2010年10月31日日曜日

どうしても釈然としないョ真空管のバイアス負電圧

何故かしら真空管の記事を読んでどうしても引っかかることがあります。
NPNトランジスタの場合ですがごく普通にエミッタ接地の電圧増幅回路について
説明してある記事を読むとエミッタの対接地電位(エミッタ電圧)というものがあり
普通は、1-2Vに設計し、ベースの電位は必ずエミッタよりも約0.6V高い電位となる
トランジスタの宿命があるのでベースの電位は必ずプラスになります。
ところが真空管の電圧増幅回路の記事をいろいろ読みますと
グリッド(トランジスタのベース)にマイナス3Vだとか
負のバイアス電圧を与えるように設定されている記事が目立ちます。
しかし真空管の回路図で見る限り
格別に負電源からラインを引いてあるものは無く
正電源のトランジスタの回路図と全く同じような回路図なんです。
なぜ真空管のグリッドが負なのか?
実際真空管の増幅回路でグリッドにテスタ棒(赤色)を当てて
テスタ棒(黒色)をGNDに当てた場合、テスタはマイナスの電圧を表示するのだろうか?
そう考えたとき、どうしても理解できなかったのです。



やっと

わかりやすいホームページを見つけました

超オススメです。 この記事 ↓

超初心者のための
真空管アンプの工作、原理、設計まで
電気知識から真空管の原理、アンプの原理まで

(確証とまでは言えませんが)

この記事を読むまでは 完璧にわからないことが、晴れました!

どうも「負」だ「負」だ...と言ってるのは GNDに対して 「負」なのではなく

カソード(トランジスタでいうエミッタ)に対して相対的に「負」なのだそうなんです。なーんだ!

なんかもう、これが本当だとしたら、あまりにも「GND無視」と言えはしないでしょうか。

真空管の時代はそもそもそういう発想が主流だったのでしょうか? 

ともかく、そういうことなら 一応、 納得はいきます。

トランジスタで言えばこんな感じです。

エミッタ電位=2V ベース電位=0V 

真空管のベース(じゃなくて)グリッドは直流的には0V

真空管のカソード電位を持ち上げてグリッドより数ボルト高くするというのが

真空管のやり方のようです。

でも なんか わかりにくいじゃないですか GNDを基本にしないと...まあ仕方ないね


とか なんとか 思いながら TINAで ひとつシュミレーションしてみました



過渡解析



2010年10月29日金曜日

TINAの自動配線にオドロキ

コレクタ電流1mAで設計してみた エミッタ接地増幅回路です。
エミッタ電位を1.5V取って
ベース電位は2.1Vとしました。

2SC1815GRとして直流増幅率280
とみてベース電流3.6μA
R3電流はその10倍の36μA

R4は2.1/0.00036=3.5K
R3は9.9/0.00036=27K











ところで

さて、トランジスタのコレクタに負荷抵抗とPathコンを書き加えようと思って
電源のアイコンを右にドラッグした時

驚きの自動配線機能が発揮されました。

電源のアイコンをドラッグしたら
配線も自動的に書き換えられ
下図のように一発で決まりました。




















TINAの自動配線機能 は 素晴らしい !


2010年10月28日木曜日

真空管も描けるTINA(回路シュミレーター)を弄ってみました

3D表示機能を指定すると
回路図が実体配線図風に
なるのがウレシイです。
 抵抗器なんかカラーコード
まで出るのがスゴイ。
 コンデンサーはレンガみたいで
イマイチ。
 それとDC電源、
このカスタネットのような絵だけは
チトイタダケません。
 これこそコンデンサーみたいで。

 配線の描きやすさはTINAが一番
強力なような気がします。
チョッとだけ自動配線機能が
あるみたいで、配線を描いたり
編集するのが
大変スムーズなソフトのようです。

2010年10月27日水曜日

スピーカーを超高感度マイクにする実験

スピーカーを2SC1815のエミッタに入力し2段のアンプで増幅する回路を
試みてみました。
カットアンドトライで下図のような定数で最高に感度が発揮できました。
出力はクリスタルイヤホンで聴くのですが
5メートル先でお煎餅をかじっている音とか犬が外で吠えているのとか
ありとあらゆる雑音が耳元で鳴ります。
スピーカーから2-3メートル離れて小声でツブヤク声はイヤホンからハッキリ聞こえます。
スピーカーから5-10メートル離れてしゃべっている声もイヤホンからハッキリ聞こえます。
ちょうど補聴器を着けている感じだとオモイマス。補聴器替わりになりそうです。
この回路にスピーカーを鳴らす回路でも付ければ
インターフォンの増幅回路になりそうな気がします。
電源電圧を9Vから20Vまで上げてみると感度と雑音が向上します。

