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2010年12月

2010年12月27日 (月)

JR-599 安定化電源回路追加

JR-599の安定化電源の回路をSCHEMATICSに追加しました。
トランスで両波整流された DC14Vか、外部 DC +13.5Vにて動作し、オーディオパワーアンプ以外、JR-599のほとんどの電源をまかなっています。VFOにもこの電源を使用していますが、最近の定電圧ICと違って内部のゲインが余り大きくないので、雑音も少ないものと思われます。回路はいたってシンプルでエミッタを共通にした差動回路でツェナーで作る基本電圧の6Vと出力から抵抗で分圧してボリュームで調整する比較電圧を比べて出力用の 2SA537をコントロールしています。

2010年12月25日 (土)

LISTインデックスについて

LISTインデックスとは
このブログの左上にあるインデックスページ群の1つですが、結構手間かけて作った割には使われていないので宣伝します。
何が書いてあるか?
現在2つの表が作ってあります。
1つは DETECTOR IC 「高周波信号検波器 IC」です。各社の検波器のスペックを並べて書いてあります。列の情報は上限・下限周波数と上限下限感度・ダイナミックレンジ、電源電圧、パッケージ Log/Linearの区別などです。
 この項目の部分をクリックすると表がその項目で並び替えることが出来ます。ですから、ダイナミックレンジの広い順とか周波数が高い順などで並び替えて選ぶ時に便利です。
おまけにそのデバイスの品番をクリックするとデバイスのデーターシートを開くことが出来ます。
もう1つはMMIC「モノリシックマイクロ波集積回路」の表です。 これも上限下限周波数やゲインP1dB、電源電圧・NFなどで並び替えることによってどのデバイスが最適かを選ぶことが出来ます。
メリットは?
各社のサイトでも検索できますが、ここではAnalogDevices,Linear,MAXIM, WJ、RFHICなどのメーカーの物も合わせて書いてありますのでメーカーを越えて比べることが出来ます。
*今後好評ならば、方向性結合器、3dBカップラー、高周波GaAsFET、GaN-HEMTなどのインデックスも作成したいと考えています。

バイアスのはなし

バイアスとは
トランジスターのコレクタ電流を規定値に設定して動作点を決めるためのベースに電流を流すこと。
「バイアスが深い」「バイアスが浅い」など、コレクタ電流が多い・少ないことを指してベースのバイアス設定を言うことがある。
ハード的には
Tr_bias_2 小信号回路では主に2つのバイアス回路が見られます。右図上は自己バイアス回路です。計算としては、トランジスタのコレクタ電流を 1mAとすると、コレクタ電圧を1/2の 5Vと設計したい場合に、コレクタと電源10Vの間の抵抗は 5KΩとなります。 10V-5V = 5V , 5V÷0.001A = 5000Ω  トランジスタの電流増幅率を 100 とするとベースには 0.01mA 流す必要があるので、コレクタとベースの電圧差は 5V -0.7V( Vbe) = 4.3V
4.3V ÷ 0.00001A = 430kΩ となります。
 この回路は欠点としてトランジスタの電流増幅率が違うとコレクタ電流も変わってしまう点ですが、コレクタから帰還抵抗としてバイアスされますので、一度決めた電流値に設定しておけば仮に電流が増えた場合、コレクター電源間の抵抗の電圧降下が増えてコレクタ電圧が下がり、バイアスする電圧が下がりますのでベース電流が減り、結果としてコレクタ電流を下げて元の電流に戻す働きをします。ですからわりと簡単な回路で使えるので、よく見られます。
 次の中央の回路は固定バイアス回路ですが、エミッターグランド間に抵抗が入っていてこの抵抗で電流帰還をしています。計算方法は同じくコレクタ電流 1mA としてエミッタ抵抗 1kΩ、コレクタ電圧 6V と設定すると、コレクタ電源間の抵抗は 10V - 6V = 4V 、4V ÷0.001A = 4kΩ 、エミッタ電圧は 1kΩ × 1mA = 1V 、ベース電圧は 1V +0.7V(Vbe) = 1.7V となります。ベースGND間抵抗を 18KΩとすると
1.7V÷ 18kΩ ≒ 0.1mA 電源とベース間抵抗は 10V-1.8V = 8.2V 8.2V ÷ 0.1mA = 82kΩ となります。ベース電流ははじめの計算でも電流増幅率 100 とすれば 0.01mAなので、ベースの抵抗計算にはほとんど影響ありません。 この回路もエミッター抵抗の役割で、コレクタに電流が流れすぎますとエミッター抵抗の電圧降下でエミッター電圧が上がり、ベースの電圧は固定なので結果 ベースエミッター間電圧が下がる事になります。それでベース電流が減り、コレクタ電流が元に戻るというわけです。 しかしながら高周波の出力トランジスタなどはエミッターがシャシーに直接留めて放熱するする場合が多く、エミッターに抵抗など入れられない場合が多いです。ベースにかかる電圧を一定にしても温度変化などでトランジスターの電流は変化しますので、トランジスターの温度特性に合わせたバイアス電圧を作らないといけません。図の下側はダイオードでトランジスターのVbeと同じような温度特性を作りトランジスターの温度変化を補償する回路です。
ソフト的には
 正負の電圧の違いなどはありますが、FETなども同様の考えでサーミスター抵抗などを使ってバイアス電圧の補償をします。最近では温度変化に対してBIASコントローラーICなども多種出てきましたので、デジタル的に温度補償することが出来ます。

