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連載キットで作る(57) 音声スイッチの作成（10）
音声スイッチで自走車を制御
前回のテストでは、電源がニッケル水素蓄電池4本で、4.8Vと5.6VのスイッチングAC-DCアダプタの電源で動作を確認しました。次に示す自走車は、制御部の電源が乾電池2本の3Vの電源になっています。
まず、3Vに電源電圧を下げて拍手をカウントするか確認しました。電圧を下げても拍手をカウントアップできたのを確認し、モータのコントロール部と接続します。
EIC-801のブレッドボードは連結できる
EIC-801のブレッドボードは次に示すように、連結して利用することができます。前回テストした音声スイッチとカウンタを1枚のEIC-801に収めたものと、自走車のモータ制御のEIC-801のブレッドボードと連結しました。
音声スイッチ、カウンタ回路、およびTA7291Pの制御部の電源は乾電池2本の3V、モータの動力源は乾電池3本の4.5Vになっています。
全体の回路図を次に示します。
自走車は停止、右回転、左回転、前進と繰り返す
左右のモータに同じコントロール信号を加えると、2ビットの信号では停止、前進、後進を繰り返します。
回転させるために、モータ1の制御入力IN1をGNDに接続し、IN2ともう一方のモータの制御信号のIN1と接続しカウンタのQBに接続します。モータ2のIN2はカウンタのQAと接続します。
拍手の音に応答して前進、右回転、左回転、停止を繰り返す
次に示すように、ブレッドボードに配線し動作させると、拍手の音に応答して前進、右回転、左回転、停止を繰り返します。
乾電池3本では、少し力強さが足りません。また少し離れて拍手が小さくなると応答しなくなります。次回、電力の増強と音声スイッチ感度のアップを図ってみます。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月20日 0時59分
簡単ライン・トレース・カー (3)
前回は、簡単ライン・トレース・カーが完成したところまで紹介しました。今回は、これを製作する際に小中学生でもチャレンジできるように、留意した点について補足します。
この連載の第1回目には作動テスト用の回路図を示しましたが、ライン・トレース・カー実機の回路図もセンサとモータが左右１対となっているだけで、まったく同じです。ロジックICの74HC00にはNANDが4回路入っているので、そのうちの2回路を使います。
動作の概要を、この回路図の上側部分を用いて説明します。
まずフォト・センサが白地上にあるときは、PRP220の発光ダイオード部からの光が白い床で反射されてフォト・トランジスタに届きます。この場合フォト・トランジスタに電流が流れて、電圧降下のために回路図中に赤で示したA部はLow(“L”)となります。A部はNAND回路の一方の入力（74HC00の10番ピン）につながっており、もう一方の入力（74HC00の9番ピン）をHigh(“H”)にしておくと、NAND出力（回路図中では青で示したB部）は”H”となります。Bはモータ駆動用のTA7291Pの5番ピンにつながっており、この設定（TA7291Pの6番ピンが”L” ）ではモータは動きます。
逆にフォト・センサが黒い線上に来ると、発光ダイオードからの反射光がフォト・トランジスタに届かず、従って電流が流れないために電圧降下が起こらず、A部は”H”です。さらにNAND回路を通したB部は”L”となり、モータは止まります。反対側にも同じようにフォト・センサとモータがありますので、あらかじめこの二つのフォト・センサの間に黒線がある状態で動かし始めると、黒線を検知した側のモータが動かなくなり、従って黒線をトレースし続けるわけです。
もうおわかりと思いますが、フォト・トランジスタのカソード（”C”）につないである可変抵抗と抵抗は、フォト・ダイオードからの反射光がフォト・トランジスタに届くときに、白地では”L”となり、黒線上では”H”となるように調整するためのものです。ロジックICを使う場合に、”H”と”L”の分かれ目（しきい値、スレッショルド）は、”H”はVccの75%以上、”L”はVccの20%以下なら確実と考えておけばまず間違いはありません。もちろんICの種類や使用する回路によって異なりますが。そういうことをわかった上で、試行錯誤（カット アンド トライ）して、ちゃんと動くようになればいいのです。筆者の作ったモデル・カーでは、可変抵抗値が10kΩ程度のときに調子が良いようです。
さて実際の工作ですが、基板は三つに分けました。これは各部分の役割をよりわかりやすくし、工作にあたって今どの部分をはんだ付けしているか理解するためです。車体下に取り付けるセンサ部の基板は細長いものが望ましいのですが、手持ちの中には手頃なものがありませんでしたので、ユニバーサル基板を自分で切って使いました。
二つ目と三つ目の基板は、サンハヤトのICB-91というものを用いました。この基板にICの足をはんだ付けするところだけ少し細かい作業になります。しかし先の細いはんだゴテと直径1mmくらいのはんだを使えば、案外簡単です。ここさえクリアすれば、その後は下の写真でわかるように広い部分で作業できるようになっています。
完成品の写真は次のとおりです。走行中のところもご覧ください。
動画
なお、フォト・センサと床との距離ですが、筆者が作ったモデル・カーでは5mmから10mmくらいが良いようです。それより長すぎても短すぎても、モータが動かなくなります。フォト・ダイオードからの光がフォト・トランジスタにうまく届かないからです。この間隔は、RPR220のデータシートから読みとれる推奨値とほぼ同じでした。
