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レギュレータ5Vと車+レギュレータ5Vの違い?

車に組み込むための非安定マルチバイブレータ回路(2SC1815使用・LED点滅)を自宅にて実験しています。

自宅の24V電源を5端子レギュレータにて一旦14.4V(車のバッテリーに合わせて可変しています)にして、さらに3端子レギュレータで5Vにしたものを動作電源として用いた場合と、車のバッテリーをレギュレータにて5Vにしたものを動作電源として用いた場合とではLEDの点滅の仕方がハッキリ違っています。(車の実験では点灯時間が極端に短くなります)


基本となる部分は下記URLの13番回路を参考にさせていただき、TR3の部分をダーリントン接続にしています。2SC1815+2SC1959です。
http://bbradio.web.infoseek.co.jp/multi11/multi11.html
2SC1959のコレクタ・エミッタ電圧は14.4Vを使っています。

3端子レギュレータ(5V)~非安定マルチバイブレータ回路は両方共通です。
(上記構成で回路を組み込むつもりです)

使用している3端子レギュレータはどちらの実験も同じ個体で、テスターで測った電圧はどちらも5.05Vでした。
ただし車の方だけ動作に合わせて電圧が5V・4.4V程度で上がったり下がったりしています。

電子回路について勉強をしながらブレッドボード上で楽しんでいるのですが、考えても理由がわからず書き込みさせていただきました。
つたない文章で申し訳ありませんが、何か考えられる原因がありますでしょうか?

大変申し訳ございませんが、この投稿に添付された画像や動画などは、「BIGLOBEなんでも相談室」ではご覧いただくことができません。 OKWAVEよりご覧ください。

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投稿日時 - 2011-09-14 10:17:51

QNo.7010018

困ってます

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回答(7)

ANo.7

>ということはレギュレータの組み込みはあまり意味のないことになってしまうのでしょうか?

勉強&トライが主目的であれば無意味とは思いませんよ。

TR1とTR2で構成する、非安定マルチバイブレータ
http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt7_2.htm
では、ベース電圧が負となるタイミングがあります。

コンデンサに電荷を蓄え、両端電圧が4Vになった状態で、+側を0.1Vに下げると-側は
瞬間的に-3.9Vになります。つまり反対側のTRのベースに-3.9Vがかかる事を意味していますから
この値がエミッタ・ベース間電圧の定格を逸脱しないか注意が要ります。
http://akiweb.net/kairo.gif
の回路で非安定マルチバイブレータに5Vでは無く14.4Vを供給すると、べース電圧には
-5Vより低い負電圧を加える事になります。

ただ、勉強目的ではない場合、
そもそも14.4Vの電源で動作する発振回路を使えば良い
という選択肢があります。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01496/
使用例
http://www.rlc.gr.jp/prototype/hashin/n555/n555.htm

投稿日時 - 2011-09-17 06:33:05

補足

実はタイマーICの存在は知っておりましたが、面白みに欠けるというか、電子工作はまだまだ始めたばかりなので、回路組んでるな~!みたいな実感が欲しくて(笑)

ようやく休みが取れましたのでじっくり腰をすえて実験したいと思います。
こういうものに没頭できる時間が一番ストレスの解消になります。

投稿日時 - 2011-09-17 11:27:02

ANo.6

こんばんわ。

原因としては、3端子レギュレータ(5V)の発振が最も疑われます。

理由は>>

 3端子レギュレータの出力に使用するコンデンサの値はデータシートでは

   セラミック0.1u 

 のみであること。

  また、データシートに載っている3端子レギュレータの内部
 等価回路では内部回路の誤差アンプの位相補償をコンデンサを使って
 行われている。

 以上の事から、3端子レギュレータ全体のフィードバックループで内部位相補償により
 低い周波数にポールが作られていて、そのポールによりオープンループ利得が
 -6dB/octの割合で周波数の上昇と共に減少し、オープンゲインが0dbより十分低くなった
 周波数で外付けの0.1uFと出力抵抗r0でできる第2ポールにより更に大きな減衰率(-12dB/oct)
 で減衰させるという設計になっていると思われます。
  これは、オープンループゲインが0dBを切る周波数でゲインの減衰率を-6dB/octに
 しておくと、位相余裕が原理的に-90度確保できて、十分な発振マージンが確保できるという
 ことになります。
  
  これに対して、出力に更に47uFもの大きなCを追加されてますので、出力抵抗r0(仮に1Ωと
 します)とこの47uFでできる第2ポールの周波数fp2は

  fp2=1/(2*π*1*47E-6)=3.4kHz

 とかなり低い周波数になってしまいます。r0の値は3端子レギュレータの出力がnpnトランジスタ
 のエミッタフォロワ構成になっていますので、もっと小さいかもしれませんが、その場合でも
 fp2の周波数は数10kHz程度と推定できます。この程度の低い周波数ではオープンループゲインは
 まだ0dBまだ下がっていない可能性が高く、実際にオープンゲインが0dBになる周波数ではこの
 fp2による位相遅れが加わり、位相余裕度が少なくなってしまっていると推定できます。
 位相余裕が少なくなるということはループが発振しやすくなるということです。