2010年12月22日 (水)

DiodeSWのはなし

DiodeSWとは
ダイオードのスイッチング特性を利用して交流信号をON/OFFする回路です。ダイオードの電流のON/OFFで制御できるので分岐や選択が容易で、古くから使われる回路です。
ハード的には
Diodesw_2右上に動作原理を説明する回路図を示します。ダイオード2本を信号ラインに直列に入れて、ON/OFFする回路です。ダイオードのアノードが繋がる中央に電圧をかけますと、ダイオードに電流が流れ、ダイオードがONします。ダイオードがONした状態はちょうどダイオードが順電圧Vf分の電池と同じように電圧シフトとして働きますので、ちょうど2本が打ち消しあって入出力が繋がった状態になります。しかしながら直流がバイアスされていますので、図のグラフのように電源電圧の半分くらいの電圧がかかりますので、両端には直流電圧カットのコンデンサーが必要です。
 また、ダイオードの性質上順電圧(Vf)以下のバイアス電圧では OFFしてしまうので、たとえば0V方向では +Vf 電源方向では Vcc -Vf の電圧の入力電圧になるとダイオードがOFFしますので、そこでOFFして信号が歪んでしまいます。ですから電源電圧よりかなり低いピーク電圧の信号を扱うことが普通で、大電圧を扱う場合は、バイアスする電圧もそれ以上の高い電圧が必要です。
ソフト的には
 実用的には ON/OFFだけでなく、2つの経路を切り替える用途が多いのですがその場合OFF側のダイオードが逆バイアスになって切り離されます。この電圧も上記と同様に逆バイアス電圧よりも大きいピーク信号が来ますとONしてしまう場合があり、歪みます。信号レベルに注意して電圧配分を考える必要があります。


2010年12月21日 (火)