2010年10月26日火曜日

2SK241 2個パラレル スピーカー駆動ミニアンプのススメ

前回のBLOGの続きになりますが ブレッドボードなどで実験する際
お手軽にスピーカーを鳴らしてみたいという場合 2SK241をパラレルで
鳴らすというのも ナカナカ 便利な方法では内科と思います。
理由は、スピーカーを鳴らすための必要部品が2SK2412個だけで
抵抗器やコンデンサが全く要らないのです。
クリスタルイヤホンで鳴っているものはそのままこのミニアンプに繋げば
スピーカーから音が出ますョ。






2010年10月24日日曜日

FET 2SK241一本でスピーカーを鳴らす

2SK241といえば高周波用のFETとして日本では最も有名なFETのようです。
2SK241を低周波でしかもスピーカー駆動の終段で使う回路って普通じゃないと
思いますが、試しに鳴らしてみたら 蚊の鳴き声くらいで 鳴りました

意外でした。

こんなアポみたいな回路でもスピーカーが鳴るなんて...。






偶然思いついた回路です。
最初はドレインとソースに各々
抵抗をつないでいたのですが
結局抵抗なしで直結すれば
一番大きな音が出ることが
わかりました。



FETって大変便利な扱いやすい部品なんだなあと(素人考えですが)思います。
電源は3Vから30Vでも殆どまったく同じような小さな音ですが、電圧を上げたほうが若干
音が大きくなります。


FETを二個並列に繋いで電圧を大きめにかけてやると見違えるくらい音が大きくなります。
音量はスピーカーと耳の距離が約1メートルくらい離れていても言っている意味が聞き取れるくらいの音です。

この状態でG(ゲート)に手を触れると「ブー」と力強く音が出ます。




 


2SK241のゲート電圧対ドレイン電流の関係
















このような回路をブレッドボードに組んで
2SK241のゲート電圧対ドレイン電流の関係
をざっと診てみました。

LEDは不要ですが好みで入れました(え?)

2SK241は正面で左からDSGですが、回路図も
ブレッドボードも 背中を向けていますので
GSDという足の配置です。

100K VRで分圧してゲートに電圧を加えたときの
直流的ドレイン電流を調べたまでのことですが

2SK241は高周波用なのでゲートがとても敏感なことに驚きました。
そのことはまた今度詳しく書きます。

上記のように赤色LEDと内部抵抗ありの電流計を経由して
ソースを2.2KでGNDに落とした条件で24Vを加えた場合

ゲート電圧対ドレイン電流の関係は

0V   0mA
2V   1mA
4V   2mA
6V   2.9mA
8V   3.8mA
10V  4.6mA
12V  5.4mA
14V  6.3mA
16V  7.1mA


上記のようになりました。

正比例ではないですが、まあまあ ゲート電圧に応じてドレイン電流が

素直に反応しているようです。




  

2010年10月23日土曜日

YをGRに差し替えてhfeが上昇する原因はIcの増加でなくIbの減少なのか


左図のような回路図をブレッドボードで組んで

2SC1815Y と

2SC1815GR を  差し替えて

どうなるのかを調べてみました。







結果は、 Y の場合Ic 5.5mA  Ib 32μA
                                     hfe=171  


                                      GRの場合Ic 5.8mA  Ib 21μA
                                                                                                  hfe=276  






             といったところでした。

              
              単純に差し替えた場合

              コレクタ電流はあまり変化せず

              ベース電流が大きく変化することが

                                      hfeの変化に貢献しているようです。







******* では~ ***********


              

2010年10月22日金曜日

サーキットビューワー廉価版でテスタを複数同時に使ったフリをする方法

左の写真を見てください。

CircuitViewer Version 4.0 の製品構成は
ベーシック ¥11,550
パーソナル ¥24,150
フルセット ¥37,800
と3種類あるのですが
僕の持ってるのはベーシックです。
ベーシックだとテスタが1個しか同時に使えません。
フルセットならテスタが8個まで同時に使えます。

! なぜ 僕が持ってるのはベーシックなのに
テスターが3個同時に使えているのか???