次回はこのライン・トレース・カーをもとに、車体上部に懐中電灯の光を照らすことによって方向転換させることのできるモデル・カーを製作します。
サンハヤト：電子工作でよく使う素材や薬品類を販売している会社。プリント基板や、感光基板など、全国の電子工作関連ショップにはおいてある。
作者: yoshida
更新日:2008年11月19日 4時44分
連載（1） LTSPICEで回路の検討 はじめに
電子回路の検討を行っているとき、各デバイスに加わる電圧の様子や、電流の変化の様子を知る必要が生じます。また検討している電子回路の動作を確認し検討を次に進めるために電子回路のシミュレータが多いに役立ちます。
たとえば、コンセントから取り出せるAC100V電源をダイオードで整流して直流を得る整流回路を考えたとき、ダイオードを流れる電流は必要とする電流容量からすぐに想定できますが、ダイオードに加わる逆方向の電圧は少し考えないとイメージできません。
回路シミュレータを使用するとすぐわかる
しかし電子回路シミュレータを利用すると、次に示すようにダイオードにAC 100V（ピーク電圧141V）を加えたときの状態が、すぐグラフで確認できます。
グラフの赤い曲線は、ダイオードD1のD-out－D-inで示される、D1の逆方向電圧の大きさが示されています。図に示すような電圧がダイオードに加わります。ダイオードはこの電圧に耐えるものを選ぶ必要があります。
LTSPICEによるシミュレーション結果
電流が流れている場合は、D-out－D-inは-0.6V前後の値で推移しますが、ダイオードに電流が流れない逆方向に電圧が加わった場合は、141Vのピーク電圧となります。
全波整流回路（ブリッジ整流）の場合
次に示す、ダイオード・ブリッジによる全波整流回路も、ダイオードの逆方向電圧は141V前後の値になります。
センタ・タップ方式による全波整流回路の場合
整流された出力は、前記の回路と同じピーク値が141Vなのですが、ダイオード逆方向電圧は約倍の282Vの電圧となります。センタ・タップ式の整流回路に使用するダイオードは、ブリッジ整流回路に使用するダイオードの倍の耐圧が必要なことになります。
電源が2つ直列に接続されているのですから、電流が流れていないときは当然二つ分の電圧が加わるのは回路図の各ポイントを追っかけていけばわかるはずですが、回路シミュレータを利用すると見落とさずにすみます。
このように、回路シミュレータを利用すると回路の細部の動作、各デバイスの動作条件を容易に確認することができます。
本連載では、電子工作、身近な制御や、機器で利用されている電子回路を取り上げLTSPICEの回路シミュレータでその仕組みを確認したり、新しいアイデアの実現するための検証を行います。
まずは正弦波発振回路から
最初に取り上げるのは、ウィーンブリッジ発振回路を考えています。この回路は、OPアンプによる増幅器、フィードバック回路に挿入されるフィルタ回路、ひずみのない正弦波を作るための増幅度を自動的に制御するAGC回路など、動作を検証するコンポーネントが多くあり、実際にできあがった回路は、低周波の増幅器の実際の信号源として利用できます。
その後は、昇圧、降圧など多様な機能が実現できるスイッチング・レギュレータを予定しています。
LTSPICEの入手方法、基本的な使用方法は前回の「連載 LTSPICE入門」を参照してください。LTSPICE入門で説明していない便利な使用法がまだ多くあります。それらについては、引き続き本連載の中で紹介していく予定です。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月18日 2時46分
RFモジュレータ・ユニットで作る「ホーム放送局」 (2)
●受信用機器について
今回、使用する受信用機器には、混合器、分波器、分配器、ブースタがあります。
それぞれの役割は、表1のとおりです。
なお、混合器、分波器は、高域通過フィルタ（high pass filter、ＨＰＦ）、低域通過フィルタ（low pass filter、LPF）を組み合わせたものであり、本質的に同じものです。方向性がないため、低周波、高周波を互いに逆方向に流すことも可能で「分波/混合器」として使うことができます（図3(d)）。
124/128°CSアンテナに接続する混合器の図2(c)、(d)は、このような使い方をしています。
図3(a) 図3(b) 図3(c) 図3(d)
写真1(a) 分波/混合器
写真1(b) 分波/混合器の裏面
●ホーム放送局
本製作の要となる「ホーム放送局」です。アナログ・ビデオをそのまま使ってもよいし、RFモジュレータ・ユニットをアナログ・ビデオから取り出したり、購入したりしたりして専用装置を製作してもよいです（2008年10月現在秋月電子通商からUHF帯用が販売されています）。
(1) アナログ・ビデオの利用
最も簡単に行うには、1-2チャンネルに出力機能のあるビデオをそのまま使用することができます。ビデオのアンテナ出力をそのまま屋外の混合器のVHFに接続します。室内のテレビの1または2チャンネルに「ホーム放送局」からの信号が届いているはずです。信号強度が弱ければ、ビデオを出た直後にもブースタをつないでみてください。
(2) RFモジュレータ・ユニット
「ホーム放送局」をコンパクトにまとめたい場合には、ビデオの中にある「RFモジュレータ・ユニット」を使用します。写真2(a)はVHF用、写真2(b)はUHF用です。「RFモジュレータ・ユニット」は映像信号、左右の音声信号に変調をかけ、V/UHF波に載せるための部品です。ビデオから取り出す前に、「RFモジュレータ」の入力端子がそれぞれ何であるか（電源、映像信号、左音声信号、右音声信号）、電源電圧をテスタなどを用いて確認しておいてください。