RF IP を考える

RF IP とは
[Radio Frequency Intercept Point ]高周波妨害点?で受信機の評価などで使われる指標です。IIP3というと入力3次歪み[Input IP 3rd]で OIP3では出力3次歪み[Output IP 3rd ]の略で、3次歪みレベルと希望波レベルが同じになるレベルをさします。
ハード的には
Rfip図は受信部のブロック図です。入力部のBPFによってある程度妨害波(f2)を減衰することが出来ますが、入力でのフィルタは単一周波数・バンドの無線機はヘリカルフィルタなどで比較的狭い帯域で減衰特性も良いですが、帯域外であっても移動無線機などは近くの放送局や移動局などによって希望する信号よりも妨害波の方がかなり大きいことがあります。妨害波の除去が十分でないと次段のアンプは妨害波の方を主として増幅してしまい、通常希望波だけならば歪み無く増幅できるレベルを大きく超えてしまうことになります。仮に出力レベル +10dBm可能なアンプでも妨害波と希望波を同じレベルで増幅する場合は、2つの信号あわせてトータル出力+10dBmなので、各々では +7dBmずつになってしまいます。この現象はいままで普通に受信できていたのに、妨害波が来た瞬間アンプが飽和してしまい受信レベルが落ちる(感度抑圧)される現象として現れます。
 このような現象を防ぐには、アンテナ直後のフィルタを強化する事も必要ですが、同じバンド内信号には効果ありませんので、受信機のIPを上げるしかありません。これはAMPのIPを上げることだけでなく、その次のミキサーのIPも上げないとミキサーで歪みや感度抑圧が出てしまいます。そのためにAMP段やミキサーをプッシュプルにしたり(プッシュプル回路自体で2次歪みを改善します)、FETをパラレルにしたりして最大出力電力の向上をします。またミキサーでの歪みを防ぐには、逆に前段のAMPでの増幅度を多く取らないことも有効ですので、スイッチでRFAMPをスルーにしたり、はじめからRFアンプを付けない無線機も見受けられます。最近では高IPのダブルバランスドミキサーなどを使っていますが、高IPには十分なLocalドライブが必要なので、アンテナへのLocal漏れなどの対策も必要になっています。
ソフト的には
 昔アマチュア無線機で初段に優れたヘリカルフィルターを入れたものが開発され、そのIP特性の良さなど評判になりましたが、使った感じでは感度がいまいちでした。確かに都会で多くのノイズ環境の中では優れた性能だったかかも知れませんが、私の住んでいる田舎では出ている局そのものが少なく、混変調特性よりも感度があった方が良かったのかも知れません。切れのよいヘリカルフィルターはどうしても通過帯域でのロスが増えてしまうので、そのへんもネックだったのかと思います。

2010年12月20日 (月)

ICOM IC721 RF & MIX 回路追加

ICOM が 1987年に発売した普及価格帯ゼネラルカバレッジIC721の受信高周波部をSCHEMATICS に追加しました。
 高周波増腹部はダイオードスイッチでアンプとスルーの2つに切り替えることが出来、混変調などの対策に有利と思えます。またミキサーに繋がるラインにはローパスフィルタが形成され、主としてローカル信号の漏れやFM・テレビ信号の影響を除去しているものと思われます。デバイスは2SK125と比較的安価な普通の接合型FETを使っていますが、高周波増幅断では2個のFETを並列にしてノイズフィギヤの向上を狙っています 高IP化と広帯域化をねらっています。*コメントで指摘頂き、修正しました。

2010年12月17日 (金)

未来デバイス研究開発プロジェクト

未来デバイス研究開発プロジェクト
別室で立ち上げました
「実現不可能かもしれないけれど、こんなのがあったらいいな」という夢を書き込んでいます。
掲示板も設置しましたので、気軽にご意見をどうぞ。

変調波のピーク電力を考える

変調波のピーク電力とは
高周波信号を増幅するアンプにとって、最大電力を考慮してゲインや段数などを設計しますが、変調波を増幅する場合変調波が出来るだけ歪まないように、変調波のピーク電力を考慮して通常の出力電力に比べてピーク電力をどれくらい余裕も持たせるかという「バックオフ」が重要になってきます。
 あまりピークを多く見積もると10Wのアンプなのに1kWのアンプを使うなんてことになりますが、実験装置なら良いですが、コストにひびく量産品では重要な問題です。
ハード的には
Peak それでは信号にはどのくらいのピーク成分があるのでしょう?右図上は変調がかかっていないCW波形です。この波形の電圧をVとすると電力Pは VxV/R でこれを基本電力とすると、AM(振幅変調)で100%変調した場合を考えると、変調波のピークは2倍の 2V となります。電力は Pm = (2V)x(2V)/R = 4(VxV)/R となり4倍の電力となり、 6dB のピークと言えます。
 また、FM変調や BPSK変調では基本的に信号レベルが変わりませんので、ピークレベルは変わらないことになります。しかしながら QPSKなど変調の遷移時に信号が0レベルになることがある信号や、64QAMなどのAM成分がある信号はピーク成分を持っています。例をあげますと携帯電話で一般的な W-CDMAは9〜10dB 、64QAM -52 キャリア OFDM の無線 LAN(IEEE 802.11a/g)は,12〜15 dB 確保するのが普通のようです。WiMAX信号や地上波デジタル信号のようなOFDMマルチキャリア信号は、それぞれのキャリア信号の変調によるピークが確率的にはキャリアの数だけ重なって大きくなる場合がありますので、単純に考えるととてつもなく大きなピーク値になってしまいます。実際は送信側のデジタル信号からマルチキャリアのアナログ変換する際にピーククリッパーなるピークを下げる処理が行われているのが一般的で、信号の符号化にも多少の伝送エラーがあっても訂正できるしくみがあるので、ピークが多少削られても問題なく通信できることになっています。ピーク電力がきちんと増幅できないと歪みが発生し、通信品質が悪化するだけでなく、隣のチャンネルまで妨害を与えてしまいます。
ソフト的には
 地デジやWi-MAXでは約15dB程度バックオフが必要でしたが、アンプのリニアリティを改善するAPD(アナログプリディストーター)やDPD(デジタルプリディストーター)などで、さらにバックオフを下げ、小さな出力デバイスで高効率なアンプが多く開発されました。今後はLTEなど高速な携帯の普及にとっては基地局の効率向上だけでなく、携帯の出力パワーアンプも高ピーク出力のものが求められています。通信速度が上がってもバッテリーがあっという間に無くなってしまっては使い物になりません。各社バッテリーの高容量化と携帯の省電力化に頭を悩ましているところでしょう。