  発振を起こさないためには、出力に追加されている47uFの電解コンデンサを外す事です。
 多分、原因はそれだと思いますので確認してみてください。

 それから、Tr3のコレクタと5V電源の間には電流制限用に1kΩ程度を挿入しておいたほうが
 安全です。

投稿日時 - 2011-09-15 22:36:20

補足

データシートに載っている回路図はメーカーの推奨回路ということですものね。
あちこちのサイトで電解コンデンサが追加してあったもので、この方が安定するのだろうと鵜呑みにしておりました。まずは基本回路からということですね。

必要な部品、必要のない部品など選別して回路を見直したいと思います。
またご報告させていただきます。

投稿日時 - 2011-09-17 02:19:43

ANo.5

>TR4のCにつないでしまうとTR4のベースにかかる電圧が高すぎてしまうのではないでしょうか?

いいえ

>2SC1815、2SC1959共にベースの定格は5Vと書いてありましたので、

いいえ、
断言しても良いと思いますが「ベースの定格は5V」などとは書いていなかったはずです。
少なくともメーカー提供のデータシートでは、書いていません。
多分、5Vと言っておられるのは,「エミッタ・ベース間電圧 VEBO」の事ではありませんか?
「エミッタ・ベース間電圧」と「ベース・エミッタ間電圧」では、極性がまったく逆なのですが
そこを勘違いされていませんか?

「エミッタ・ベース間電圧 VEBO」はベースを基準にエミッタに+5V
エミッタを基準にするなら、ベースに-5V以上低い負電圧を印可してはならないという定格ですよ。

TR1とTR2は、ベースに負電圧が印可されるタイミングがありますから、意識する必要がありますが
TR3とTR4は、そうではありません。

>現在の回路を考えるにあたりいくつかのサイトを参考にさせていただきましたが、確かに、ベースに14.4Vを直接入れているサイトもあり、試してみましたが安定しなかったので、この度初めて自分で考え、レギュレータを組み込んでみた次第です。

参考にするのは良い事だと思いますが、naked_bkさんの質問と補足を拝読する限り、
省略して良い部分と、省略してはならない部分、省略すると話が違ってしまう部分などの区別が
まだしっかりついていないと思いますから、継ぎ接ぎしたときに破綻してしまった可能性が高いように思います。
トライ&エラーが悪いこととは思いませんが、
ただ、回路図等を書かれるときは可能な限り細部まで省略されない方が良いと思いますよ。


>電子回路ってパズルみたいで面白いですね。
>高校のときにこの楽しさがわかっていれば違う人生だったかも・・・。
>計算が難しいしハマると苦痛になりかねませんが(^^;

苦痛にならないように楽しむ方が良いと思いますよ。
ちなみに、どこからどの様に計算して、トランジスタを選び、抵抗値を計算し、コンデンサの容量を計算し
という流れは、高専や大学の電子工学科の教科書等に書いてあります。
一般向けの読み物としては、「定本 トランジスタ回路の設計」などがあります、
興味があれば一読されると楽しめるかもしれません。
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/30/30481.htm

投稿日時 - 2011-09-15 21:12:04

補足

私が見たデータシートにもエミッタ・ベース間電圧 5Vと書いてありました。
コレクタ・エミッタ間は50Vなのにエミッタ・ベース間は5Vしか使えないなんて何で?
なんて思っていましたが、そういうことなのですね(^^;

大変勉強になりました。というか極性の話なんて、基本中の基本でしたね・・・。
お恥ずかしい限りです。

ということはレギュレータの組み込みはあまり意味のないことになってしまうのでしょうか?
電圧を安定させるという意味ではよいのかな?と解釈しておりますが、5Vまで下げてしまうのはもったいないですよね。

おすすめいただいた本も含め、やはりちゃんとした勉強が必要ですね。
また、ご報告いたします。

投稿日時 - 2011-09-17 02:14:39

ANo.4

また、TR3のC-EからTR4のB-E間に電流制限用抵抗が入っていませんが
TR3のベース電流が小さく、Ib*hFEが小さいので、エアコンの効いた室内温度条件下では
辛うじてコレクタ損失限界内に収まっているのでは無いかと思いますが、温度条件が変わるだけで簡単に破綻するはずです。

TR3のCは+5Vへ繋ぐのではなく、TR4のcへ繋いだ方が良いと思います。

投稿日時 - 2011-09-15 07:08:37

補足

>TR3のC-EからTR4のB-E間に電流制限用抵抗が入っていませんが

気になっていましたが、参考にしたサイトでは組み込まれていなかったので省略していました。
再検討いたします。


>TR3のCは+5Vへ繋ぐのではなく、TR4のcへ繋いだ方が良いと思います

TR4のCにつないでしまうとTR4のベースにかかる電圧が高すぎてしまうのではないでしょうか?
2SC1815、2SC1959共にベースの定格は5Vと書いてありましたので、レギュレータからの5Vにつないでおりました。
現在の回路を考えるにあたりいくつかのサイトを参考にさせていただきましたが、確かに、ベースに14.4Vを直接入れているサイトもあり、試してみましたが安定しなかったので、この度初めて自分で考え、レギュレータを組み込んでみた次第です。


