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2011年3月

2011年3月31日 (木)

SMDインダクターのPADのはなし

SMDインダクターのPADとは
SMDインダクターは多くがボディをセラミックで製作されています。細いコイルで巻いている巻き線タイプもありますが、電流や信号を流す目的のコイルは断線する危険が大きいのが注意すべき点です。実装時のパターンレイアウトや半田量によっては、基板の温度による伸び縮みによる影響でインダクターが割れてしまう場合がありますので、ここではSMDインダクターのパッドの大きさを考えます。
ハード的には
Ind_layout 図は1608タイプのインダクターの推奨パッド寸法です。TDKと太陽誘電ではすこし違いますが、おおむねTDKは太陽誘電の中間値と考えられます。 1608では幅 0.8mm 長さ1.6mmなのですが、ここで特徴的なのが 最大でもPAD幅が0.8mm以下という点です。これは部品の幅いっぱいまでで、それ以上広くしないという点です。さらに部品を実装した場合に残って見えるPADの長さは 0.2mm〜0.5mmとかなり少なめにしている点です。
 これらは半田の量を極力少なくして温度変化による収縮の影響を少なくしようという意図からだと想像できます。太陽誘電のMINではPAD幅が 0.6mm と部品より狭くなっているのが印象的です。しかしながら半田量が少なすぎて接着力が低くなると振動やそりなどでの影響が出ますので、やはりそこそこの幅を選択するほうが妥当ではないでしょうか。
ソフト的には
 チップインダクターも基本的には電極に半田コテを当てるのは推奨されていませんので、手半田は厳禁ですが、修理などで交換するのには半田槽では実装できませんので、細心の注意をして最小限の半田量で電極にコテ先を触らないように半田を流して半田付けします。イモ半田みたいに盛り上がった量ですと温度サイクル試験でチップが割れて、出力が出なくなったり、振動で動かなくなったりするトラブルが起きます。きれいにしっかりついている半田の状態は美しいですし、安全です。


2011年3月30日 (水)

モノステーブルマルチバイブレーターのはなし

モノステーブルマルチバイブレーターとは
[Monostable Multivibrator]で、ゲートICとしては TC74HC123AFなどがそうです。
ハード的には
入力をトリガすると出力にCRの時定数で決められたパルスが出力されるというものです。20110330_113954
 図で説明すると、#CLR端子は初期化用で、リセットで、LowにするとQ は Lowに#Q(Qの上に線がある反転の意味をここでは#で表します)はHighになります。通常は10kΩぐらいでプルアップか、リセットラインがあればそこに繋ぎます。
 入力は2つで #A はLowのトリガで動作し、Bは正のトリガパルスで動作させます。Bだけ使いたい場合は、Aが動作しないように10kΩぐらいでプルアップします。 出力は2個、Qが正のパルス、#Qが普段Highで決められた幅のLowのパルスが出ます。
 パルス幅は外付けのC R で決まります。ほぼ T =1.0 x C x R です。20110330_114857 データーシートに図がありますので、それを見ると抵抗Rx 毎にコンデンサの容量をどうすれば良いかわかります。例として 1mS 欲しい時は,
Rx = 100kΩの線で 1000µSの所をみるとコンデンサーは10000pFとなっています。10000pF=10nF = 0.01µF ですね。このコンデンサーは正確なパルス幅が必要な場合は、温度変化に強いフィルムコンデンサーが必要です。また正確に幅を合わせたい時は Rxを抵抗と可変抵抗のシリーズ接続などして、あわせられるようにします。
ソフト的には
 このモノステーブルマルチバイブレーターは何に使うのでしょうか?一定のパルス幅を出力するので、トリガの周期と正比例したパルス数が出ますので、LPFなどで平均化すると入力周波数にしたがって電圧に変換する F / V コンバータとして使えます。例えば空冷FAN の回転数を電圧に変換してコンパレーターで比較すれば、ファンの回転が落ちたり、止まったりした時のアラームとして使えます。
 また小さなC・Rで時定数を作れば数MHzの F/V コンバーターとしても使えますので、高周波をプリスケーラーなどで1/100などに分周して周波数によって切り替えるといった用途にも使えます。
 記事中にも書きましたが、パルス幅を安定するためにコンデンサーの選定は重要です。