その種明かしは 次回のブログで というほどの大した話ではないので
今 書きます。

実は上の写真は 合成写真です。

合成写真は、

写真編集ソフトAdobe® Photoshop® Elements 9 体験版を使っています。

どうやるのかというと、Windows7の場合ですが

(あまりにも手間がかかるので現実的ではありません。

これはジョークですので、そこんとこヨロシク)

(1)サーキットビューワーでテスタ一個の状態を描いて、Snipping Toolで
  ファイル名a.jpgで画像保存。







(2)テスタ一の位置を変えて、テスタの周辺をSnipping Toolで
  ファイル名b.jpgで画像保存。








(3)写真編集ソフトAdobe® Photoshop® Elements 9 体験版を起動して
   ファイル名a.jpgを開く

   
















(4)ファイル名b.jpgも開く
















(5)長方形選択ツールをクリック






















(6)長方形選択ツールで、b.jpg のほぼ全体を選択(選択エリアは適当で構わない)
   してコピー(ctr+c)










(7) a.jpgに注目して、先ほどコピーしたやつをa.jpgのどこでもいいから適当に貼り付ける。

















(8) 一応合成写真はできましたが、位置がずれていますので
   ズレを補修します。
   




移動ツールをクリックして
















(9) 移動ツールをクリックして、b.jpg がa.jpg とピタっと一致するところへドラッグします






















(10)完成した絵をJPG形式で保存すると出来上がり




ではまた~

2010年10月21日木曜日

トランジスターの基本特性を調べる



このように可変抵抗器を変化させながら

電流や電圧の変化を確認するには

サーキットビューアが使いやすいです。

SPICEの場合可変抵抗器を使う方法が

あるのだそうですが僕がざっとネットで検索した限りで

は方法が難解でよくわかりませんでした。

直接的ではなく、なんとなく回りくどい方法みたいです。




1メガオームの可変抵抗でベース電流を可変させた場合のベース電流、コレクタ電流とコレクタ電位を

ざっと見てみました。

トランジスターの直流電流増幅率は180と指定したのですが、

イチオウ下記のような結果が出ました。


















まあ180からさほど外れてはいないということで... 納得 しています



****  では~ *****

電流増幅率測定器を作ってみました

アナログメーターが二個写っていますが 上の方にある木枠に収まってるのは
Full Scale 1mAの電流計に500Ωの可変抵抗器を
並列に繋いで1mA以上なら、 何ミリアンペアでも
Full Scaleを設定できるようになってる便利な
『可変フルスケール電流計』です。
現在、10mAまで測れるようにおまじないをかけています。
今コレクタに約7mA流れています。

下の方に写ってるのは、50μA(0.05ミリアンペア)まで測れる
電流計ですが、目盛りが木綿豆腐です(目盛りは書かないといけませんがまだ書いていません。)
今、丁度真ん中あたり(いいかげんですが)を指してるので
ベース電流が25μAです。

7mA ÷ 0.025mA = 280

ベース電流の280倍コレクタ電流が流れているので

直流電流増幅率は 280 ということになります。

ちなみに 2SC1815GR です。

まだ6本しか測ってませんが、2SC1815Yだと だいたい180 くらい のようですが

2SC1815GR だと だいたい 280 くらい のようです。

結構ばらつきはあるみたいですが、今度またデータが出ればレポートします。


ベース電流を25マイクロアンペア(豆腐メーターの真ん中)に合わせて

コレクタ電流を読み

コレクタ電流 ÷ 0.025 を計算する。

というやり方にしました。


一旦可変抵抗を25マイクロアンペア流れるように

調節しておけば、 どのトランジスタでも だいたい同じように

25マイクロアンペア流れるようです。

今のとこ2SC1815と2SC372しかテストしてませんが...。

*********** では ~ ***********

2010年10月20日水曜日

バーアンテナ虫

この



バーアンテナですが 







どんな所でもバランスを崩さないロボット









みたいな感じで、カクカク

笑っちゃいます...。







バーアンテナに台座を付けたら試してみたくなります。















上の絵は3石ラジオ

バーアンテナから上側2本出ている足がメインの同調コイルでバリコンと並列に繋げています。

下側の左2本の足は未使用ですが
バーアンテナの右のほうの小さなコイルです。

下側の右2本の足にアンテナをつなぐと感度がぐっと上がります。

ループアンテナを付けると最高でした。

2010年10月18日月曜日

ブレッドボードの下ごしらえ

リード線付きのサンスイのST45。何故か部品箱にあるのですが、ブレッドボードで使うと落ち着きが悪いのでブレッドボードにもう少し安定して差し込めるように工夫してみようと思いました。

基板はアクリル板用のプラスチィックカッターと金ノコで切りました。







ついでに型番のわからないイマヒトツ使い方が不明なバーアンテナ。これもブレッドボードで実験できるように台座を作ることにしまして...