2010年12月16日 (木)

周波数逓倍回路を考える

周波数逓倍回路とは
 基本周波数から数倍の周波数を生成する回路のことですが、PLL等と違って簡単な回路でノイズの少ない信号が生成できます。基本周波数を三田電波のTCXOなどで任意に設定することによって、その数倍の周波数が生成できますので、単一固定周波数のみで問題ない場合は便利です。しかしながら効率よく周波数を逓倍するにはどのような工夫が必要でしょうか?
ハード的には
Teibai2TCXOなどの発振器はそれ自体±1V程度の出力を持っていますので、右図のように普通のICアンプなどに入力すればアンプは飽和状態になって高調波が発生しやすくなります。それをさらにショットキーバリアダイオードに入れてクリップさせて歪ませることで基本波を抑圧し、高調波をさらに大きくすることが出来ます。しかしながらこの回路では、アンプの主たるパワーの成分はf0の基本波であって、それ以上のレベルの高調波を得ることは出来ません。
 その問題を解消したのが下側の回路です。TCXOの出力をまずショットキーバリアダイオードに加え、高調波を発生させます。最近のTCXOはクロック用途のものでははじめから矩形波出力のものも多く、出力レベルも5Vp-p程度得られますので、このような使用方法にはもってこいです。次にこの信号を直接アンプに入れても良いですが、それでは効率改善になりません。このアンプ入力に直列共振のBPF回路を入れます。精密なBPFが使えればもっと良いですが、ダイオードで歪ませたポイントはインピーダンスが必ずしも50Ωとはならないので、フィルタはカットアンドトライが必要になります。このフィルタで基本波を下げ、希望の高調波を相対的に大きく出来れば、アンプの主たるパワーを希望波で使うことが出来ます。その後はヘリカルフィルター等で増幅できますので、アンプのゲインやP1dBなどとフィルタのロスを考えれば、ほぼリニア設計時と同じ要領で設計できます。
ソフト的には
素数倍するには逓倍回路とHPFを組み合わせて何段か増幅するしかありませんが、2倍・3倍を組み合わせて生成できる場合は段間にBPFを入れて効率よく逓倍することが出来ますので、基本波を計算する時に良く考慮する必要があります。


2010年12月15日 (水)

ヒューズについて考える

ヒューズについて
ヒューズは過去結構使われて来ていますが、最近の家電にはあまり見かけませんね。それだけ重大な故障が少なくなったのか、内部にヒューズが入っていてユーザーが簡単に交換できない設計が多くないっていると考えられます。
ハード的には
20101215_94415最近は基板に半田付け出来る 1005型など小型SMD型のものも増えてきています。自分で設計する場合はどのくらいの定格のヒューズを使うべきか悩むことが大きいですが、大きく分けて通常の遮断性能のものと、速断タイプのものがあります。 右図のように速断タイプ(青色)は通常のもの(黒)に比べて短い時間領域では低い電流領域(切れやすい)にあることが判ります。おおむね30mS以下で速断性が発揮されていますが、長い時間ではかえって切れにくくなっているので、定格近くの電流を通常時に使うことによってわずかな超過電流によって素早く切れるようになっています。
 ヒューズは基本的には定格電流の2倍から2.5倍で切れるようになっていますが、電源を入れた時の突入電流で大きな電流が流れる場合は、突入電流の時間tとピーク電流値Iの積 I2tにて定格が決まっていますので、データーシートを参照ください。
20101215_95521
 データーシートの溶断特性から見ると、10秒で定格の1.7倍程度、10mSならば4倍程度の電流まで切れないことがわかりますが、一度でも短時間でもこれに近いぎりぎりの電流が流れると劣化が進み切れやすくなることがあります。突入電流や故障した時の電流を正しく見積もりましょう。また温度によっても切れやすくなりますので、70℃を越える環境ではディレーティングを考慮する必要があります。
ソフト的には
ヒューズの剪定にはメーカーの資料が公開されています。最近では自動復帰できるポリスイッチなるデバイスも多く使われていますので、交換が難しい用途では便利でしょう。

