チャタリングのはなし

チャタリングのはなしとは

チャタリング[chattering]とは可動接点などが接触状態になる際に、微細な非常に速い機械的振動を起こす現象のことである。(Wikiより）
特にスイッチ等機械的接点の ON OFF 時に接点がバウンドしてくっついたり離れたりするので、マイコン等で読み取る場合、何もしないで読み込むと「 ONしたつもりが、チャタリングした OFF タイミングを読んでしまい、時々ONしない」などのトラブルが起きる。
　そこで、ハード屋さんは、読み込んだポートに 1000PF〜0.1µF 程度のコンデンサーをつけてチャタリングを除去します。ソフト屋さんはキーの状態を見るのに数十mSおきにチェックして、OFF-> ON 時は２回連続して ON になった時に ONと確定する、ON-> OFF 時は2回続けて OFF で確定する、などの工夫でチャタリングを防いでいます。
ハード的には
それで、実際どのくらいの、チャタリングが起きているのかを、色々なスイッチで調べてみました。
まずはタクトスイッチ


マイコン制御でよく使うだけあって、ONのチャタリングは短い時間で終了します。

OFF は300µS  程度に数回バウンドするようです。離したときに板バネが暴れるのでしょうか？
次にアナログ的に信号を制御するのによく使うトグルスイッチ。

やはりマイコン用に作られている訳ではないので、ON時は盛大にチャタリングが出ます。300µSを過ぎても安定していない感じですね。
OFFはまあまです。たまにこのようなチャタリングがあるくらい。シーソー的に動く接点の動作の違いで、OFF時にはわりとスムーズに離れるようです。
次はプッシュスイッチ。
盛大にチャタリングが出ます。接点がスライドしながら接触するのだろうと考えられます。細かなチャタリングが特徴です。

OFFも激しいですね。一度離れそうになってまた結構確実な ON 状態になるあたりが特徴的です。
次はスライドスイッチ。

細かくチャタリングするのはプッシュスイッチと似ています。わざとゆっくりスライドさせたので、このような波形ですが、早く操作すればもうちょっとチャタリング時間は短いかも知れません。

OFF もけっこう暴れます。それでも 100µS程度なのですが、確実にチャタリングは起きます。
　以上見てみると、よほどゆっくり操作しなければ、ほぼ 1mS 以下でチャタリングは収束してしまうものと思われます。数mS おきに読み込んで、2度読み確認するなどの工夫で問題無く読めるかと思います。最近はスイッチもマトリックス状接続にして多くのキーを読む場合も増えたので、ハード的対策はあまりしなくなったようですが、「遠くのスイッチをケーブルで引っ張ってきて読みたい」などの用途には、ノイズ除去のためのコンデンサーを入れたりするのも有効でしょう。

タンタルコンデンサのはなし

タンタルコンデンサのはなしとは

[tantalum ]タンタル Ta は金属で、Wikiでは　コンデンサーの電極製法として高温条件下で誘電体表面に二酸化マンガンを析出させて空隙をうめ、焼結体表面に黒鉛を吹き付けた後、銀パラジウム等を用いて電極を引き出したもの。
よく使われるものはほとんどこの固体タンタルコンデンサーで、電解コンデンサーに比べて小型でも容量が大きいものができる点と、漏れ電流が少くインピーダンスが低いため、サンプルホールドなど電圧の低い場所やノイズ除去などの目的によく使われます。
ハード的には
よく見られるのは挿入型では青色（黄色もある）の豆粒みたいなものに2本リード線がついたもの（右図）で最も注意すべき点は、白線マーカーがあるほうがプラス[+]電極であることです。

　普通の電解コンデンサーがラインがある側がマイナス[ー]で有るのに対し反対であるのが、最も間違いやすい点です。
　さらに加え、タンタルコンデンサーは逆接続に弱く、簡単にショート破壊して燃えたり､爆発したりします。ですからタンタルコンデンサーを実装する場合に単なるシルクのマークだけでなく明確にプラス側であることを表すプラスマーク[+]を入れておいたりします。同様にチップタンタルコンデンサーも白ラインがある側がプラス電極なので、実装時に勘違いしないようにする必要があります。
　また、故障するモードがショートになる場合が多いので、電源回路に直接使うときに経年変化で故障するとショートしてヒューズがない箇所では過電流で回路が燃えたりする恐れがあるため、性能が良いにもかかわらず、使いにくいコンデンサーでした。
　しかしながら最近は内部にヒューズ構造を入れたチップタンタルコンデンサーなども、多くの会社で製品化され入手出来るようになり､電源回路にも使われるようになりました。
ソフト的には
現在は低インピーダンスの大容量コンデンサーは「OSコン」などの高分子電解コンデンサーが増えたので、低インピーダンス性能よりは小型化のほうに力点が置かれ、携帯電話やモバイルノートパソコン・タブレットなどのDC/DCコンバーター出力のコンデンサーなどによく使われているのを見ます。

OPアンプは理想アンプ？

OPアンプは理想アンプ？とは

OPアンプは入力抵抗や帰還抵抗でゲインが計算できて、また計算どおりに動くのであまり考えずに使ってしまいますが、ちょっと高速な信号を扱う場合や、出力レベルが高くなったときにおかしな動きがトラブルになります。　本当に理想的なアンプなんでしょうか？
　よく使う単電源の OP AMP LM358 で見てみます。