電子回路ってパズルみたいで面白いですね。
高校のときにこの楽しさがわかっていれば違う人生だったかも・・・。
計算が難しいしハマると苦痛になりかねませんが(^^;

投稿日時 - 2011-09-15 09:49:50

ANo.3

回路はまったく同じなのに、実験電源と車の電源に繋いだ状態で挙動が違う、出力が安定しない
で、回路図が
http://akiweb.net/kairo.gif
であれば、よくある失敗例に嵌っていると思います。

NJM7805FAのデータシートは読まれましたか?
http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=5804

p4に標準使用例というべき接続図があるのですが、入力と出力にコンデンサを付けているのが分かりますでしょうか。
これを省略しないで下さい。
「このコンデンサなんのために要るのよ。」といえば、まさに質問文のようなトラブルを防止するためです。(正確には+αありますが)

また接続はできるだけ3端子レギュレータのピン近くに接続しましょう。
また、3端子レギュレータのOUTから負荷回路へはできるだけ配線を短く。

投稿日時 - 2011-09-15 06:32:00

補足

昨晩残業になってしまい、帰りが遅くなってしまいましたので細部まで描く元気がなくコンデンサは省いてしまいましたm(_ _)m

入力側にセラミック0.3u・電解10u、出力側にセラミック0.1u・電解47uを接続しています。
大変ご迷惑おかけいたしました。

投稿日時 - 2011-09-15 09:11:18

ANo.2

車での実装時のLEDとR6(100Ω)の条件が、24V電源を利用した時の試験条件と異なっているのではないでしょうか?

>ただし車の方だけ動作に合わせて電圧が5V・4.4V程度で上がったり下がったりしています。
この症状は車のLEDが点灯した時に、5VREG入力電圧の14.4Vが低下していると判断されます。
5VREG入力電圧の低下は、配線での電圧降下が考えられますので、LEDへの配線と5VREG入力への配線を別に引き回すと改善されます。
GND側の配線経路でも電圧降下を考慮する必要があります。
 また、5VREG入力端に数100μF/25V程度の電界コンデンサを追加すると軽減されます。

車のLED仕様・条件が不明ですが、高輝度タイプで大電流を流していると判断されます。
LED点滅時の5VREG入力端電圧変動と、LED電流などを明確にすると判明すると考えます。

「TR3の部分をダーリントン接続」「R5・C3」の要否なども再検討が必要と考えられます。
 

投稿日時 - 2011-09-15 00:06:53

補足

アドバイスありがとうございます!

ブレッドボード上に組んだ同じ回路で、電源供給元だけがレギュレータからの14.4Vか、車からの14.4Vかの違いだけだと考えていたので・・・。

お察しのとおり、高輝度LEDを18個光らせようとしています。
R5やC3を調整してちょうどよい光り方になっても、この数のLEDを光らせるだけの電流が得られなかった(正確には得る方法がわからなかった)ので、TR3にダーリントン接続でトランジスタを追加して電流を増やしちゃえ!と思ったわけです。

自宅での実験ではうまくいき、ニコニコものだったのですが(^^;
ん~、シロウト考えだったのでしょうか・・・。


仕事の休憩中に書いた文章だけではお伝えするのが難しいと思いまして、
Windowsペイントで図を修正してみました。
各パーツの型番や容量なども参考サイトの回路図から変更しています。
http://akiweb.net/kairo.gif

車内の場合は、上記図の赤枠の部分がバッテリーからの電源供給(14.4V)になります。

投稿日時 - 2011-09-15 02:18:18

ANo.1

非安定マルチバイブレータ回路の電源電圧が変動しているのではないでしょうか
LEDの点灯時と非点灯時の電圧を比較してみてください。

1.車のバッテリーからこの回路までに電圧降下する要因がありませんか?
 24v電源の電流容量は足りていますか?電流リミッターがかかっているとか?

 細い線が長いとか何か抵抗が入っているとか?

 一度TR3のC-EをショートさせてR7とアース間の電圧を測ってみてください
 この時R4とアース間が5vも確認ください
 
2.ゆっくり点滅させる必要がある場合は2SC1959では無くもっとPCの大きい
 キャラメルタイプTO-220のTRにする必要があります
 ゆっくり点滅させる必要がなければC3は不要で、この場合
  LED電流が20mA程度であればTR-3はダーリントン不要です。

投稿日時 - 2011-09-14 14:24:51

補足

アドバイスありがとうございます!

24V電源は7.5A出力のもので問題はないと思います。
実際にこの電源での実験は問題なく、理想的な点滅をしてくれています。

車からの電源供給は、アクセサリー電源やバッッテリー直で試してみましたが変化なしです。


仕事の休憩中に書いた文章だけではお伝えするのが難しいと思いまして、
Windowsペイントで図を修正してみました。
各パーツの型番や容量なども参考サイトの回路図から変更しています。
http://akiweb.net/kairo.gif

車内の場合は、上記図の赤枠の部分がバッテリーからの電源供給(14.4V)になります。

投稿日時 - 2011-09-15 02:01:52

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