2010年12月14日 (火)

白色LEDドライブのはなし

白色LEDドライバとは
白色LEDは通常の赤・緑のLEDよりかなり高い3.2V〜3.6V程度の順方向電圧(駆動電圧)が必要です。普通は電池2本あれば 3Vあるので赤・緑LEDならそのまま、電流制限抵抗で点灯できます。白色LEDでは3本必要になるので、ちょっと大きくて不便で、できれば1本で点灯したいですね。このような用途にICの昇圧ドライバはありますが、1.5Vで動作する物はあまりありません。
ハード的には
Wled_drivePNPとNPNの2つのトランジスタを使って発振回路を構成し、負荷のインダクターの逆起電力を利用して昇圧コンバーターとして動作します。 動作原理はまず、電源ONすると2つのトランジスタはONします。すると100Pのコンデンサーに充電されるとPNPのベース電圧が上昇してOFFになります。PNPがOFFになればNPNもOFFになり、コレクタの電圧が上昇してPNPにはさらに逆方向にバイアスされることになります。このときインダクターの逆起電力と電源電圧の合計が1uFのコンデンサーに蓄積されます。インダクターのエネルギーが放出し終わると逆方向に電圧が下がり、再びPNPがONして発振を継続します。 オンになる時間は100Pと直列の10kの時定数 100PFx10K で、OFF期間はB-C間の抵抗を加えて 100P( 10k + 10k )の時定数になります。
ソフト的には
最近ディズニーランドなどで夜、イルミネーションのバッチなど 赤・緑に加え、白色や青色も加わり大変きれいな物が販売されていて、みなさんがつけています。一昔前にミッキーの蛍光管のイルミネーションのものを買ったのが、家に使われずに残っています。青色・白色のものは中に発振器とマイコンがはいっているのかな?などとつい考えてしまいます。


2010年12月13日 (月)

リニアAVRでDC/DCのはなし

リニアAVRでDC/DCとは
いわゆる3端子のAVR(安定化電源)ICでは、高い電圧から低い電圧にする場合などその電圧差×電流が消費されるので、電流が大きいと発熱がバカになりません。 そんな時、ちょっとした部品の追加でDC/DCコンバーターにできれば楽ですね。
ハード的には
Linear_dc_dc 右図にLM7805を使った5V電源回路例を書きます。追加するのはPNPのスイッチングトランジスタ(2SAxxx,2SBxxx)とショットキーバリアダイオード、インダクタ、出力のフィルタ用ケミコン程度です。入力電圧が3端子ICの最大入力電圧(通常35V程度)より高い場合は3端子ICの入力に定電圧ダイオードをシリーズに入れて電圧を下げます。トランジスタのコレクタとICのGNDに繋がる抵抗とGNDへの抵抗は発振させるために入っています。この2つの抵抗で発信周波数も変化します。ショットキーダイオードやインダクタは通常のDC/DCコンバーターと同じようにパルス電流が流れますので、出力電流にあわせて余裕のある定格の部品を選んでください。ほとんどの電流はトランジスターに流れますので、大きな定格のトランジスタを使うことによって出力電流は定電圧ICの1Aよりも大きな電流を流すことが出来ます。ノイズ対策のためにGND配線を太く確保したり、1uF程度のセラミックコンデンサーが出力に必要な場合はつけます。
ソフト的には
本回路の面白い点は、電流が数mA程度に少なくなりますと発振が止まり、リニアレギュレターとして動作します。そのあたりの切り替えはトランジスタのベース・エミッタ間の抵抗で設定できます。スイッチング電源なのでノイズが心配ですが、表示機のバックライトなどノイズに関係しない低電圧・大電流のアプリケーションでは便利な回路でしょう。