2011年3月29日 (火)

ICOM IC-756 FAN drive 回路追加

SCHEMATICS に ICOM IC-756 FAN drive 回路を追加しました。
放熱器の冷却に使用する回路で、普段は動作しておらず、送信のTX8Vが入るとまず片方のトランジスタがONしてファンを初期回転させます。FANの回転初期はかなり電流が流れますので、56Ωの電流制限抵抗に220uFが並列に繋がって、回転初期はこの56Ωに関係なく大電流を流せるように工夫してあります。この初期の回路で電圧が発生しますと、サーミスターを通して両方のコントロールトランジスタ( 2SC4081)をONさせます。これはサーミスターの温度によって抵抗値が変わりますので、サーミスタの測定する温度が高いままですと、両方のトランジスタをONし続け、受信状態に戻ってTX8Vがなくなっても、温度の高いうちは10Ωの繋がったトランジスタもONし続けます。コントロールトランジスタのベースにかかる抵抗値が2つのトランジスタで変えており、右側のトランジスタは比較的高い電圧でないとONしないので、温度が高いうちはこちらもONしますが、冷えてくると56Ω側のみONして、さらに冷えると両方ともOFFして通常の状態に戻るように工夫されています。Fan_drv


2011年3月25日 (金)

TRでGateのはなし2

TRでGateとはTrgate2
一般のゲートICなどで流せない電流( 100mA出力など)やリレー駆動などの高い電圧の電流引き込み等には、トランジスタのディスクリート回路で設計しますが、2つの信号系でコントロールするため2入力が必要な場合、簡単な回路追加で2入力のゲートICをわざわざ別に用意しなくても対応できます。今回はそんな回路を考えます。
ハード的には
 右図一番上はトランジスタ1石の動作です。1石ではベース入力とコレクタ出力の電圧関係は反転しますので、インバーターとして使えます。このとき電源は +5Vでも良いですが、トランジスターの耐圧が許せばもっと高い電圧をON/OFFすることができます。しかしながら、電流出力を考えるとコレクタのプルアップ抵抗で電流によっての電圧降下が決まってしまいますので、1kΩを使った場合1mAで1Vも電圧が落ちてしまいます。しかしながら電流引き込みにはトランジスタのコレクタ電流の許容値近くまで流すことができますので、リレーやLEDなどの電流引き込み側に使うには有効です。
 電流出力がほしい場合は、PNPトランジスタ( 2SA,2SBの型番)を使って電源からの電流をON/OFFさせます。このPNPトランジスタのベースをGNDに引き込むようにドライブすることによって、電流を流すようコントロール出来ます。しかしながら今度は反対に電流を引き込むことはGNDに繋がる1kΩの抵抗によりますので、多くの電流を引き込むことは出来ませんので、主に電流出力に使います。小型アンプの電源供給やFETのドレン電圧のON/OFFなどに使います。出力する電圧も電源電圧を上げることによって対応できますので、高い電圧のON/OFFに有効な回路です。注意点としてコントロールするトランジスタのコレクタ電圧の最大定格を越えないように電源電圧に応じてトランジスタを選定することが重要です。電流を流すとどうしてもトランジスタのVceの0.3V程度はドロップします。電圧降下が無視できない場合は低ON抵抗の 2SJ型のMOS-FETを使うと電圧降下を防ぐことが出来ます。
 2入力にするにはどうするかというと、ANDの場合はコントロールトランジスのC-Eを直列にします。直列にすることによって2つともONしないと電流が流れず、出力されませんのでAND回路になります。
 またORにする場合はトランジスタのC-Eを並列にします、どれか1つのトランジスタがONすれば電流が流れ、出力されます。
ソフト的には
それでは3入力ANDは....というと3つトランジスタを直列にすれば良いですが、あまり直列の数を増やしますと上側のトランジスタのONするベース電圧が他のVceの影響を受けてその分高くしないとONしなくなりますので、注意が必要です。ORはたくさん並列に繋げてもOKですが、どのトランジスタがONしてるかベース電圧を見ないと判別できなくなります。この回路をドライブする側がCMOSでしたら、余り問題はありませんので簡単で便利な回路です。