図4に写真2(a)のRFモジュレータ・ユニットの接続を示します。
◆「TV OUT」から、屋外の「混合器」にアンテナ線を接続
◆「音声入力」「映像入力」にピンプラグを接続（音声、映像を入力）
◆「電源端子」には、安定化した電源を接続
◆「Ch切替」で1ch、2chを選択
その他に周波数調整用のタンク・コイルや、音声変調度調整用のＶＲなどがありますが、すでに適正値に調整されているはずですのでさわらないようにしてください。
写真3(a)には、筆者の製作した「ホーム放送局」の外観、写真3(b)には、「ホーム放送局」の内部構造を示します。
ホーム放送局外部には、電源スイッチ、入力2系統(モノラル)、アンテナ出力、入力切替があります。ホーム放送局内部には、電源、UHF用RFモジュレータ・ユニット(秋月電子500円)、RFアンプ（GN1021：秋月電子400円）が入っています。屋外の混合器までの距離が長い上UHF帯は、減衰率が大きいので、RFアンプ(ブースタ)を加え信号を増幅しています。VHF帯では、とくに必要ないかと思います。
●さいごに
「ホーム放送局」から出力されたVHF信号がUHFアンテナから発信されないようアンテナ直下には必ず（VHF帯の周波数帯を減衰するHPFをもった）混合器を入れてください＊2。 隣近所で迷惑となるばかりか電波法違反となります。「ホーム放送局」の電源と連動するアンテナ切替器を使用すればUHFアンテナから電波が放出されることはありませんので万全です。
＊2：UHF帯を「ホーム放送局」にしようする場合には、UHF帯を減衰するフィルタを使用してください。
以上説明した「ホーム放送局」は、アナログ・ビデオを使えば、アンテナ工事だけで構築できます。まずはアナログ・ビデオを活用し楽しんでみてください。さらにアナログ・ビデオが邪魔になりましたら、RFモジュレータ・ユニットを取り出して小型化してみてください。
作者: yoshida
更新日:2008年11月17日 5時13分
連載キットで作る(56) 音声スイッチの作成（9）
回路を集約する
入力端子の接続漏れがあると不安定になる
音声の検出回路とカウンタの回路を、次に示すEIC-801のブレッドボードに集約しました。テストを行うと次に示すように、入力パルスがあるにもかかわらずカウントアップできないことが起きます。
黄色がカウンタの入力パルスで、水色がQAの出力、緑色がQBの出力です。赤は電源電圧です。
電源の状況をACの測定にして拡大すると次に示すように、ノイズが少し電源に載っていました。念のため47μFのコンデンサを電源とGNDの間に挿入すると、次のオシロスコープの画面の右側に示すように、ノイズのレベルは下がりました。
しかし、コンデンサを挿入してもカウンタの入力信号のドロップは改善されませんでした。カウンタの入力端子の接続漏れ
よく回路を確認しますと、カウンタをカウント状態にするためにTC74HC161Pの9番、10番の入力端子をハイにする必要があります。ハイに設定するための5Vに接続するのが漏れていました。そのため入力が不安定になっていました。
次に示すように、全入力端子を所定の状態になるように接続しました。
連載キットで作る（52）で示した回路図から、カウンタの出力を4ビットから2ビットに変更し、TC74HC161Pのリセット入力の遅延時間を長くしてより確実に動作するように変更してあります。
エラーの原因となった入力端子の接続漏れをそれぞれ、上記の回路図に従い接続すると、次に示すように安定に動作するようになりました。
入力端子はハイ、ローどちらかに設定する
入力端子の接続漏れはよく起こします。動作が不安定な場合、入力端子の状態の確認が最初に行うトラブルシューティングです。しかしつい原則を忘れて、見当はずれの場所ばかりいじり回して時間を無駄にすることが多くあります。
皆さんは、そのようなことがないよう原則に従い、無駄の少ないトラブルシューティングに心がけてください。
次回は、このカウンタの出力でTA7291のモータ・コントローラを駆動します。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月13日 0時47分
LTSPICE入門（41） トランジスタを使う2-4
発振回路のシミュレーション結果を実際の回路で試す
次に示す前回のシミュレーションで発振を確認した、C-Rによる移相回路による一石発振回路を、ブレッドボード上に再現して実際の発振の様子を確かめます。
抵抗、コンデンサの値を測定する
今回使用した、コンデンサ、抵抗の値は、次に示すように、SANWAのディジタル・マルチメータPC5000でそれぞれ測定した値を回路図に記入してあります。
コンデンサ、抵抗とも同じ袋に入っていたもの使用しましたので、部品間のばらつきは少なくなっていました。ブレッドボードに回路を設定
次に示すように、ブレッドボード上に回路を組み立てました。電源は、古い携帯電話充電用のスイッチング・レギュレータのACアダプタを使用しました。定格が出力電圧は5.6V、500ｍAのものです。電圧を測定すると、5.6Vで安定していました。
出力をオシロスコープで確認
ブレッドボード上、OUTで示したトランジスタのコレクタ出力部分の波形を、テクトロニクスのTDS2004Bで測定した結果を次に示します。出力振幅が1.3Vくらいで507Hzくらいの発振周波数の波形が観測されました。
LTSPICEでのシミュレーション結果を、次に示します。
