chottoshitahanashi’s diary

基本的に間違ったことばかり書いてるブログ。検索ひっかかるな

自作両電源回路図考

電子工作

自作両電源の回路図見て考え中。
Short Break／オペアンプ実験用正負両電源の製作｜2023年3月号 - 月刊FBニュース アマチュア無線の情報を満載

  • コレクタ抵抗R6, R7について

これはQ1, Q2切り替わり時に両方ONになって+Vと-Vが導通してしまうこと。および外部回路が+VとVGNDを導通させてしまった時のショート防止？値はどうやって選んだんだろう？

  • ベース抵抗R5について

リンク先の両電源自作の回路図を見て思ったのはベース抵抗R5が非常に低いこと。電圧系M1のレンジから入力電圧を30Vと仮定すると中点は15V。トランジスタがONになっているとVceを無視してR6には15/20=750mA流れる。確実にこの電流を流すにはIb * hFE >> 750mAでないといけない。Ib * hFE = 750mA、hFE=100とするとベース電流Ib = 7.5mA。余裕を持たせて5倍電流を流すとして7.5*5=37.5mA。Q2がONの時オペアンプ出力には電源電圧30V。R5、トランジスタのVbe、R7で30Vの電圧降下を実現するには面倒なのでトランジスタのVbeによる電圧降下は無視して37.5mA*(R5 + R7) = 30V。R5 + R7 = 800Ω程あれば良いことにある。220だと余裕を持たせすぎだがスイッチング速度とかに関係しくるのかもしれない。わからないけど
入力電圧がもっと低ければこれくらいの電流が必要なんかなと思って軽く計算したが入力電圧にはあまり依存しない。オペアンプの出力37.5mAはぎりぎりか流し過ぎな気がするけど。hFEのばらつきとかVbeとかちゃんと考慮にいれるとこうなる？


定本に電源の話が書いてあったので読んでみよう。

秋月購入基準

電子工作

[買う]

  • 作りたいものに関連した部品。例：単安定マルチバイブレータ
  • 道具。例：スイッチングACアダプター
  • 汎用常備品。例：細ピンヘッダ
  • 汎用プロトタイプ用部品、ブレッドボード用。例：基板取付用2連ボリュームなど
  • 実験用。例：オペアンプ
  • 他店でのIC等購入時に同時に必要になるかもしれないが秋月でしか買えないもの。例：超薄型SOP8変換基板
  • 他店でのIC等購入時に同時に必要になるかもしれないが秋月で買うと安いもの。例：SOPピンDIP変換基板、ICソケット

[買わない]

  • 用途の不明な道具、汎用品。例：ポリイミドテープ15mm（別のサイズを持ってる）
  • 他店でのIC等購入時に必要になるかもしれないが購入時一緒に買えて値段もあまり変わらないもの。例：電池ホルダー(Aliで買える)

両電源

電子工作

正負両電源覚え書き。
【電子工作】オペアンプに使える！格安の両電源モジュールを4つ紹介します！ - YouTube
ここでお勧めされてた両電源モジュールのレビューが酷いのと少し値段が張るので自作できないか調べてみた。
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B075QFWKC9


まず固定電圧±5V
FBのトレビア／第四十回 単電源から正負両電源を作る｜2023年3月号 - 月刊FBニュース アマチュア無線の情報を満載
これはGNDレベルが中点になるっぽい。入力電圧を高くする必要があるけど三端子レギュレーター2つで済むので簡単で安い。
可変電圧だとスイッチングレギュレータに少し高め（負電圧は低め）の正負電圧を作り、それを三端子レギュレーター、特にLDO(Low Drop Out)レギュレータでノイズ除去する方法があるらしい。理屈はわかるけどスイッチングレギュレータ、三端子レギュレーターの出力電圧変更用に2つの可変抵抗が必要になりそれを連動させないといけずこれがなかなか難しい。同じ抵抗値なら二連ボリュームというのがあるらしいが別の抵抗値だと電子ボリュームICが必要になってしまい出力電圧が連続でなくなりノイズものりそう。モジュール買ってばっかりも罪悪感があるんで自作したいけど。


「両電源　自作」で検索したらこれが引っ掛かった。
Short Break／オペアンプ実験用正負両電源の製作｜2023年3月号 - 月刊FBニュース アマチュア無線の情報を満載
中点を作る所は同じだが安定化電源などで入力電圧を可変にすることができればどんな電圧でも取り出すことができる。また可変抵抗で中点をずらすことにより疑似的に正、負のレベルを変えることもできる。仕組みは2つの容量大きめの電解コンデンサで出力の変動を抑え、ふらつきが大きくなると出力・リファレンス比較用オペアンプのON/OFFが切り替わり、トランジスタのON/OFFも切り替わって中点電位をリファレンスと同じに保つ、へーなるほど。