2011年3月23日 (水)

TRIO R-599 IF DET

SCHEMATICS に TRIO R-599 の IF検波回路を追加しました。
3.395MHz のIF周波数をAM/SSB 用の検波ドライブ用トランジスタとその後段にFM検波用の増幅用トランジスタを使ったシンプルな回路です。SSBは典型的なダイオードを使ったリング型復調器で外部からキャリアを注入したポイントを半固定抵抗で合わせ込むようになっています。AM復調はダイオードの片側検波ですが、ノイズリミッタ用にダイオード1本でANL回路を構成しています。FM検波は検波コイルがやや複雑なレシオ検波となっていますが、AM成分の除去に有利な方式です。この検波回路段の前にはTA7045Mという増幅用ICを使っています。
 近年IC化になってしまったAMやFM検波ですが、オーソドックスな回路構成は大変参考になります。If_det


2011年3月22日 (火)

Offset のはなし

Offset とは
電圧などをシフトさせて信号の中点電位を動かす場合などに使う。AC波形にDC成分が重畳されているような場合、DC成分の電圧をXとすると「X ボルトオフセットされた AC電圧」と呼ばれる。
ハード的には
Opamp_offset
 高周波検波ICでダイナミックレンジの高いものなどは、信号がない場合でも数100mV程度の直流出力があるものがあります。(残留電圧、ゼロ電圧)これらをメーターなどに出力する場合、そのまま増幅するとその分だけ振れてしまうので、それを打ち消すためにオペアンプ回路にオフセット調整回路を使います。
 図はAC波形に直流でVofs だけ+にオフセットがかかった場合ですが、ボリュームを0Vにしたそのままの状態では直流成分も含めて増幅しますので、出力にも同じ割合で直流成分が乗ってしまいます。[図のオレンジのライン](この回路は反転増幅回路で、正確には負の出力が出ますが、説明を簡単にするためプラス側にグラフを書いています) そこでボリュームでVofs と同じ電圧オペアンプの+側に加えますと、[図の青色のラインのように]Vofsの電圧が出力=0 Vにオフセットされます。それで、出力には 0Vを中心にオフセットのない信号が現れます。
 実際に正負関係が同じになるようにするには、OPアンプ反転回路を2段使って行います。オフセット調整は初段だけで良いですが、注意しなければならない点は初段の出力電圧はマイナスなので、オペアンプは正負の電源電圧が必要になります。まだ初段のゲインを大きくとりますと電圧が飽和してしまうことがありますので、きちんと計算して増福度を決めましょう。
ソフト的にはOpamp_ofs2
負の電源が用意できない場合、オペアンプをレールツーレール入出力の物を使用します。オフセット値がプラスならば、通常非反転回路の2つの抵抗のうちマイナス入力とGNDに抵抗を付けますが、そのGNDの所にオフセット電圧Vofsを加えます。ここは増幅度が左右される場所なので通常のボリュームだけで電圧を加えるとそのボリュームで増幅度が変わってしまいます。一度オフセット電圧を作るボリューム出力を増幅度1のバッファ回路のオペアンプに入れ、その出力をGNDのかわりに繋げると安定に動作します。


2011年3月17日 (木)