以下の本の中の回路図を参考にしました。

2010年12月10日 (金)

マイクロウェーブ展2010で見つけたはなし

まずはカップラーの韓国メーカー
 ANARENなど米国メーカーが品種を減らしているSMD型のカップラーですが、韓国では携帯基地局などの需要で結構カップラーが生産されているようで、RN2 Technologiesというメーカーが紹介されていました。C_b2a_01比較的携帯の周波数に特化されていましてあまり広帯域なものはありませんが、韓国ということで近いし価格的にも有利だそうです。広帯域タイプも100W耐圧ですが数種類ありました。データーシートはカップリング特性まで載ったものが見られますので、特性を確認することが出来ます。(最近購入しないと特性が解らないメーカーが多いので..)
高誘電率のプリント基板
数年前の松下の撤退によりいわゆるイプシロンテンといわれる誘電率10のプリント基板ですが、高誘電率なのでパターン幅を狭くできる、小型化できるなどの利点がありますが、互換として海外製品しか無かった状況でした。20101210_85410最近は日本ピラー工業のNPC-F1000や中国製など入手もしやすくなってきたようですが、誘電率を上げるためセラミックスの粉を混ぜるため行程が難しくてまだまだ価格が高く「再設計をするよりは、高くても..」という状況で、松下撤退前に売るほど在庫をたくさん持ったメーカーもあるそうです。
測定器では
ADVANTESTがPC内蔵のネットワークアナライザを展示・デモしていました。Campaign_r376010KHz〜300MHz で定価 50万 300MHz〜6GHzで 定価 98万と、生産設備に使ってコストを省く用途に絞っているようです。VBやCでのインターフェイスも豊富なようで、もうちょっと安ければ個人にもほしいような製品です。
AGILENT では 3,500万円のオシロスコープをさわってきました。家が建ちますね..


2010年12月 9日 (木)

マイクロウェーブ展2010に行ってきました

本日はパシィフィコ横浜で行われているマイクロウェーブ展に行ってきました。
特に「今年の目玉」という物は見あたりませんでしたが、久しぶりだったので色々新しいものが目に付きました。
住友電工のGaN-HEMT
M1a結構多品種展開されていました。なかでも小型デバイスを2つ入れたM1Aパッケージでは60W,90W,180Wと小さなパッケージにも関わらず、大きなパワーが出るものですが、デバイスの幅が広いため真ん中が浮きやすく、取り付けにグラファイトシートなどを入れて実装する必要がありますね。
 また新たにForRadarM1bというジャンルでパルスアンプ専用GaN-HEMTが紹介されていました。2つ入りのパッケージで2.8GHz min 400Wというハイパワータイプが目新しかったですね。
 他、携帯周波数帯にマッチングしたデバイスはLTEに向けてピークパワー重視のもので、カタログ表記も従来の P3dBではなく Psat 表記に変わってきています。GaNのピークパワーを生かしてデジタルプリディストーション技術を使うことは、高効率アンプへの優れた手法だと考えます。

引き続き、他の目新しい点は後日レポートします。

2010年12月 8日 (水)

YAESU FT-ONE 受信回路追加

SCHEMATICS に YAESU FT-ONE 受信回路を追加しました。
 アンテナから入力された信号は送受信兼用の10種類のBPFを切り替えて、PINATTに入力されます。これは RF-AGCとして強入力に対するATTとして働いています。高周波増幅段はFETでなくバイポーラのトランジスタを2時歪みとダイナミックレンジ拡大に有利なプッシュプル回路で使い、しかも13.5Vという高い電源電圧で使って直線性を稼ぎ、抵抗で NFBをかけて使用しています。 IF は 73.115MHz として、73.265MHz〜103.11499MHzという高い1st Localを使って発振帯域をかせぎ、高帯域受信機を実現しています。 実際はBPFやIFのミキサなど送受共有するためのダイオードスイッチ回路が組まれていますが、簡略して記載しました。

2010年12月 7日 (火)