よく考えると中点電位作るだけなら可変三端子レギュレーターで作ってしまえばいいだけか。効率は酷いことになるけどあまり大きな電流流すつもりないし。ん、三端子レギュレーターの出力端子に逆流させていいのか？入力より高い電圧を入れてはいけないとの記述はあるけど出力以上、入力電圧以下を引加して電流を逆流させることに関しては何も言ってないな。
上の両電源自作でやってた、コンパレータでトランジスタをスイッチする方法は三端子レギュレーターの原理でもあるらしい。
3端子レギュレータ編 | アールエスコンポーネンツ株式会社
これを見るとICは壊れないけど出力電圧のコントロールがトランジスタをOFFだけなので電圧は上がってしまうように見える。駄目な匂いはぷんぷんするけどとりあえず明日やってみるか。実際に何か作ろうとすると疑問が大量に出てくる。
追記：駄目だった。電圧上昇、そりゃそうだよね。上のサイトで回路図書いてくれてるしこれを真似っこしよう。


追記：あれ、抵抗分圧した中点にボルテージフォロワかませばいいだけ？こちらによると上の回路は

単純なボルテージフォロアじゃなく、オペアンプの出力にトランジスタつけたのは、よほど電流容量多くとりたいということかと。

なるほど。ならオペアンプの出力範囲内であればボルテージフォロアで十分。ちょっと確かめてみる→LM358はsourceで30mA、sinkで15～100mA。ちっちゃ！。LM358はデータシートに書いてあったがボルテージフォロアに使えると書いてあるオペアンプでも書いてないものがある。大電流使用は想定してないんだろうなあ。

もちろんオペアンプの大電流流せるものあるならそれが素直ですけど。
バイポーラトランジスタ単体の方が普通能力高いかと。小さいパッケージにいれた小さなトランジスタで大電力流すと熱くなるし、ボンディングワイヤとけちゃうと困るし。

確かに。

電源は電池が直接電流ながすんですが、その流れる先で、流れる電流で、ＧＮＤがうくとか、沈むと困る。ＧＮＤ強化に、バイポーラトランジスタ経由で電流流すという意味かと。

この流れる先というのは正負電源を用いる負荷回路ってことだよね。GNDの出力インピーダンス不足でGNDの電位が変わるのをバイポーラトランジスタで防止している。

バイポーラトランジスタだけで、オフセットやなんやらキャンセルする回路作るのは難しいので、オペアンプの差動回路を利用しているということになります。

オフセットやなんやらキャンセルする回路というのは中点電位の触れをキャンセルする、上に書いた仕組みのことだろう。
下の回路図のLM358Nはボルテージフォロワ回路を形成しているでしょうか。 -... - Yahoo!知恵袋


中点はいいとして正負電源は入力をそのまま使ってるんでリップルが残っている可能性がある。こちらでやってるように三端子レギュレーターで波形を整えることもできそう（関係ないけどトランスで二次側を浮かせられるのはいいなあ）。
実験・計測環境の整備 (その１)—直流安定化電源の製作
どうせならLDOにしたいけど負電源、可変、LDOな三端子レギュレーターは結構高い。秋月では一つだけ存在するが550円もするし出力が200mAと他の設計に合ってない。
低損失負可変レギュレーター 負電源用 -1.22~-20V0.2A LT1964ES5-BYP: 半導体 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
LDOを諦めればこれらが使える。


リンク先の両電源自作の回路図を見て思ったのはベース抵抗R5が非常に低いこと。電圧系M1のレンジから入力電圧を30Vと仮定すると中点は15V。トランジスタがONになっているとVceを無視してR6には15/20=750mA流れる。確実にこの電流を流すにはIb * hFE >> 750mAでないといけない。Ib * hFE = 750mA、hFE=100とするとベース電流Ib = 7.5mA。余裕を持たせて5倍電流を流すとして7.5*5=37.5mA。Q2がONの時オペアンプ出力には電源電圧30V。R5、トランジスタのVbe、R7で30Vの電圧降下を実現するには面倒なのでトランジスタのVbeによる電圧降下は無視して37.5mA*(R5 + R7) = 30V。R5 + R7 = 800Ω程あれば良いことにある。220だと余裕を持たせすぎだがスイッチング速度とかに関係しくるのかもしれない。わからないけど
入力電圧がもっと低ければこれくらいの電流が必要なんかなと思って軽く計算したが入力電圧にはあまり依存しない。オペアンプの出力37.5mAはぎりぎりか流し過ぎな気がするけど。hFEのばらつきとかVbeとかちゃんと考慮にいれるとこうなる？