リレードライブを考える

リレードライブとは20110317_112623
 通常の基板上で扱う電流は1Aから10A程度が最大で、MOS-FETなどでスイッチしますが、相手が交流電源 で数10Aを制御しようとする場合、リレーを使うしかないと思います。リレーにはソリッドステートリレーなる半導体を使ったものがあり、入力端子に5V(数mA)かけるだけで制御できますので大変便利ですが、基板上に実装するには大きすぎる点・価格的に高価なので、機械式リレーがまだ良く使われます。
 その機械式リレーを使う場合のドライブについて考えます。
ハード的には
Ry_drive
 図はPanasonic電工のJMリレーですが、接点は250V-20Aの規格で、突入電流80Aが可能です。このリレーをドライブする場合を考えます。
 まず、コイル電圧ですが、DC5V,6V,9V,12V,24V,48Vと豊富で、12V電源が使える場合はコイル電流が 75mAなので比較的簡単ですが、デジタル電源+5Vと共用する場合は、+5Vのほうが便利です、この場合コイル電流が 180mAとなります。このリレーをドライブする場合トランジスタはこの電流の2倍以上の余裕があるのが望ましいと考えます。 2SC1815などのポピュラーなトランジスタはコレクタ電流150mA MAX なので、もうすこし電流の流せるトランジスタを探すと、東芝の2SC2120が秋月電子で見つかりました。20個で200円です。このトランジスタはコレクタ電流 800mA MAXなので十分使えます。またコレクタ・エミッタ間電圧が 30Vなので、24V電源ではちょっときついけれども、12Vでリレーを作動させたい場合でも使えそうです。
 この場合、トランジスタの電流増幅率(hfe)はデーターシートから 700mA流した時でも 35となります。この点からリレーの電流 180mA 流すのに必要なベース電流は 180mA÷ 35 =5mAとなります。
そしてこのトランジスタをCMOSロジックでドライブする場合はON時 5Vなので、ベースの抵抗値は、ベースエミッタ電圧を0.7Vとすると、 (5V-0.7V)÷ 5mA = 0.86kΩとなります。実際は余裕を見て 820Ωか 680Ω程度にしておく方がよいと考えます。
 また、逆起電力のはなしも書きましたが、リレーのコイルの逆起電力によるトランジスタ破壊を防ぐためにリレーのコイルの両端に逆バイアス接続で 整流用の1A 程度流せる保護ダイオードを追加します。
 さらにリレーがON時には200mA近い電流が流れますので、基板上にリレーを実装する場合、配線長などによっては電圧降下が生じ、トラブルが起こる場合があります。このように瞬間的に電流が増えるような部品の近くにはコンデンサーを設けて、サージ電流供給させます。この場合 10µFから 100µF程度の電解コンデンサーを入れておきます。
ソフト的には
 基板上のパターンでは1mm 1A と言われ、10Aでは 10mm程度の幅のパターンで引きます。交流電源の場合さらに2次回路との絶縁距離をとる必要があるので、交流電源をスイッチするにはリレーへの配線をのばしますが、コネクタ・線材が増えます。上図のようなタブ端子が出たリレーを使うと基板上に実装できるので便利ではないかと思います。


2011年3月16日 (水)

バッテリーバックアップ

東北関東大震災に被災された方々、御見舞い申し上げます。
当地富士でも昨日震度5弱の地震に遭い、本棚から本やCDが落ちて散乱し、台所ではお気に入りの皿が多数割れてしまいました。しかしながら電気・水道などのインフラは問題なく、通常の生活が出来ることを感謝しております。
 東京電力管内では計画停電が始まり、停電が始まるとテレビが見れず、インターネットからも情報が入らないので、なんとか改善方法はないかと、車用のDC/ACインバーターで必要な機材のみバックアップすることにしました。
ハード的には
Battbackup
光回線のモデムと電話機AirMACベースステーションをバッテリーで100Vにした電源でまず動作させてみて、回線が繋がるのをiPADで確認し、電力の余裕があるのを見て、ノートパソコンのMacBookPro と22'シネマディスプレイも動作させ、通常の環境をバックアップ動作できました。 DC/ACインバーターは 12Vタイプで300WMAXのものですが、3時間持たせるとしてバッテリーが 28Ah なので9.3A 12V x 9.3A =111W 効率80%として 90W 程度までなら動かせそうです。いちばん大きいディスプレイでも70W程度なので、実質消費しているのはモデムとディスプレイくらいかと思われます。
 1階の両親のためもう1セット作って、ダイニングの照明専用にしました。蛍光灯なのでこちらも実質消費電力90W以下と思われます。クランプ電流計があれば電流計測できるのですが、テスターしかないので詳細は不明です。
ソフト的には
 車用のDC/ACインバーターが 2,980円、バッテリーが 4,980円、バッテリーチャージャーが一番高くて 6,800円でした。これから夜間の計画停電対策にどうでしょうか?
 車で使えますし、車と同じバッテリーにしておいたので、バッテリーが上がってしまった時にもバックアップとして使えるから、結構良いかなと思ってます。
Twitterより転載
258630946