定電流ダイオードのはなし

定電流ダイオードとは
一定の電流に制限する目的のダイオードです。最近は白色LEDの電流制御などのため多く使われるようになりました。SMDタイプの物も石塚電子などからも出ています。
ハード的には
Crd 構造的には右の図のように、ダイオードというよりは接合型FETのゲートとソースを繋げた回路構成です。ある一定以上の電流が流れると内部抵抗によって逆バイアスがかかった様な状態になってFETの電流が流れないようになり、電流を一定にします。古くからFETにて同様の回路を作り、定電圧電源のリップル除去などのために多く使われてきました。
 ダイオードでは最大電流が20mA程度ですが、並列に繋げれば増やすことも出来ますが、100mA以上では規模が大きくなりますので、定電圧電源ICを使って定電流電源を構成することが出来ます。右図の例で例えば 5Vの定電圧電源を使った場合、Rの両端に 5Vが発生するように ICが動作するので、200mA流したい場合は 5V ÷ 0.2A =25Ωとなり、GND側に向けて 200mAの定電流を供給することが出来ます。
ソフト的には
電流を制限する目的にはポリスイッチなどの可逆型ヒューズがありますが、電流が切れてしまっては困る用途には定電流電源は有効です。精密な抵抗と定電流電源があれば、精密な電圧源を作れますので、さまざまな基準電圧を作ったり、電流を供給するためアナログICの内部では定電流回路が多く使われています。

2010年12月 6日 (月)

LEDのドライブを考える

LEDのドライブとは
LEDは初期の緑・赤から最近の青色や白色のものまで多岐にわたってありますが、簡単なON/OFFのための駆動は、トランジスタやCMOSゲートなどによるものが使われます。簡単な計算で電流制限抵抗を計算してみます。
ハード的には
Led_drive右図のようにトランジスタで駆動する場合はカソード側にトランジスタを入れてON/OFFします。この方法ですと、トランジスタの駆動に必要な電圧はベースエミッタのONする電圧(約0.7V)で済みますので、ベース抵抗を大きくしてドライブ側の電流出力が少なく出来る、1.8V等の低い電源電圧のCPUでも駆動でき、LEDを点灯させる電圧は特に安定化してある電源から取る必要が無いので電源の自由度が高い、などのメリットがあります。FETではオープンドレインで同じように使用できます。
 実際の計算では2つの電圧を調べる必要があります。
1つめはトランジスタのON電圧[Vce(sat)]です。これは普通 0.3V程度なのであまり誤差はありませんが、ダーリントントランジスタなどは大きくなりますので、チェックしてください。
2つめはLEDの電圧降下です。通常の赤色高輝度LED 例えばRohmのSLI-343URCなどは20mA流した時に 1.9Vです。同様に白色LEDのSLR343WBD2PTは20mA時に 3.2Vです。
 この例では電源電圧5Vで白色としますと、電源電圧 5Vから トランジスタON電圧とLED電圧を引くと、 5V-0.3V-3.2V = 1.5Vとなり、抵抗R1の両端の電圧は 1.5Vとなります。ここで電流を 20mAとすれば抵抗は R = E÷I なので 1.5V ÷ 0.02A =75Ωとなります。単純に 5V÷ 0.02A = 250Ωとして計算してしまうと実際は 1.5V÷250Ω =0.006A ( 6mA)となり、期待していた明るさでなく、全く暗くなってしまいます。
 下の図のCMOSではどうでしょう? CMOSの場合数10mAでしたらゲートを並列に繋げるなどして電流を確保できますので、図のように電流を流し出す方向で使うことも出来ます。上の例のようにカソード側に繋いで使うことも出来ますが、CMOS出力なのでOFFするにはLEDの電源をCMOSゲートの供給電圧程度にしないと電流が流れてしまいます。同じ電源で使う場合は計算もLEDの順方向電圧だけ考慮すれば良いので R2 =( Vd - Vled )÷Iled =( 5V-3.2V)÷0.02A =90Ω となります。
ソフト的には
 多くのLEDを同時に付けたい場合は高い電源電圧が確保で来る場合では、直列接続の方が有利です。仮に7個白色LEDをつける時には 3.2V X 7= 22.4V となり、24Vの電源で使えますね。12Vの電源でしたら( 12V÷ 3.2V= 3.75 )3個までが限界ですが、これを2回路作れば6個点灯できます。
 抵抗の電圧降下を下げると言うことは消費電力も低くなるので小さな抵抗を使えるというメリットもあります。