波形の部分を拡大して表示すると、下の波形が少しつぶれた実測の波形と同じような波形が確認できます。波形のピークの大きさもほぼ同様です。
C-R回路による位相の遅れを確認
前回、シミュレーションで位相の遅れ(移相)を確認しましたが、実際の回路での移相の様子を次に示します。出力（OUT）から各C-R回路の出力段のコンデンサの端子部分の波形です。OUTの波形が、C1、C2と順次、移送の遅れが生じて、C3のトランジスタの入力段で反転しているのがわかります。
出力波形のFFT解析実際の回路では発振周波数は500Hz強で、2次高調波の1kHzの波形の大きさは基本波に比べて-20dBくらいの値になっています。
LTSPICEのシミュレーションでは、基本波の周波数は440Hzくらいで実測値より少なくなっています。この周波数は、電源電圧を上げると周波数が上がり、約8Vの電源電圧で実測値と同じような値になります。周波数の軸は対数メモリでなく、リニアのメモリです。
周波数のメモリが対数メモリなので、高調波の状況はオシロスコープの結果より高い周波数成分の値の減少が大きく見えます。今の段階で、今回の発振周波数の差をどのように評価していいのか悩ましいところですが、単純で安定化のための術も施していないにもかかわらず、思いのほかシミュレーション結果が実際の回路と同じで、今後の展開が楽しみになりました。
次回以後
今回までの説明で、LTSPICEの基本的な操作、機能の主なものの説明をしてきました。LTSPICE入門では少しピッチを落とし、フォローとして必要な都度追加説明する予定です。
一方、次回から「LTSPICEで回路の検討」として、電子工作などで利用する身近な電子回路の動作をLTSPICEでシミュレーションし、細部の動作確認を行うと共に、実際の回路をブレッドボードなどで再現することで、シミュレーション結果と比較検討を行います。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月11日 3時52分
RFモジュレータ・ユニットで作る「ホーム放送局」 (1)
●はじめに
2011年7月24日をもって、これまで長く続いてきたアナログ放送が終了します。デジタル放送に移行することにより、これまで使用していた周波数帯（VHF）はテレビ放送以外の目的に利用することができ、電波資源を有効利用が図られます。
現在販売されている多くの受信器（テレビ、ビデオ）は、アナログ、デジタルの両方に対応することができますが、これらの受信器のアナログ受信機能は、デジタル放送が視聴できる世帯においては、まったく不要な機能となります（図1）。
●アンテナ接続（図2）
まず、今までのアンテナの接続方法を確認します。そして、そのアナログ信号を利用したホーム放送局というシステムをどのようにつなぎ込むかという説明をします。
(1) アナログ
これまでのアナログ放送では、図2(a)のように接続されています。赤線がVHF波で、デジタルでは不要になります。このVHF帯域を、「ホーム放送局」用として利用します。
(2) デジタル＋ホーム放送局
まずは、VHFアンテナからのアンテナ線を取り外し、新たに屋内からアンテナ線を接続します。このアンテナ線の屋内側は、「ホーム放送局」に接続します。「ホーム放送局」は、ピン・プラグのビデオ・コードから映像信号をVHF波に変調し、一般の放送局からの電波と同様に各テレビに分配されます（図2(b)）。
(3) デジタル＋CS＋ホーム放送局
124/128°CS放送では、受信機とアンテナを直結して使用します。このアンテナ線では、1100MHz程度を使用していますが、V/UHF放送の周波数帯は空いています。124/128°CS放送を受信している家庭では、混合器（分波器）を2個設置し、わずかなアンテナ工事で「ホーム放送局」用のアンテナ接続ができます（図2(c)）。
(4) アナログ＋CS＋ホーム放送局
共同アンテナなどで、テレビ放送（地上）がVHF、UHFのみで送られている世帯では、、空いている周波数帯を「ホーム放送局」用として使用することができます（図2(d))。
これが我が家の接続方法です。地上デジタル放送開始前から利用しています。
ここでは、CS放送のアンテナ線のUHF帯（29チャネル）を利用して、屋外の混合器に信号を送っています。
次回は、受信用機器と本製作の要となる「ホーム放送局」と接続の注意点について説明します。
作者: yoshida
更新日:2008年11月10日 1時42分
BluetoothでGO!GO! ～4～
引き続きヘッドセット通話用のプロファイルHSPを設定します。その後、使用例を説明します。
A2DPに接続後、接続機器確認画面が表示されます。
→別のサービスにも接続しますか?→YES→
→ハンズフリー選択→
→ハンズフリーに接続しました→
登録機器リストで確認すると、HSPとHFPに接続していることが確認できます。
Bluetoothメニュー→Bluetooth設定→自局情報・・・接続プロファイルが確認できます。
・HSPを選ぶと、HFPもセットで接続されます。
・A2DPを選ぶと、AVRCPもセットで接続されます。
Bluetoothメニュ→接続待機→
→ハンズフリーとオーディオが接続待機になっていることが確認できます。
これでレシーバのケータイへの登録は完了しました。さあ、使ってみましょう。
●使用例(1)
ケータイの電源はONにします。待ち受け状態でかまいません。
ワイヤレスイヤホンセット02(以後、レシーバ)の再生ボタンを2秒長押し→
→青LED点灯+ピー音1回→再生ボタン押す→Musicプレーヤ起動→
→再生ボタン押す→再生開始、音楽スタート!
