迷走の果て・Tiny Objects

迷走する日々の覚え書きです。自分で分かってることは省略してますので、念のため。

DABP発振回路を使ってキャパシタのESRを測定する構想(2)断念

前回の記事0.047μFのキャパシタの1KHzにおけるESRを測定出来ましたが、キャパシタ値を変えてシミュレーションしてみると、この方法では難しい場合があるとわかりました。
キャパシタ値が大きい場合はいいのですが、小さくすると測定が困難になります。
DABP発振回路で0.01μFのキャパシタの1KHzでのESRを測定するのに必要なインダクタは2.53Hになります。
LC共振回路だけ抜き出し、ESRを1Ω・10Ω・100Ωとかえてシミュレーションしてみました。
緑色がESR=1Ω、青色ESR=10Ω、赤色ESR=100Ω。
入力1Vに対しESR10Ωで出力は0.996Vですから0.4%の低下。これでは以前のようにオシロによる目測は不可能です。
出力を整流してDC化しAD変換するにしてもADCのビット数が問題になりそうです。ArudinoのADCは10ビットですから不足です。
ESRL2_53H.png

0.001μF(1000pF)だとさらに困難になります。
ESRL25_3H.png

インダクタ値が大きくなる影響で、これは以前求めた計算式から予想できたことなのですが、シミュレーションしてみるとやる気が失せました。
周波数を高くする手もありますが、あれこれ面倒なことが見えてきましたので、この方法はやめます。

DABP発振回路をつかったいわば自励式でのESR測定ができるかと思ったんですが、甘くなかった。
他励式で考え中。
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Androidアプリ:Resonance Calculator LC共振回路の計算に便利

Resonance Calculator はキャパシタ値とインダクタ値から共振周波数を計算出来るだけでなく、
共振周波数とキャパシタ値からインダクタ値を、
共振周波数とインダクタ値からキャパシタ値を計算できる便利なアプリです。

使い方は至って簡単です。ちょっと使ってみればわかります。
スクリーンショット中央左側のボタンが F? となってますが、これは周波数を計算する場合で、
タップすると L? となりインダクタ値が計算できます。さらにタップすると C? となってキャパシタ値が計算できます。


Resonance_Calculator2.pngインダクタを計算しているところ。
単位もタップで簡単に切り替えられます。

スマホ買ってよかったと思えるアプリです。



DABP発振回路を使ってキャパシタのESRを測定する構想(1)追記あり

【追記しました】
以前の記事でDABPフィルタを使った発振回路の実験をしたことがあります。
DABP(Dual Amplifer Band Pass)フィルタとGIC(Generated Immitance Converter)の解析
DABPを使った発振回路
DABPを使った発振回路(2)
DABPを使った発振回路(3)LEDからランプ制御へ
DABPを使った発振回路(4)ランプ変更(修正版)
DABPを使った発振回路(5)ランプの特性、分圧抵抗を変更、コンデンサを変更

下図がDAPB発振回路。
右側が回路図で、点線から右がGICを使った仮想インダクタです。R4=R5の時にV3=2*V2と2倍のゲインを持ちます。
左側が概略図、V3を振幅制御用のランプとVR1で分圧します。
ESR=0ならV1=V2となるはずですが、実際にはESRの影響でV2<V1となります。
そこでESRを含んだLC同調回路の伝達関数を求めればESRを計算できるのではないかと考えました。

ESR測定回路

上の概略図でのV2/V1を求めてみました。
途中計算は省略し、結果だけ載せます。
発振回路ですので位相=0ですから伝達関数で虚数部=0として求めました。
ESR計算式

とりあえずここまで。

【追記】
過去の記事の測定結果を元にキャパシタのESRを求めてみます。

まずインダクタLの値を求めますが、GICを使っているので
L=R2*C2*R3となります。
上の回路から
L=3.3e3*0.047e-6*3.3e3=0.51Hです。
さらにC=0.047e-6、R1=100e3ですので
L/(C*R1)≒109
ESR=109*(1-G)/G
で計算できます。
過去の記事では
ポリプロピレンフィルムコンデンサ
G=0.79 ---> ESR≒29Ω
ポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサ
G=0.94 ---> ESR≒7Ω
と計算できます。ちなみに発振周波数は約1KHzです。

これで0.047μFのキャパシタの1KHzにおけるESRが測定出来たことになります。

問題点
・キャパシタの値を変えると発振周波数が変わります。例えば1KHzにおけるESRを測定しようとすればキャパシタに合わせて仮想インダクタ値も変える必要があります。
・仮想インダクタは理想的インダクタとみなしていますが、現実はどうなんでしょう?
・振幅測定はとりあえずの実験ですのでオシロによる目測です。これでは面倒なので整流して、例えばArduino等でAD変換して計算させるぐらいはできないと。

スマホとmicro:bitをBluetoothでつなぎたいのだが・・・。

Androidアプリのmicro:bitをスマホにインストールしたものの、どうにもBluetoothでうまくつながらない。

アプリの画面、ペアリング出来ていることになってます。
microbitpaired.png

スマホのBluetooth設定画面でもちゃんとペアリングできていることになってます。
microbitペアリング
ところがそれから先がダメ、何度やってもエラー。
ペアリングを消して再度設定しなおしても同じことの繰り返しなので、しばらく様子見です。

micro:bitのレビューを見ても評価が二分してます。
星5つと星1つがほぼ同じ、私と同じように使えないという人が多いようです。
ちなみに私のスマホはAndroidone S2(Ymobile)、Androidのバージョンは8.0.0です。

microbitレビュー

エレコム EHP-AHR192 を試す。(1)