2011年3月12日 (土)

東北地方太平洋沖地震

災害に見舞われたみなさんにお見舞い申し上げます。
静岡県富士市も大きく揺れましたが、幸い電気・インフラは大丈夫です。
富士ー清水間は東名・一般道が通行止めのため国道1号は渋滞しています。

地震の情報は Google でまとまっております。
Twitterなどではデマ情報も流されていますので、正確な情報を見極めましょう。
NHKテレビを Ustream で放送しています。iPhone でもアプリで視聴可能です。

2011年3月10日 (木)

EMIフィルターを考える

EMIフィルターとは
コンピューターやデジタル機器でのクロック周波数などの高調波がテレビや携帯電話の電波などに悪影響を与えないように不要な周波数帯域をカットしたり、外部に漏れないようにするための部品で、最近は携帯電話向けに小型で表面実装のものが多く使われているが、EMIフィルターの種類・構成別にどんな所に使うと効果的か考えてみます。
ハード的には
Emi_f_sgm 構造的にはセラミックコンデンサーとよく似ていますが、異なる点はGND用の端子がサイドに出ている点です。両端の端子を使って信号を伝送させ、そのラインとGND間にコンデンサーを構成する構造が一般的です。それでは種類別に見てみましょう。
1)分布定数型20110310_111253
 これは通過ラインをインダクターにして、両端またはインダクター内にGNDとのコンデンサーを付けて、ちょうとローパスフィルターを構成するものです。従来のフェライトビーズ+コンデンサーに比べて急峻なフィルタ特性を作れますので、伝送信号の帯域を広くとってかつ高調波を落とせますので、高速デジタル信号ラインなどに使われます。しかしながら内部電極を使ってインダクターを構成するので、電流は200mA程度しか流せませんので、主に信号系の用途に限られます。周波数特性は主にコンデンサーの値で決まります。
2)3端子コンデンサー型20110310_111802
 通常のセラミックコンデンサーの片側電極を伝送ラインに使い、反対側をGND電極にした構造で、通常のコンデンサーよりも低いインピーダンスを持っているのが特徴です。減衰特性はコンデンサーと同じく、容量に応じて最小インピーダンスの周波数が変わりますので、減衰したい周波数に合わせて容量を選ぶ必要があります。コンデンサーの内部電極を伝送に使うので 1〜4A 程度流せますので、電源などの用途に向いていますが、周波数特性がフラットな部分が少ないので信号ラインでは低速の信号ラインに限定されます。
3)CR型20110310_112627
 容量成分だけでなく、伝送ラインに抵抗成分を持たせ、ノイズを抵抗とコンデンサーのフィルタで減衰させるものです。内部抵抗は 10Ω から 100Ω程度とあまり大きくはありませんので、高速信号の伝送ラインに使用して高調波の高い成分にある不要なノイズを減衰させることが出来ます。 信号ラインの他に電流の少ないクロック発振器のデカップリングや、固定周波数のクロックの高調波を取り除きたい場合などに有用です。
ソフト的には20110310_113955
EMIフィルターで重要な点は、適した素子の選定もありますが実装上の問題が大きいと考えます。GND端子の直近にスルーホールビアを設けて(できれば両側に)裏面GNDに繋ぎます。さらに繋ぐGNDもできるだけ電源側あるいはノイズ源側に持ってゆくことで、GNDに流れるノイズによる電流を伝送側に漏らさない設計が重要です。

2011年3月 9日 (水)