ケータイ本体は待ち受け状態になっていれば、閉じた状態でもBluetooth経由でリモート起動します。P906iではプライベート・ウィンドウに再生状況が表示されます。
この機能のおかげで、ケータイ本体を鞄に放り込んだままレシーバを操作するだけで、Musicプレーヤを起動して、音楽を楽しむことが可能になります。
イヤホンの替わりにアクティブ・スピーカを接続しました。ケータイ音楽を迫力ある音で楽しむことができます。
●使用例(2)
最新のカー・オーディオはBluetoothを搭載している製品が増えています。筆者の愛車にはあいにく搭載されていませんが・・。そのかわり、カセット・プレーヤは搭載されています。購入当初は大活躍した"カセット"ですが、今はただの"穴"と化しています。
DIYショップのオーディオ・コーナーを物色していると、"カセット・アダプタ"を見つけました。この製品はカセット・ケース状のインターフェースをカセット挿入口から差し込み、デッキに装備されているカセット用ヘッドに接触し、オーディオ信号を送信するというものです。
以前はよく見かけたのですが、久しぶりに発見して購入しました。普通のカセットと同じようにカセット挿入口よりセットします。カションという音と共にカセットがローディングされました。
最近、AV入力をもたないカー・オーディオにプレーヤの音楽を送信する手段として、FMラジオに送信するFMトランスミッタ・タイプが主流となっています。3000～5000円程度でFMトランスミッタと充電機能を装備した製品を数多く見つけることができます。
筆者もこのタイプを使ったことがありますが、使うにはカー・オーディオをFMラジオに切り替えてからトランスミッタの周波数に切り替えるという二段構えになってしまいます。
カセット・アダプタであれば、カセットに切り替えるだけのワンアクションで済ますことができます。運転中は、操作が少ないにこしたことはありません(と、価格がすごく安いのです)。
カセット・アダプタのプラグをレシーバのイヤホン・ジャックに挿し込み、接続再生操作を行えば、カー・オーディオからケータイのMusicプレーヤの音楽がいとも手軽に流れ出します。
もちろん、ケータイに触れることなく、すべてリモコンにより操作が可能です。レシーバは小型軽量なので、適当な場所にクリップで挟んでいます。
Bluetoothのおかげで、筆者の時代遅れのカー・ステレオが最新のケータイに対応することができるようになりました。ケータイのMusicプレーヤの機能を活用して車通勤を楽しく過ごすことができるようになりました。
■ハンドフリー通話
運転中に電話がかかってきた場合、HFPプロファイルにより、電話に応答することができます。応答する場合、通話ボタンを押します。
運転手の声はレシーバのマイクから、相手の声はカー・ステレオのスピーカから聞こえます。マイクとスピーカが近いのでハウリングを起こすかと思ったのですが、相手の声が遅延する仕組みらしく、ハウリングは起きません。
が、安全を最優先し、とりあえず応答しておいて、安全な場所に駐車後、かけ直したほうがよいと思います。
■改正道路交通法
道路交通法の一部を改正する法律の概要について(平成17年2月付)
| 5 携帯電話等の使用等に関する罰則の見直し（平成１６年１１月１日から施行） |
|
手で持っている携帯電話等によって通話を行い、又はその画面を注視する行為 |
改正道路交通法により携帯電話の運転中の使用が罰則の対象になりました。ハンドフリー通話は除外されていますが、推奨されているわけではありませ ん。イヤホンを使用したハンドフリー通話は都道府県条例によって罰則の対象になります。運転中は運転操作に専念することが望ましいとされています。
Bluetoothは現在も発展中の新しい規格です。近未来的機能を手軽に味わえるBluetoothが今後も楽しみですね。
以上で連載を終わります。
長野県飯田工業高校 竹内浩一
作者: takeuchi
更新日:2008年11月10日 1時30分
LTSPICE入門（40） トランジスタを使う2-3
トランジスタによる1石発振回路
1石のトランジスタ増幅器のコレクタからの出力を、3段のC-R回路を通してベースにフィードバックした発振回路のテストを行います。
回路は次に示すようになります。
この回路の発振の仕組み
トランジスタのコレクタからの出力がR2・C1、R3・C2、R4・C3のフィルタを通過するさい、信号の大きさが減衰すると共に位相が遅れます。2SC1740Sのベースに到達した信号が、出力を増加する位相になった周波数でこの回路は発振します。確認していきましょう。
3段のCR回路の周波数特性
この3段のCR回路の周波数特性を調べるため、次に示すようにフィルタ部分を抜き出し、周波数特性と位相の状態を確認します。
AC解析で周波数特性を調べる
AC解析の入力信号をAC 1Vとして、掃引周波数は1Hzから100kHzとしました。
緑色の1段目のフィルタでは、100kHzの周波数のときに-60dBで位相の遅れは90度です。2段目の出力の青のV(in3)では、100dB以上の減衰を示し、位相の遅れは180度に接近しています。位相の遅れは180度に接近していますが、180度を超えてはいません。
3段目の出力V(out)は位相の遅れが大きく、400Hz近辺で位相の遅れは180度を超えています。
この位相の遅れた信号の様子
CRフィルタを通過して位相の遅れた信号がどのようなものになるかシミュレーションします。400Hzの正弦波をこのフィルタ回路に加え、各段のフィルタの出力を表示しました。
