に12Vから直接5Vにする時など パワーミニでは 500mW損失が普通ですから、それで計算しても 0.5W÷ (12v-5v)= 0.5÷ 7 =0.071A ですから 70mAぐらいしか流せなくなります。 一度8V程度に電圧を落とせば、 0.5÷(8-5)=0.167 で規格いっぱいの電流を使えますね。 また、GNDタブの下にスルーホールビアを多くあけて熱を基板の上下パターンで放熱することも重要です。

2010年8月 4日 (水)

回路図コーナーを新設

 ブログに書く記事が思いつかなかった時のために、回路図を探し出してくる「Schematicsコーナー」を始めました。全て画像なので、見にくいかも知れませんが、古い回路図でも私がイラストレーターで清書して書くつもりです。参考になるようにがんばります。
 リクエストにも出来るだけお答えしようと思いますので、この記事にリクエストをコメントしてください。暇ならばすぐに探してきます。できるだけ動作確認が取れたものをと考えています。

2010年8月 3日 (火)

入力保護のはなし

入力保護とは
電気製品の外部接続用の入力端子(出力端子もそうですが)には人間の手が触れることによる静電気によるサージ電圧やアンテナ付近への落雷による誘導電圧など、予想される入力電圧レベルよりも大きな電圧が入ってくる可能性があり、それによって破壊・誤動作がおきないような保護回路が追加されています。
ハード的には
Varistor 右図のように、入力端子を保護するためにさまざまな対策がされています。アンテナ入力などに例をとりますと、簡単な対策では使用周波数では高インピーダンスになるようなインダクターをGND間に入れて、DC領域からの電圧をショートする方法です。入力段のICアンプなどはコンデンサーなどでカップリングされていても、サージ電圧で許容入力電圧を越える場合がありますのでこのような場合インダクターによるショートは有効です。 次にダイオードによるクリッピングですが、希望周波数に近い高周波の不要な電力の場合でも一定以上の電力でダイオードがONして減衰させます。あまり大きなパワーに対しては破壊してしまいますが、リミッターダイオードではおおむね10dB程度の減数を得ることができます。 また、希望周波数とかなり離れた周波数に対して保護する場合には RFCと同じような効果ですが、λ/4のストリップラインを構成することによってDCから高周波信号を減衰させることが出来ます。ただ周波数が低いとストリップラインが大きくなり作成が難しくなりますが、1GHzを越えるような周波数では有効だと考えます。
 また、一般の低周波・ビデオ帯域の信号などに対しては近年バリスタVRDと呼ばれる酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする非直線抵抗素子で、ツェナーダイオードを繋げたような特性を持っています。12V程度から良好なツェナー特性を持っており、ノイズやサージに対する保護に有効です。 また、雷によるサージ電圧など高電圧・大電流に対してはアレスタと呼ばれる放電してサージを保護する素子が利用されています。携帯電話の基地局の信号ライン・電源供給ラインなど高周波特性もよくてサージ性能が高いものが利用されています。雷保護に対するアレスタ製品は他社にも多くありますね。
ソフト的には
かつて入出力の静電サージ保護のために、プリント基板のパターンで0.2mm程度のギャップで放電しやすいパターンを作ったり、ネオン管を使ったこともありましたが、最近では小型でSMDタイプのアブソーバーがよく利用されているようです。

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