ICOM IC700T VOX Unit回路図追加

SCHEMATICS に ICOM IC700T VOX Unitの回路図を追加しました。
ICOM 初期の IC700T のVOX(音声送受切り替えコントロール)ユニットの回路図です。
 最近はマイクアンプ用ICとコンパレーターICで作ってしまいますが、全てディスクリートで動作が分かりやすいと考えます。
マイクから入った信号は CR による高周波フィルタで、マイクのケーブルに乗る電波や、高域ノイズを増幅する前に落とします。1石でアンプした後変調用の信号と、VOX用の信号に分岐され、VOXゲインボリュームにてレベル合わせされた信号をトランス結合の2石アンプで増幅します。増幅された信号はダイオードの倍電圧整流回路で直接トランジスターのベースに電流を流しますが、ここには10kΩの抵抗とセラミックコンデンサー+電解コンデンサーで時定数を作っています。このトランジスターがONすることによって次のPNPトランジスタのベースをLOW側に引き込むことによって、エミッタに+のコントロール電圧を発生させます。このトランジスタのベースエミッタ間にあるコンデンサーで、音声がなくなった後の保持時間が決められています。このコントロール電圧によってリレー駆動用のトランジスタをONします。 尚、コントロール信号生成トランジスターのバイアス回路にスイッチを設け、マニュアルで送信する時のリレーONの働きをします。
Ic700t_vox_2


2011年3月 8日 (火)

アモルファスコアを考える

アモルファスコアとはImages
[amorphous core]トロイダルコアというでドーナッツ状の磁性材料に線を巻いたインダクターなどのコア材として使う材質です。ここでは高周波アンプなどの高周波の阻止目的にデバイスのドレインに繋がって電流を供給するインダクターとして使う場合を考えてみます。
ハード的には
高周波ではトロイダルコアに多くフェライト材が使われています。フェライト材でコイルを作る場合インダクタンスが比較的大きく取れます。しかしながら直流電流を流す時に電流によってコアが磁気飽和してインダクタンスが低下したり、高周波によって発熱しますので、大電流や高出力の場所ではフェライトはあまり使われません。使ったとしてもその放熱に十分注意が必要です。
Amolphas
 アモルファス材は、フェライトに比べて電流重畳によるインダクタンスの減少が少なく、大電流に向いていますが、高周波特性はあまり良好でなく、数100MHz程度までの使用となります。インダクタンス自体は、鉄系のダスト材(例は Fe-Siダスト材)にくらべて高周波特性は良好で、インダクタンス値も大きく取れますが、その分電流を流すにつれインダクタンスの低下の度合いが大きいのが特徴です。Fe-Si系が電流= 0 のインダクタンスと定格時のインダクタンスが半分以上あるのに対し、アモルファスは半分以下で、特に定格を越えると急激に減少します。大電流・大電力の用途ではアモルファスはさらに大きなコアが必要になります。
ソフト的には
 高周波ではパワーを出そうとドレイン電流を増やすとインダクタンスが減ってしまい、かえってパワーが出なくなったりするアモルファスコイルですが、スイッチング電源などの用途では、その電流増加によって急激にインダクタンスが減少する性質を利用して、多出力スイッチング電源の出力電圧安定化方式のひとつであるマグアンプ方式に使われております。1時入力側にフィードバックして電源電圧を安定化するのでなく各々の出力だけで安定化できるので多出力電源に用いられています。


2011年3月 7日 (月)