フィルタを通過するたびの、正弦波のピークが入力信号に比べ遅れ、グラフの右側にずれています。3段目の出力V(out)は半波長分遅れているように見えます。わかりやすくするため、V(out)の値を30倍して反転するためマイナス符号をつけます。
そのため、グラフの画面をマウスの右ボタンでクリックして、Add Traceを選択し、次のAdd Traces to plotのウィンドウを表示し、
－V(out)*30
を追加します。
反転し拡大したフィルタの出力は、入力波形とほぼ同じものになりました。このフィルタでは、400Hz以上の周波数の信号は180度以上の遅れとなります。そのため、最初に示した回路では400Hz 以上の周波数で発振することが推定されます。
発振回路のシミュレーション結果
最初に示した、発振回路のシミュレーション結果を次に示します。発振している様子がわかります。
拡大した結果を次に示します。発振している周波数は、480Hzくらいです。
各波形は0Vを中心にした波形でないので単純に掛け算だけで同じ大きさの波形にできません。そのため次に示すように、表示ペインを追加し新しいペインにV(n004)の2SC1740Sのベースに加わる電圧のみ表示しました。
これにより、2SC1740Sのコレクタ出力が3段のフィルタにより位相が反転し、フィードバック回路は正帰還になり発振していることがわかります。次回に、ブレッドボードで2SC1740Sを使用して発振の様子を確かめてみます。
<神崎康宏>
作者: kanzaki
更新日:2008年11月7日 1時40分
三端子レギュレータIC
三端子レギュレータICといえば、電子工作では定番の部品です。ここでは、電子工作をする際に参考になる三端子レギュレータICについてメモとしてまとめてみました。実際に使用する場合は、個々のデータシートなど参照してください。
参考となる資料には、トランジスタ技術誌の初心者向け特集や半導体メーカの資料(例：「「東芝半導体 製品カタログ 電源IC」など）があります。
三端子レギュレータICの形状は、名前のとおり三つの端子(足)があります。三端子レギュレータICは出力電圧を一定にする機能から、少ない外付け部品で一定の直流電圧を出力する安定化電源が作れます。
その直流電源には大別して、正電源と負電源があり、グラウンド電位を基準に、それよりもプラス側に高い電圧を出力するものを正電源と呼び、グラウンド電位よりもマイナス側の電圧を出力する電源を負電源と呼んでいます。
定番の三端子レギュレータICは、次の写真に示すように、78で始まるプラス電圧を出力する78XXシリーズと、79で始まるマイナス電圧を出力する79XXシリーズがあります。なお、メーカ・カタログに掲載された500mAの79M05は、入手できませんでした。
これら三端子レギュレータICの購入時に必要な型名は、各メーカごとに指定する文字に続き、この名称を使っています。
78または79に続く英文字は最大出力電流を示し、”M”が0.5A、”L”が0.1A、英文字がないものは1Aです。その後の数字は出力電圧を示します。
つまり「7805」は＋5Vのプラス電圧固定、最大電流1Aを示し、「79L05」は-5Vのマイナス電圧固定、最大電流100mAをそれぞれ示します。ただし、メーカによって150mAのモデルもあります。電圧表示に0が１つ多い、78L005は電圧に変更なく、電流のみ最大150mAとなります。
外観が同じようなプラス電圧三端子レギュレータIC、最大電流1Aの78xxや0.5Aの78Mxxは出力電圧に関わらずピン配置が同じです。
この78XXまたは78Mxx三端子レギュレータのピン配置は次の写真のように左から入力、GND、出力の端子順です。真ん中の端子は、放熱用のフィン部分と内部で接続されています。放熱用のフィンは、金属がむき出しになっているものと、プラスチックで覆われている2種類があります。
少し小さめの最大電流100mAの78Lxxおよび150mAの78L0xx三端子レギュレータのピン配置は、ラベル面を上にしてみて、出力電圧に関わらず次の写真のように左から出力、GND、入力の端子順です。
このように、同じプラス電圧でもピン配置は異なりますので注意が必要です。
一方、マイナス電源用の最大電流1Aの79xxシリーズのピン配置は、出力電圧に関わらず次の写真のように左からGND、入力、出力の端子順です。
100mAまたは150mAの79Lxxのピン配置は、1A用と同じです。
なお、三端子レギュレータICには、低ドロップ・タイプと呼ばれる製品がありますが、これらは、別途取り上げます。また、それらはピン配置もメーカ独自になっている場合がありますので、個々の製品ごとに、ピン配置を確認する必要があります。
後田敏
作者: goda
更新日:2008年11月7日 1時29分
連載GPSによるナビゲーション（43）秋月のGPSレシーバを組み立てる（10）
GPSからのRAWデータ
GPSレシーバは、NMEA-0183フォーマットと呼ばれるテキスト・データでデータが送出されています。NMEAはNational Marine Electronics Associationの略で、アメリカの船舶に関する電子機器の協会です。現在、ここで定められたGPSのデータ・フォーマットがデファクト・スタンダードとなっています。
GPSレシーバからシリアル通信で出力
GPSレシーバからは、シリアル通信（RS-232C）で出力されています。そのために、PCのターミナル・プログラムで確認できます。Windows XPまではハイパーターミナルというターミナル・プログラムが標準で用意されていて、シリアル通信のマイコンなどとデータのやり取りになどに便利に利用していました。
