まさはる's Weblog

　これまで山崎の45年もののテスターを使っていて、電圧はいい線いってると思っていましたが、直流電流を測ってレンジを変えたらだいぶ違う値になっていたので、デジタルマルチメーターを購入してみました。

OWON(オウオン) B41T+

　これまで使っていたテスターは、DCV, ACV, DCmA, Ωのレンジ切替え式だったのですが、オートレンジになった上に色々測れすぎ...。

何やら電圧を測定中...

　かなり便利かも。これまでアナログメーターの最小メモリの1/10を目測で読んでいたのですが、それが不要になって随分楽になりました。

　話は少しズレますが、上の絵に写っている測定ケーブルは自作で、最近ブレッドボードで電子回路を組む事が多いのでとても重宝しています。材料は次の通りです。
　・サトーパーツ φ4mmバナナプラグ 赤 TJ-560-R, 黒 TJ-560-B
　・KHD VFF 0.3sq 赤/黒
　・TJC8コネクター（オス）
　・熱収縮チューブ

　前回、矩形波発生回路に見よう見まねでコンパレータを追加して、コンパレータの基準電圧を変えたらデューティー比が50%ぐらいになったー、で終わったところですが、あまりにも適当過ぎるので、今回は改めて1kHzの矩形波発生回路とヒステリシスコンパレータを作ってみました。

矩形波発生回路（PDFはこちら）

　上の回路図のピンクの矩形波発生回路には半固定抵抗器を使用しており、1kHzに調整できるようにしています（ちなみに前回の矩形波は60Hzです）。黄色のコンパレータは前回と同じで、水色のコンパレータは新たにコンパレータICを使って、0.2V程度のヒステリシスを持たせています。

完成した回路

　今回初めて5穴で両電源のブレッドボードを使ってみました。両電源はとても便利なのですが、混み合う箇所は6穴と比べて、パズル度が1ランクアップするような感じです。
　また、ICはJRC（新日本無線で現在は日清紡マイクロデバイス）の単電源仕様のものを使っています。

CH1（黄色）は回路図のA点、CH2（水色）は回路図のB点


CH1（黄色）は回路図のA点、CH2（水色）は回路図のC点

　オシロスコープの入力はDCカップリングで、中心より2マス下がりが0Vです。B点は0〜3.7V、C点は0〜4.8Vの矩形波が出ています。
　また、ヒステリシスコンパレータのHighになる電圧は、計算上は2.26Vなのですが2.48Vと0.2V高くなっています。何でかなと思いましたが、あっちこっちの誤差ということにしておきます。

CH1（黄色）は回路図のB点、CH2（水色）は回路図のC点

　オペアンプICを使用したコンパレータに比べて、コンパレータICの出力は直角に4.8Vまで立ち上がっています。まさに専用ICならではと言ったところです。あと、1kHzにしたら上下の線が水平になりました。前回は60Hzにしていたので、周波数が低すぎたのが斜めになった原因かもしれません。

　続いて、正弦波発生回路を作ってみました。

正弦波発生回路（PDFはこちら）

　こっちも見よう見まねで回路図を作っていますが、ウィーン・ブリッジ発振回路は発振を継続させるための回路が必要で、J-FETやダイオードを使った回路を見かけます。
　とりあえずJ-FETを使った回路にしてみましたが、ネットで見た回路図に示されていたC3とR5が何であの値なのか分からないのと、Q1とD1は入手しやすい部品を使っているので、動作については怪しさ抜群ですｗ。
　ちなみに、ウィーン・ブリッジ発振回路で使用しているオペアンプは、正負電源仕様で±2Vから動作するものを使っています。これに合わせて電源も5Vの単電源から+2.5Vと-2.5Vが出せるようにしてみました。

完成した回路

　早速電源を入れてみます。そもそも、うまく動作しないだろうと踏んでいたのですが...。

CH1（黄色）は回路図のA点、CH2（水色）は回路図のB点


CH1（黄色）は回路図のC点

　マジですか。いきなり出力から正弦波っぽいのが出ているんですけど...。どこから来ているのか分からないノイズが目立ちますが、これは私の測定環境や方法に起因する可能性が高いので、そこを差っ引けばちゃんと出来たかも。

並べてみました

　実際に作ってみて正常に動作すると、とても気持ちの良いものです。キットのように、はんだ付けさえ失敗しなければ必ず動作する物と違い、ドキドキ感があって面白いと思います。これからは、回路図を自分で考えて作ってみることもやっていきたいと思っています。