2進数・16進数のはなし

2進数・16進数とは
2進数はバイナリ[Binary]、16進数はヘキサデシマル[Hexadecimal]と呼ばれ、コンピューターの数値を示したり、指定したりするのに必要な数値です。通常の10進数デシマル[Decimal]との比較を書いてみます。Binary
2進数
2進数は 0 と1だけで表現され、マイコンのポートの状態とよく比較されその桁の1つをBit(ビット)と表現されます。まさにデジタル式数値の基本です。電流・電圧で言えば OFF = 0 と ON = 1 と置き換えて考えられます。
桁を考えるといちばん小さい1の桁、次は2の桁、4の桁と桁の示す数値は2のn乗の値になっています。表記としては 16 = 00010000B などと末部にBinary の Bをつけて表現するのが一般的です。
 2進数を学ぶにはこの1から256までの桁の数値を、イチ、ニー、ヨン、パー、イチロク、サンニー、ロクヨン、イチニッパ、ニゴロと暗記しておくと10進数との変換に便利です。
しかしながらこのまままですと桁が多くなって記載しにくくなってしまいますので、4ビットをまとめて ニブル(nibble) あるいは、8ビットをまとめて バイト(Byte)として記載される様になりました。4ビットのニブル単位で表現されるのが 16進数で、 0,1,2,3,4....9,A,B,C,D,E,F と数字の次はアルファベットの AからFまで使って16までの数字を表現します。
16進数
 通常データーを示すのに初期のマイコンのビット数の8ビットから、もっぱら16進数の2桁で(例: 0= 00,255 = FF ) 8ビットを表すようになりました。かつてマイコンの初期には雑誌のプログラムにはヘキサダンプと呼ばれ、この16進数2桁を延々と並べて記載され、これを16進数キーボードで直接機械語として打ち込んだ時代もありました。ヘキサ数値を示すために、 00H と末尾に H をつける場合や &h 00 と前に書く場合もあります。10進数の変換には各桁を10進数になおし、上位の桁を16倍して加えます。
例として 3CH では 3x16 + 12 =60 と計算されます。
ソフト的には
 現在コンピューターのバス幅は8ビットだけでなく、32ビットや64ビットにもなっています。バス幅が大きくなると一度に処理する数値が増えますので、クロックを上げるのに比べて性能向上しやすいですが、ハード構成が複雑で高価になります。64ビットCPUになってもデーターの表現方法は16進数で桁が増えるだけなので、基本の16進数を理解しておくことは大事だと考えます。

2011年3月 4日 (金)

オープンコレクタのはなし

オープンコレクタとは
 CMOS構成の出力でなく、トランジスターのコレクタを出力として使い、もっぱらGNDへの電流引き込みの動作をする出力回路です。FETを使った場合はオープンドレイン出力と呼ばれます。
ハード的には
Open_c_2
 右図に例をあげ、LED4個に各々20mA電流を流した場合について考えますが、CMOSのドライバーでドライブする場合CMOSと同じ電圧(5V)でLEDを駆動しなければなりません。20mA が4本なので 80mAで、定電圧ICには ( 12V - 5V ) x 80mA = 560mW の損失となります。LEDの順方向電圧を2Vとした場合、LEDの抵抗では (5V -2V) x 20mA = 60mW , 60mW x 4個 =120mW  合計 680mW となります。
 オープンコレクタで動作させた場合 定電圧ICにはLED点灯による損失はなく、抵抗は ( 12V-2V) x 20mA = 200mW , 200mW x 4個 =800mW となります。
 定電圧ICへのLED以外の供給電流が大きい場合、オープンコレクタにしてLED電源を12Vから直接とることによって定電圧ICへの負担を減らすことが出来ます。また、+12V電源を使用すれば LEDを4個直列に接続することが出来るので一番下の図のように抵抗への損失は( 12V -(2Vx4)) x 20mA =80mW となり、最も損失の少ない回路を構成することが出来ます。
 2番目の回路でCMOSを使おうとすると、端子に電源電圧( +5V)以上の電圧がかかり、破損するおそれがあり、使用できません。これは例えば 24V動作のリレーなどを駆動する場合と同様、オープンコレクタ出力は高い電圧の負荷を ON/OFF することが出来ます。
ソフト的には
 オープンコレクタ出力は[ワイヤードオア]と呼ばれ、複数のオープンコレクタ出力を並列接続してどれかのトランジスタがONしても出力が ON するという[オア]回路を簡単に作れます。これは温度アラーム、電流アラーム、ファンアラームなどを複数まとめて1本のアラーム信号にすることで構成の簡略化をすることが出来ます。


2011年3月 3日 (木)