Windows VISTAにはハイパーターミナルが付いていない
PCにシリアル・ポートのインターフェースがなくなったのに併せて、Windows VISTAにはハイパーターミナルのサポートがなくなり、メニューの中にもハイパーターミナルを探しましたが見つかりませんでした。
まだ世の中には、シリアル通信でデータの交換を行っている機器が多くあります。Webでターミナルのことを調べてみましたら、いろいろな場所でハイパーターミナルがなくなり困っている話が見つかりました。手をこまねいていてもしょうがないので、利用できるフリーのターミナルを探しました。
Tera Term ダウンロードしてインストール
「窓の杜」にフリーソフトのTera Termが見つかりました。開発者の許可を得てオープン・ソース化し、現在開発が進められています。Windows VISTA上で今回のGPSレシーバ以外にもPICなどのマイコンとの通信にも利用するので、ダウンロードしてインストールしました。
Tera Termを起動、9600bpsに設定
Tera Termを起動すると、次に示す通信方式などを選択する画面が表示されます。Serialを選択してOKボタンをクリックすると、GSPレシーバからのデータを受信します。
Tera Termのシリアル通信のデフォルトの設定が9600bpsで、ほかの設定値も同じなので、次に示すように順次データを送ってきます。
マイコンなどで処理する場合も上記のデータから必要なデータを取り出す
GPSレシーバから送られてくるデータは、ヘッダの先頭の英字の文字列で構成されるアドレス・フィールドでデータの種類が決まり、カンマのデリミタ（区切り文字）で各フィールドが区分され、データの種類ごとにフォーマットが決まっています。
GPSレシーバに添付されているGPSVPにも、同じようにRAWデータを受信しLOGファイルとして保存することのできる機能があります。保存されたLOGファイルは、次に示すようにメモ帳で確認することができます。
NMEAの通信フォーマット
通信手順 無手順。 データは稼動していれば定期的にデータを送ってきます
全2重 送受信を同時に行うことができる。GPSレシーバが送信中でも、
コマンドがGPSレシーバに送られると、GPSレシーバはコマンドを
受信し、そのコマンドに応じた処理が行われます。
非同期通信 スタート・ビット 1ビット
データ長 8ビット
ストップ・ビット 1ビット
パリティ なし
通信速度 4800bps
NMEAでは通信速度が4800ですが、このGPSレシーバ通信速度を上げて9600bpsになっています。
次回は、データのフォーマットを調べます。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月6日 4時58分
簡単ライン・トレース・カー (2)
フォト・センサ、ロジックIC、モータ駆動制御用ICのそれぞれの回路が正常に動くことが確認できたので、次は実際にモデル・カーを組み立てることにします。
車体はタミヤの「楽しい工作（材料）シリーズ」でそろえました。それぞれの品名と購入価格は次のとおりです。
- ユニバーサルプレートセット 300円
- ダブルギアボックス左右独立４速 700円
- ナロータイヤセット（58mm径） 400円
- ボールキャスタ（２セット入） 300円
個別で購入すると少し値段がはりますが、プラモデル感覚で性能の良い車体が作れました。
ギアボックスの変速設定は、一番遅い速度にしてあります。前輪として使用するボールキャスタは、一つで充分です。オート三輪というわけです。
次は回路です。この車体にブレッドボードを載せるという安易な手段もありますが、ここはやはりはんだ付けをして、電子回路らしい体裁をとります。小中学生でも作れるというコンセプトなので、基板は、フォトセンサ部、ロジックIC部、モータ駆動制御IC部と、三つに分けました。
それぞれ、基板もはんだ付けのしやすい大きめのものを使用しています。次回に詳しく説明します。
それでは車体に回路を取り付けましょう。
本当はモータに0.05μF程度のバイパス・コンデンサを付けるのが望ましいのですが、できるだけ部品点数は少なくというコンセプトから今回は省略しました。同じ場所を走らせても、コースからずれてしまうなど、安定しなかったりする場合は、必要に応じて入れてください。
動作を確認するために、白い紙に黒いマジックでラインを引いて、その上を試走させると、確かにライントレースしました。
次回は、このライントレース・カーを少し詳しく説明します。
作者: yoshida
更新日:2008年11月5日 4時56分
BluetoothでGO!GO! ～3～
Bluetooth機能を使って、本体と接続します。
レシーバにはステータス画面がありません。赤青LEDと音により動作を確認します。イヤホンをレシーバに接続てから設定してください。
レシーバの再生ボタンを長押し2秒すると、ピーという音が鳴り青LEDが点灯し、電源が入ります。設定モードにするためには3秒長押しします。LEDは赤青交互点滅になります。
P906iのメニュー→LifeKit→Bluetooth→
→登録機器リスト→
→サーチ画面：機器が登録されていません、サーチしますか?→YES→
→見つかりました画面→機器名称取得中→
→登録機器リスト表示→
ワイヤレスイヤホンセット02は、DoCoMo Wireless02として無事登録されました。