　正常に動作した正弦波発生回路ですが、出力の周波数が1.66kHz（計算上は1/(2π×0.01μF×10kΩ) = 1.59kHz）になっていることと、振幅が±0.7Vなので、周波数を1kHz、振幅を±1Vにしようと回路を見直してみました。

見直した矩形波発生回路（PDFはこちら）

　見直した箇所は、R1とR2が16kΩになるようR1とR2を12kΩに変更して5kΩのVR1とVR2を追加したことと、使っていないオペアンプで1.3倍に増幅するようにしてみました。

完成した回路


CH1（黄色）は回路図のC点、CH2（水色）は回路図のD点

　とりあえず、四捨五入して1kHzで±1Vになりました。あと、前から気になっていたのですが、+側に10mVほどズレているのって、どうやって直すのでしょう。これは今後の宿題にとっておきます。

　オシロスコープはアマチュアには敷居も価格も高いという物だったのですが、最近は使いやすそうで安価な初心者向けが流通しているので、2チャンネルで100MHzのオシロスコープを購入してみました。

OWON(オウオン) SDS1102

　初心者向けという事もあって、「オシロスコープ超入門」という86ページの日本語の冊子が付属しており、初めてでも冊子を一通り読めば使うことができます。なお、付属のマニュアルは英語版ですが、OWONから日本語版をダウンロードできます。

　んで早速、プローブの補正をして使ってみました。

前回作ったJKフリップフロップ


おっ、なんか画面に出てきた

　前回作ったJKフリップフロップのクロック発生回路の出口にプローブを当ててみました。直角の矩形波が出ていると思っていたのですが、傾いている上にオンとオフの時間が違う...。まぁ、いいです。まだ無知識なので次に行きましょう。

　冊子には、アースの重要性について何度も出てきます。そのため、アースを接続できるようにケーブルを作ってみました。

アース線

　アースが必要と言われても一般住宅でアースのある場所は、エアコン、冷蔵庫、洗濯機及び温水便座用のコンセント付近ぐらいしかありません。たまたま近くにエアコンのアースがあったので、そこに接続できるように作ってみました。

少し分かってきたので、色々と試してみることに


CH1（黄色）はクロック出力、CH2（水色）はオペアンプとコンデンサの間

　上の写真のCH2（水色）の三角波のような波形で、オンとオフの閾値を変えれば幅が均等にできるようなので、クロック発生回路を見直してみました。

コンパレータを追加したJKフリップフロップ回路図（PDFはこちら）

　またもや、見よう見まねでコンパレータ（IC1の2/4）を追加し、立ち上がりがなるべく垂直になるように出力側にシュミットトリガインバータを2つ（IC5の1/6と2/6）と、バイパスコンデンサ（C2）をオペアンプに追加してみました。

改良したJKフリップフロップ回路

　コンパレータで使っているVR1は、予め20kΩの可変抵抗器でデューティー比が50%になる値を調べており、9kΩぐらいだったため10kΩの半固定抵抗器にしています。

CH1（黄色）はIC1の1番ピン、CH2（水色）はIC5の4番ピン

　CH1（黄色）はクロック発生回路の出力でデューティー比が60%ぐらいになっているのに対し、CH2（水色）はコンパレータ通過後の出力でデューティー比が50%ぐらいになっています。まぁ、まだ斜めっているのは解消されていませんが、コンパレータが正常に動作したので、とりあえずはこれで満足です。

　オシロスコープを初めて使ってみましたが、電気信号の波形が視覚的に確認できて便利な反面、とてもデリケートで扱いにはある程度の知識や経験が必要だと思います。基礎的な知識は冊子に書かれているので、あとは色々試してみるのが良さそうです。

　45年物のテスターを使って電子工作していた頃、電子部品店にサンハヤトのプリント基板製作キットやユニバーサル基板はありましたが、ブレッドボードって売ってなかったような...。

購入した電子部品の一部

　ブレッドボードは、はんだ付けをすることなく、電子回路を組み立てられるユニバーサル基板のようなもので、部品やジャンパー線を差し込んで使用します。自由に抜き差しできるので、試してみることができ、部品やジャンパー線は再利用が可能です。購入したブレッドボードは、サンハヤトのSAD-101という6穴が連結されたものです。
　で早速、赤、黄緑、緑のLEDに3kΩに調整した半固定抵抗をそれぞれ直列に接続して、12Vをかけてみました。