2010年12月 3日 (金)

MOS-FET Switching Power Amp回路図追加

SCHEMATICSに 45W MOS-FET Switching Power Amp回路図を追加しました。
 インバーター用などのスイッチング用途ですが、MOS-FETのゲートドライブなど大変参考になります。

2010年12月 2日 (木)

自分で調べるのはなし

自分で調べるとは
 解らないことがあると、会社では詳しい人に聞けます。しかしながら詳しい人がいない場合は自分で調べるしかありません。私自身「自分で調べる」しかなかった環境でしたのでそれが普通なんですが、妻などはなにかパソコンの操作法で解らないことがあると私に聞いてそれで「すぐ」解決します。
調べるには本しかなかった時代
 昔はインターネットなどなかったので、組み込みCPUのソフトを作ろうという時には、まず辞書のようなマニュアルを読むしかなかったですね。DOSの時代では、環境変数をセットするとか、ディレクトリをきちんと構成するとか、まずパソコン上で開発環境を設定するだけで大変でした。
 その上で、ライブラリなんかないので、自分でI2Cの通信を行う時にはポートを制御しながらオシロで波形を確認して、動作をチェックしながらサブルーチンを組んでいったものでした。その際もハードが悪いのかソフトなのかもはっきりしない状態で、ハード屋でありながらハードチェックするためのソフトを開発する時代でした。 少しでも資料を得ようと本屋で技術書を探したり、東京まで行って探したりした本は今でも大事にしまっていますね。 この動作の時にこのフラグが立つんだな?とレジスタを見ながら動作をチェックし、デバッグはもっぱらアッセンブラレベルでしたので、C言語とアッセンブラの両方解らないとデバッグできない時代でしたが、かえってCPUの内部がよく見えた時代でした。I2Cを開発した頃は、フィリップスの英文資料なんかを翻訳しながらプロトコルを確認したり、デバイスもPLL-ICなんかではデバイス側も英文マニュアルで、かなり英文読読むのが上手になった時期でした。
マニュアルレスの時代
 今はパソコンでもOSでも分厚いマニュアルが付くなんてことは無くなりましたが、昔はASCIIコード表や漢字コード表まで載っているマニュアルが3冊ぐらい付いていました。PDFやネットのQ&Aで分からない点を検索すれば良いので調べる時間も短くなりましたが、どうも私自身「直接の解決法」に目がいってしまい、解決してもあまり力になっていない感じがするのです。 たとえばバグが出た時に、ネットで解決法を調べ、それをそのまま(コピペの時もあるなぁ)やって解決してしまうと、何が原因だったか詳しく解明しないので、また似たようなトラブル時に応用して解決できないなんてことがよくあります。便利の分だけ、楽した分だけなにか身についてない感覚です。
本は高いが...
本を初めからキチンと読まなくっちゃと最近は買ってきたプログラミング本の初めから、そもそも論から読むように努力していますが、本代がかさみますね〜。

2010年12月 1日 (水)

積層フィルムコンデンサーのはなし

積層フィルムコンデンサーとは
いわゆるフィルムコンデンサーですが、最近はチップタイプの小型のものも多く使われていますので、特性を調べてみました。
ハード的には20101201_10334420101201_103351
フィルムコンデンサーのメーカは多くありますが、チップタイプを生産しているのはパナソニック日立エーアイシーぐらいでした。
 周波数特性はセラミックコンデンサーと同じようにディップ点が鋭く、内部抵抗が小さいのがわかります。大容量のセラミックコンデンサーがなく、電解コンデンサーしかないころは、サイズをがまんして巨大なフィルムコンデンサーを使うしかなかったのですが、セラミックコンデンサーでは実現できない温度変化に対する特性が重要です。ほぼ容量誤差ぐらいの温度特性を実現しているのがわかります。
ソフト的には
しかしながら表面実装タイプで最も大きな容量が 1uF程度で3225サイズになってしまうので、価格の面からも発振器などの時定数を決めるには小容量での組み合わせが良いかと思います。 表面実装タイプは音質の面から、オーディオ用などに広く使われているようです。

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