→未登録機器です、登録しますか?→YES→
→端末暗証番号を入力してください→"各自の暗証番号を入力してください"→
→Bluetoothパスキー入力→"0000"を入力→
→入力後、確定→
→プロファイル設定画面→
→オーディオ選択→
→オーディオにBluetooth接続マークが表示されます→
登録機器リストで、A2DPプロファイルが選択されていることを確認できます。
A2DPプロファイルが設定されて、音楽が聴けるようになりました。
次回は、ヘッドセット通話用のプロファイルHSPを設定します。
長野県飯田工業高校 竹内浩一
作者: takeuchi
更新日:2008年11月5日 4時14分
キットで作る 連載（55） トラブルシューティング 乾電池の液漏れ
消耗した乾電池は取り外す
次に示すのは、昨年テストした自走車です。モータの駆動回路をテストした後、そのまま棚においてありました。その電源の乾電池が液漏れを起こしていました。
その電池は使用期限が2011年とありました。以前、電池の液漏れが原因で機器が損傷したときは保証すると宣伝していたのを記憶していたのと、乾電池は電子工作のキーとなるものなので、メーカの問い合わせると共に、少し調べてみました。
現在は液漏れによる機器の損傷保障は行っていない
乾電池の表記を調べてみましたら、今では、どこにも保障のことを書いてあるものはありませんでした。1970年代に、松下が製造後指定した期間内に液漏れで機器を損傷したら保障するとしていました。この次期の電池は、Hi-TOPの名のマンガン電池でした。液漏れ保障は他社も追随したと記憶していますが、いつからこの表記がなくなったのかは記憶になくわかりません。
液漏れを起こした電池
液漏れを起こした電池は、次に示すように液でなく、白い粉に変わっていました。プラス側にも少し白い粉がありましたが、これは外装の下を液が流れプラス側にも流れ出していたもので、プラス電極で液漏れを起こしたものではありません。
アルカリ電池の液漏れ
乾電池の液漏れは、過充電、過放電により内部にガスが発生し、内圧が高まると、破裂を防止するためにマイナス側の接合部が開き、ガスの圧力を下げ破裂を防止すると共に、内部の電解液が流出して液漏れが起こります。
アルカリ電池の場合は苛性カリの液が漏れる
アルカリ電池が液漏れを起こすと、強アルカリ性の苛性カリ（水酸化カリウム）が漏出します。この苛性カリは腐食性が強く、目に入ると失明の危険もありますので、十分な流水で洗い流し、必要に応じて医師の治療を受けます。
時間がたった液漏れの固形化したものは炭酸カリウムで無害
アルカリ性の水酸化カリウムは、空気中の炭酸ガスを吸収して炭酸カリウムとなります。炭酸カリウムは食塩と同様無害です。
過充電、過放電が起こるのは
過充電
複数の電池をセットする機器で、電流を流さないつもりで1本だけ反対に電池を
セットしてある場合、スイッチがオンになると反対にセットされた電池がほかの電池に
よって充電され、過充電になる場合が生じます。
過放電
１）消耗した電池をそのままにする
電池が消耗した後も電流が流れ続け過放電になり、内部でガスが発生します。
消耗した電池は電池ボックスから取り出しておきます。
２）消耗度合いの異なる電池を一緒に使う
消耗度合いの異なる電地を一緒に使用すると、一部の電池が使用限界を過ぎても、
ほかの電池の電圧が低下していないため、回路に電力を供給することができるため
使用限界を過ぎた電池からも引き続き電流が流れ出し、過放電となりガスが発生し、
液漏れが生じます。
最近は、時計やリモコンなど消費電流が少なく、また低電圧で動作するものも多くなり、消耗した電池でも稼動するものも多く液漏れの危険性が増大しているそうです。
これら、時計やリモコンなどはアルカリ電池でなく、マンガン電池のほうが適当なようです。
電池の種類も増えています。電子工作でも用途に応じて適切な電池を選択する必要があります。
しらべてみて、今回は電池の液漏れの原因がわかったので、使用していない機器の電池は取り外し、消耗した電池の交換を行いました。
作者: kanzaki
更新日:2008年11月4日 1時0分
座光寺子供祭り2008
11月3日文化の日、まずまずの天気に恵まれ,飯田市座光寺座光寺小学校にて、"座光寺子供祭り"が開催されました。地区の公民館・育成会のみなさんが中心となって座光寺地区の子供達が楽しむためのお祭りです。
午前中、子供達はオリエンテーリングで地区の文化を楽しみながら約5kmの道をハイキングしました。学校へ戻り、おいしい豚汁のお昼を済ませ、午後の部は飯田工業高校の生徒諸君が準備した楽しい体験コーナーに参加しました。
まずは、おなじみ自転車発電です。"重たいよ～"・・・電気の大切さが実感できたと思います。
飯工いらいらボーはなかなか難しくて、失敗してすぐにベルがじりり～と鳴ってしまいます。
怪しげな怪人?と対決する反射神経ゲームです・・・光ったボタンを押すとなんともいえない奇声を発します。
点数表示ができるバスケット・ゲーム・・・小学生には難易度が高いかな?。
黒OIDE間一髪ゲーム・・・おなじみ、樽にナイフをぐさっと刺すゲーム、これは特大です。
マイコン・カーが、コースを疾走しています。
昆虫型ロボットも人気がありますね。
本物の相撲ロボットの重さ(3kg)にびっくり!
外では、大きなシャボン玉がふわふわ～、きれいですね～。
座光寺小学校のみなさん、楽しかったですか? 来年もよろしくお願いします。ものづくりに興味を感じたら、ぜひ、飯田工業高校に進学してください。作者: takeuchi
更新日:2008年11月4日 0時50分