可変3端子レギュレターのはなし

可変3端子レギュレターとは
 3端子レギュレターは簡単に使えますが、電圧が飛び飛びでほしいピッタリの電圧がなかったり、ゲートバイアスなど微調整が必要な場合に不便です。今回は出力が可変出来るレギュレターについて書いてみます。
ハード的には
Var_avr 代表的なICには正電源で LM317 , µPC317 などがあります。
 負電源には LM337 , µPC337などがあります。
 これらはTO-220の大きさの3端子レギュレーターにもかかわらず、1.5A出力が可能で入力電圧も40Vまで使用可能なものです。ナショセミの製品では SOT-223 の 500mA タイプのものも用意されています。 簡単に考えてこれらは、出力( Vref ) 1.25Vの3端子電源ICと考えてかまいません。
 図中の Vref が 1.25V と低い電圧になっており、外付けの R1,R2によってこの電圧を何倍かにして使います。例として R1 = 150Ω として R2 = 470Ωとすれば、1.25V x (150Ω + 470Ω) /150Ω = 5.17V となります。 負電源も同様の計算で負の電圧を生成できます。
 入力は0.1uF程度のコンデンサーが必要で、出力リップル低減のためには、22µF程度のケミコンか、1µF程度のタンタルコンデンサーを使用します。逆に 1µF程度の大容量セラミックコンデンサーを使うと発振しやすいことがありますので、低温動作が重要な場合はOSコンなどの導電性高分子電解質のコンデンサーを使う必要があります。
 負電源でFETのバイアスを生成する場合 -1.25Vより0Vに近い値が必要な場合があります。そんな時に ADJ からGNDに繋ぐ電位を+側に上げてやれば、-1.25Vより0Vに近い値の電圧を作れます。図の例では + 1.2Vのツェナーダイオードを使ってちょうど R2 = 0Ω のときに 0Vになるようにしています。
ソフト的には
 GaAS-HEMT のゲートバイアスなど電源投入時は -5Vのカットオフにしておいて、ドレイン電圧が安定してから徐々に規定電圧にしていきたい場合など、上記の Vref を+方向のバイアスにする方法で実現できます。右図の例で +5V電源を OP-AMP等で CRで時定数を作った立ち上がりの電圧で供給すれば、起動時0V、終了時1.25Vになりますので、少なくても通常バイアス時よりも 1.25V 低い電圧を立ち上げ時に出力出来ます。ツェナーダイオードと1Kを無くせば 5V近い差をつけることも出来ます。


2011年3月 2日 (水)

ダイオード検波のはなし

ダイオード検波とは
Det
検波用ダイオードのはなしでダイオードの種類を書きましたが、今回は高周波や変調信号を検波する動作について書いてみます。
ハ−ド的には
 大きなレベルだけを検波するならば通常のVf (順方向電圧)= 0.7V 程度のシリコンダイオードでも問題ありませんが、入力信号が図のように1.2Vp-p程度の信号では片側 0.6V程度になりますから、ダイオードはONせずに、出力にはほんのすこしの信号しか現れません。
 これをショットキーバリアダイオードに変えると、Vf = 0.4V 程度でも十分ONしますので、出力に信号を得ることが出来ます。しかしながら、検波レベルを検出するだけなら良いですが、この付近の特性は入力電圧と電流の関係がリニアでは無いので、変調信号を検波したい場合は、ダイオードの特性が直線となる入力電圧をもっと高いレベルに上げなくてはなりません。
 ショットキーバリアダイオードでも入力信号が 0.4Vp-p 程度では信号が小さくなってしまいます。
 このような場合は Vfの小さいダイオードを使うか、図のように順方向に電流をすこし流れるように回路を作成して入力信号のセンターの部分をオフセットします。
 図の例では 0.2Vほどオフセットしてやれば、入力信号が小さくても出力信号を得ることが出来ます。
ソフト的には
 初期のトランジスタラジオはゲルマダイオードを使っていても検波感度を上げるため図の回路のようなバイアスをかけて使用していました。
 高周波デテクターICなどは、ダイオードをバイアスして微小な信号も検波出来るよう作られています。検波ICではさらに温度特性を改善するため、下の図のように信号を加えないでバイアスだけかけたダイオードと信号検波のダイオードの2つを差動増幅して温度特性をキャンセルしているものもあります。
Ltc5535


2011年3月 1日 (火)

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Filc_lpf


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