黄緑が暗く、緑が眩しいぐらい明るい

　赤はちょうど良いです。計算して抵抗値を決めているものの、色違いのLEDはやっぱり実際に使ってみないと分からないようで、このような実験にブレッドボードはとても便利です。
　その後、緑を暗くすべく、5kΩの半固定抵抗を最大にしたり、3つ直列にしてみましたがまだ明るい。そこで、余っていた100kΩ可変抵抗を使って調整してみました。

緑は30kΩぐらいがちょうど良いかも

　可変抵抗を接続しているコネクターはTJC8コネクター（オス）です。ピンが細くて、ブレッドボードのジャンパー線にちょうど良いと思います。

マスター・スレーブ型JKフリップフロップ回路図（PDFはこちら）

　以前、PRISON ARCHITECTという刑務所シミュレーションゲームで、ロジック部品を使ってフリップフロップやカウンタを作って遊んでいたので、実物で作れないかと思い、ネット情報を参考に見よう見まねで回路図を作ってみました。
　主な使用部品は次のとおりです。

4回路オペアンプ LM324 x1（LM324Nを使用）
4回路2入力NAND 74HC00 x2（SN74HC00ANを使用）
3回路3入力NAND 74HC10 x1（SN74HC10Nを使用）
2SC1815 x2（KSC1815YTAを使用）
LED x2（OSR5JA3Z74Aを使用）
1/4W抵抗 1kΩ x2, 3kΩ x2, 4.7kΩ x2, 10kΩ x5, 120kΩ x1
セラミックコンデンサ 0.1μF x1
タクトスイッチ x2

マスター・スレーブ型JKフリップフロップ

　おー、ちゃんと動作する回路が出来ました。これで、1bitが記憶できます（電源を切ると忘れます）。赤の長いジャンパー線はクロックの伝送用、オレンジの長い2本のジャンパー線は、フリップフロップのマスター側の最上流からスレーブ側の最下流への接続線です。

　ブレッドボードを使ってみたら面白くて、全く関係のないものを作っていたという話ですが、電子回路の試作や実験にはとても有用だと思います。今回初めて使ってみて、プリント基板って言ったらサンハヤトでしょ、って感じで何も考えずに片電源の6穴仕様の物を使いましたが、両電源の5穴仕様も安価に流通しているので、作りたい回路に合わせて選ぶのが良さそうです。

　前回、使用電圧よりも3V高い電圧の入力が必要な安定化電源を自作したので、その上流側の整流平滑回路を自作してみました。

購入した電子部品

　電源トランスは東栄変成器のJ-162Wで、一次側が0-90-100-110V、二次側が0-12-15-16V 2A 2回路のもので、整流平滑回路基板は共立エレショップのパワーアンプ用整流基板 RTF-01で独立した2回路が組めるものにしました。
　このプリント基板は、別途部品を揃える必要があり、安いものから高いものまで自由に選ぶことができます。ダイオードは普通のやつ、横長ブリッジ及びTO-220サイズのものから選ぶことができ、コンデンサは直径35mmまでです。あまり高価なものは不要なため、ブリッジダイオードのKBJ410 1000V 4Aと、ルビコンの電解コンデンサー MXG 10000μF 50Vにしました。

組み立てて電圧測定中

　早速組み立てて、出力電圧をテスターで測ってみました。一次側は0-100V、二次側は0-12V、0-15V、0-16Vで無負荷です。

0-12V　測定値 17.8V、計算値 12√(2) x 105/100 = 17.8V
0-15V　測定値 22.0V、計算値 15√(2) x 105/100 = 22.3V
0-16V　測定値 23.8V、計算値 16√(2) x 105/100 = 23.8V

　うちのコンセントは、105Vが来ているので105/100倍していますが、計算値とほぼピッタリです。

負荷をつなげて電圧測定中

　負荷に自作した安定化電源とFMチューナーをつなげて測定してみました。ちなみにFMチューナーは12Vで0.2Aなので2.4Wの負荷です。

0-12V　測定値 16.8V
0-15V　測定値 21.1V
0-16V　測定値 22.5V

　少し下がりましたが、負荷が軽すぎるためか0-12V出力でも15Vを下回っていません。そこで、全波整流時の平均値を計算してみると次のとおり。

0-12V　平均値 17.8 x 2/π = 11.3V
0-15V　平均値 22.3 x 2/π = 14.2V
0-16V　平均値 23.8 x 2/π = 15.2V