ゲインを考える
　トランジスタも fT といってゲインが１になる周波数で高域特性を見ますが、OPアンプのゲインを見てみます。ゲイン 0dB は1MHzぐらいありますね。OP AMP 自体は最大 110dB 電圧増幅で 310000 倍ぐらいありますが、マイクアンプなどで欲張って 60dB ぐらいに設定すると､周波数特性は1KHzから高域はフラットでなくゲインが落ちてしまいます。ちょっとこもった音になってしまいますね。　音楽に問題無い 10KHz 程度まで出したいのならば、ゲインは 40dB 程度に抑えなくてはなりません。マイク入力が 10mV とすると 100倍なので 1V ぐらいまで増幅できます。
出力レベルを考える
　さらに出力レベルをチェックしてみましょう。右図はゲイン 100倍の時の出力スイングレベルの周波数特性です。電源が +15Vにときに 5KHzぐらいまではフルスイングの 14V p-p 程度は出ていますが、10KHzでは 10Vp-p に落ちてしまいます。これは出力を大きくスイングする時のトランジスタの ON/OFF　に時間がかかるためで、出力電圧を大きくとりたい場合は、高速なトランジスターを使った OPアンプで無いと改善できません。
デジタル回路に使ったら

通常は10KHz程度の信号はOP AMPで増幅できるので、パルスアンプなどの高周波信号を高周波検波 IC で検出して OP アンプで数倍に増幅、スイッチするなどの応用は簡単に考えられます。例えば 周期 10mS パルス幅 100uS ぐらいならば、 普通のOP AMPで十分かと思います。
　過去にパルスアンプの出力をサンプリングして出力レベルを制限しようと回路を組みましたが、パルス幅が 1mS など広いときには良いのですが、パルス幅が狭くなるとパワーが出過ぎるのです。よく調べると、立ち上がりが50uSほどなだらかなので､その分サンプリングのレベルが少なくなっていたのでした。 使っていたのは普通のオーディオ用のOP AMPだったので、高速のものに変えて数 uS に抑えました。
　1V以下の信号では気にならない出力レベルも、5V程度振らせる場合には OP AMPの性能の確認が重要ですね。

３本目のアコギを買った

アコギとは..

[アコースティックギター]で、フォークギターとか生ギターとか言う、いわゆるアンプを必要としないギターのことです。

　初めて買ったギターは大学生の時にナイロン弦のクラッシック用のギターでした。大学寮の同室の先輩がクラッシック出のフォーク使いだったので、「初心者は弦が痛くないし、手の大きい人にはネックの幅が広いから弾きやすいよ」とアドバイスしてもらった。初めてのアルバイト代で買ったような気もする。
　それで、ちょっとうまくなって、弦をスチール製に張り替えてフォーク用に使っていたけど、やっぱり弦の張力に負けたのか段々ネックが反ってきて、非常に弾きにくくなってしまった。
　仕方がないので、ネックの反らない丈夫なギターをと２年ぐらいしてスチール弦のフォークギターに買い替えました。これが３０年以上たった今でも元気に（ずいぶん休眠してるけど）鳴らします。
　ネックを矯正するボルトが入っていたり、しまう時には弦を緩めて保管したり、細心の注意を払ったおかげで、使うたびにチューニングし直さなくてはいけないし、音叉で 440Hz ( A )の音を聞いて合わせるので、弾いていた頃は音叉を聞いただけで各弦解放のまま合わせられるくらいだったけど、エレキギターを買ってから、チューナーのお世話になり（なにせ単体では音が出ないので合わせ様がない？）、音感は退化してしまいました。
　で、最近Amazon で「バックパッカー 」なる小さいギターを発見。かみさんに「またギター弾きたいけど、あの重いギターを押し入れから出してきて弾くのは大変だなぁ..こんなのがあるよ...マーチンだし」と頼みこんで、なんとか許可（実は上の空の返事の（いいよ）だったみたいで、速攻でAmazon クリックして届いたら驚かれたけど...)ゲットしました。（写真）
　マーチンというと D-28 みたいにおっきな図太い音が代表的だけど、これはそこそこマーチンらしさがあり、けっこうな音で鳴ります。最初に弾きはじめてうまくフレットが押さえられないし、音がこもって「こりゃ手がなまったかな」と思ったけど、どうも弦がフレットから高すぎるようで、12フレットで 3.5mm以上ある。後ろ側のサドルの高さを見るとずいぶん高いままで、高音側は削ってあるけど低い方はサイドを削っただけのようで、もうちょっと下げたら良くなりそう。
　ネットで検索するとけっこうマーチンでも弦が高いままのがあるようで、調整法も書いてあった。弦を外して見てみるとサドルは接着が強くて外れないので、裏側を削るのはNG、意を決して今削ってあるのと同じように低音弦全体を削り直して、なんとか 3mm程度まで下げてみました。
　ついでにネックの上側の溝も紙ヤスリでちょっと深めに...
とりあえずは昔のような感覚で弾けるようになった...みたいです。

でも弦を押さえる左手の指先はもうすっかり柔らかくなっていて、ちょっと弾いただけでも痛いぞ!