左から順に端子番号を付けて
1と2は画面右側の小さなコイル
再生コイルかもしれません

3と4が画面左側のメインの同調コイル

5と6が ちとわかりませんがメインのコイルの上からカブせて巻いてある小さな巻き数のコイルのような気がするだけです?アンテナ用?...。


記念写真



****************


CircuitViewer で増幅回路の高域カットの様子を観る

CircuitViewer Version 4.0 (サーキットビューア)でコンデンサーによって
増幅回路の高域カットをさせる様子を覗いてみました。










High Cut 0.01 μFを取り外したら周波数特性は直線にナリマス

取り付けたら周波数特性は上の写真のように右下がりのカーブが生じます。


************









2010年10月17日日曜日

コレクタ抵抗に掛けたコンデンサーの高域カットの実験

1.7KHzくらいを発振するツインT発振回路に電流帰還バイアス増幅をつなぎ増幅段のコレクタ抵抗に
コンデンサーを掛けて高調波が減る様子を実験してみました。





























上の写真、緑色はクリスタルイヤホン
オレンジ色は10μF
これに挟まれた部分がアンプ部で
片足が宙に浮いているのが、ローパスを決定するコンデンサー
左側はTWIN T発振部






このスペクトラムはコレクタ抵抗にコンデンサーを掛けない、普通の
電流帰還バイアス型増幅の周波数特性のほぼフラットなアンプを通したものです。
信号源はツインT型発振器で約1.7KHzです。
高調波が結構出ています。


それに対して下の絵は
電流帰還バイアス型増幅器のコレクタ抵抗にコンデンサーを掛けて高域をカットした場合
のスペクトラムです。
高調波がかなり減っています。



2010年10月16日土曜日

LT SPICEでAC解析をやってみました


















これはごく普通の電流帰還エミッタ接地電圧増幅回路ですが
コレクタ抵抗にコンデンサを掛けて周波数特性が
ローパスになるところをスパイスのAC解析をやってみました。

まず、AC解析のやり方なんですが


このようにACAnalysisのタブを押して
設定をします。


でも、このままでは

ダメでした。

おまじないがいるようです。

その

おまじない

とは


これ

です。


普段使ってる 信号発生器 というか Voltageの部品に AC解析の おまじないが要るようです。

その

おまじないなんですが



これ



です。





これに、0.5 とかなにか

AC解析用の電圧を書かないと駄目ですよ。








まだ おまじないが もうひとつ 必要です。

それは


出力を取り出すコンデンサー C1の片側を宙ぶらりんにしていると

AC解析が動かないようです。

そこで1MΩとか 1GΩとか 大きな抵抗を入れてごまかします。




AC解析で実線と破線と2つも表示されるので、 何がどうなっているのか 
非常に無知な僕にとっては
わからない状態が続いていたのですが

たぶん

実線が対周波数ゲインなんではなかろうかと思いマス。

破線は位相差のようです。





R2にコンデンサーを掛けない場合(普通のの場合)は上のようなAC解析でした




R2にコンデンサー 0.1μFを掛けてみると

LowPassFilterになるようです。




























でも、このコンデンサーの容量は大きい程 ローパスになりますが

(低い周波数だけを取り出せる)

増幅ゲインは落ちます。

ちなみに 0.1μFのとき、だいたい増幅度は 1 (増幅でも減幅でもない)

これより大きいと 元の振幅よりも小さくなります。




おわり

弛張発振回路でのサーキットビューワーのオシロスコープの挙動が?

昨日、ブログで弛張発振回路をサーキットビューワーでは波形が出なくて
LT SPICEで検証した件を含めてブログを書きましたが
もう一度サーキットビューワーをいじってみたのですが
一応、波形はなんとか出ました




(ぼくのやり方がマズイっのかもしれませんが)


波形が出る時間軸の設定が0.5msの時だけしか波形が出ません。

これを1msに設定したら、波長が2倍になったように表示されるはずが

波が消えて直線にナリマス



0.5msの場合















1msの場合















なぜなんだろう ?

...



おわり