　安定化電源の出力を12Vで使用しようとすると、15Vの入力が必要なのですが、0-12V出力では平均値が15Vを大きく下回っています。これを見ると、0-15V以上のタップで使用するのが良さそうです。
　なお、電圧を測定していて分かりましたが、このトランスは大きい音ではないのですが、はっきりと動作音がするので、オーディオ機器の電源用途には向かないようです。

デジタル電圧計を付けてみました

　話変わって、安定化電源に電圧計を追加してみました。電圧計があると安心感アップです。ちなみに、出力のXHコネクターに接続するには日本圧着端子製造の次の部品と圧着作業が必要です。

XHコネクター ハウジング 2P XHP-2
XHコネクター ハウジング用コンタクト SXH-001T-P0.6

　以前から、電子工作向けに実験用の安定化電源があったら良いなと思っていたのですが、物によっては結構高価だったりします。そこで、DC0〜30Vで5Aと小容量の安価な安定化電源を購入してみました。

OWON(オウオン) SPE3051

　この安定化電源は、出力電圧と電流の表示、電圧と電流の出力値・最大値の設定、出力状況のグラフ表示、出力のオン・オフスイッチが付いており、私のようなアマチュア向けには十分です。また、設定値はデジタルの数字をノブで変更でき、4つの設定を記憶することもできます。付属のマニュアルは英語版ですが、OWONの製品ページから日本語版をダウンロードできます。
　かなり便利な安定化電源なのですが、出力ケーブルは付属しないため、必要なものを自作しました。

自作した出力ケーブル（左からTC形圧着端子、R形圧着端子、DCプラグ）

　ちなみに、バナナプラグはサトーパーツのTJ-560-R/Bで、接続はスムーズでしっかり感は申し分ありません。負荷側は、
TC形圧着端子：朝日電器のPS-683H
R形圧着端子：ニチフのR1.25-3.5
DCプラグ：マル信無線電機のMP-121CF/5
で、ケーブルはKHDのVFF 0.75sq 赤/黒です。

　電源の準備ができたので早速使ってみたいと思い、秋月電子通商から電子工作キットを購入してみました。

可変安定化電源キットAE-KIT45-317

　これは新日本無線（現在は日清紡マイクロデバイス）の3端子可変正出力定電圧電源NJM317を使用したリニアレギュレータのキットです。
　いやー、はんだ付けする端子が幅2mmと小さい。このため、マニュアルに書かれていますが、はんだ付け後のチェックにルーペが必要です。

動作確認中（四隅のプラスチック製の脚は別売りです）

　左が電源側の入力で、右が出力です。下の青い半固定抵抗器を回すと、出力電圧を可変できます。

山崎の45年もので電圧測定中

　紛らわしい写真のタイトルですが、テスターは三和電気計器や日置電機ではなく、山崎教育機材（現在は山崎教育システム）のキットを自作した物を使っています。0Ω調整時にテスター棒をギュッと当てても0〜5Ωあたりでふらつくチャームポイントがありますが、電圧測定は問題なく、上の写真では12Vを指しています。

可変スイッチング電源キットAE-KIC-053

　実はもう1つ購入していて、加賀コンポーネント（現在は加賀マイクロソリューションのようですが、詳細は不明です）のDC/DCコンバータKIC-053を使用したスイッチングレギュレータのキットです。

動作確認中（四隅のプラスチック製の脚は別売りです）

　左が電源側の入力で、右が出力です。最初、出力電圧が5Vになっていて、半固定抵抗器を付けない場合のデフォルトが5Vと説明書に記されていたため、はんだ付けを失敗したかなと思いましたが、右上にある青い多回転半固定抵抗器をだいぶ回すと12Vが出力されるようになりました。

自作した2種類の安定化電源

　左が最大1.5Aのリニアレギュレータ、右が最大3Aのスイッチングレギュレータで、どちらも説明書には使用電圧よりも3V高い電圧の入力が必要と記されています。左のリニアレギュレータは低消費電力のオーディオ向け、右のスイッチングレギュレータはその他向けで使用するのが良さそうです。

　安定化電源を購入したら、何故か安定化電源が更に2つ増えたという話ですが、いずれうちのオーディオで使えないかなと思っているところです。