エレコムのハイレゾDAC EHP-AHR192はサンプリング192K・24bit、それにWindows10でも使えるらしい。
それが二千円以下で手に入るので思わずポチッてしまいました。

PCと繋ぐためにはUSB変換コネクタが必要です。日本橋の千石電商で購入、260円也(税込)。
EHP-AHR192とUSB変換コネクタ

音楽を聴くためではありません。
WaveGeneを使ってシグナルジェネレーターとして使ってみようという魂胆です。
サンプリング192KHzならその半分近い90KHz位までなら出せるでしょう。
既にサンプリング96KHzのDACは持っているのですが、その倍出せるなら魅力的です。
単なるシグナルジェネレーターなら(作ろうと思えば^^;;)作れますが、LとRの二つの出力を持つのでWaveGeneを使えば、たとえば90度位相のずれた正弦波を出せます、位相差を保ったまま周波数を変えられます、位相差は90度に限らず任意に設定できます。
他にも便利な機能がいろいろありますが、詳細はWaveGeneのサイトにあります。

Windows 10 に繋いだときのスクリーンショットを撮ろうと思いましたが、既にoflowさんのサイトにありました。

WaveGeneの設定について載せておきます。
WaveGene画面の右上の再生デバイス(スピーカーのアイコン)をクリックします。
ドライバはWASAPI を使います、他では約20KHz以上で出力が出なくなるなどうまく動作しませんでした。
(↓クリックで拡大)
WG再生デバイス2

次に使用可能フォーマットをクリック、一覧表が出るので19200、24をクリックして閉じます。
(↓クリックで拡大)
WG使用可能フォーマット

オシロで観測、90KHzの正弦波ですが、波形がにじんでます。ここら辺が限界のようです、LPFを通してやればいいのかもしれませんが、まだ未確認。
(↓クリックで拡大)
90KHz.jpg

89KHz、にじみも無くきれいです。載せていはいませんがリサージュもきれいな円になりました。
(↓クリックで拡大)
89KHz.jpg

実験中に90度の位相差がなぜか外れてしまったり、設定をあれこれと変えているうちにWaveGeneが固まって再起動するしかなかったこともありました。今のところ原因不明です。
さらに実験を進めたいと思います。

AliExpressでお買い物:TPS60403テスト

TPS60403モジュールのテストをしました。
あいにく自作の電子負荷は改造しようとしてばらしたものの放置したままです(汗
そこで100Ωの抵抗を負荷としてつないでみました。
入力電圧を1.5V から 5.5Vまで変化させました。
結果をグラフにしてみました。
TPS60403テスト1

複数データをまとめてグラフにしたので、ちょっと見にくいんですが、5V入力で負荷100Ωで効率は90%以上あります。
TPS60403テスト2


TPS60403データシートpage6_Efficiency_OutputTPS60403データシートの6ページにあるEfficiency vs Output Currentのグラフ、測定結果とほぼ一致します。


出力リプルも測ってみました。下の写真は一例です。写りの悪いのはご勘弁(汗
Vin5VLoad100Ωリプル波形

TPS60403テスト3

TPS60403データシートpage15_OutputVoltageデータシート15ページにあるリプル波形ですが、タイトルにちょっと間違いがあるようです、赤字で追記してます。
周波数は測定結果とほぼ一致しますが、電圧が一致しません、データシートでは30mA負荷でリプルが75mVp-pありますが、測定結果では約50mA流して24mVp-pです。リプル電圧が電流に比例すると仮定すると30mAなら約14mVp-pとなります。これはデータシートの75mVp-pの20%ほどになります。



先の記事ではキャパシタの値はデータシートでは1μFとなっているので、購入したモジュールのキャパシタも多分1μFだろうと書いたのですが、どうやらもっと大きいようです。そこで外して調べてみました。
以前買ったLCR-T4(MTester)のスイッチ左横にあるパッドに乗せたのですが、うまくいきません。
キャパシタの値1

竹串でキャパシタを押さえつけて測定、今度はうまくいきました。写真には竹串は写ってませんが、LCR-T4は十数秒ほど測定結果を表示したままになるので、その間に写しました。
キャパシタは1μFではなく10μFです、リプルが小さい理由がわかりました。
キャパシタの値

外したキャパシタを付け直すのに難儀しました、老眼なので・・。

念のため、上の結果は私の購入したTPS60403モジュールでの結果です.。

AliExpressでお買い物:スイッチトキャパシタ電圧コンバータ三種(1)

AliEXpressでスイッチトキャパシタ電圧コンバータモジュールを三種類購入しました。
ICL7660ICL7662そしてTPS60403です、それぞれ二個ずつ購入。

ICL7660は元祖スイッチトキャパシタコンバータです(のはずです)。
ICL7662はICL7660の高電圧版、ICL7660が10Vまでなのに対して20Vまで動作します。
TPS60403が今回のお目当て、入力電圧が5.5Vまでと低いのですが、出力抵抗が約10Ωと低いのが特徴です、これはICL7660の数分の一です。
他に出力抵抗の低いものとしてはMAX660がありますが、TPS60403はスイッチング周波数が高いので外付けキャパシタが小さくできるというメリットがあるので今回購入して試してみることにしました。

モジュール三種袋入り前置きが長くなりましたが、送られてきた商品は袋にラベル貼って区別してありました、これは私の買ったストアではこうしているので他のストアで同じとは限りません。左からICL7660、ICL7662、TPS60403。


モジュール三種袋から出して並べてみました、左からICL7660、ICL7662、TPS60403。
TPS60403は違いがわかりますが、ICL7660とICL7662の区別ができません。
困ったことにいずれも裏面の印刷は7660/LM2662となってます。

ICL7660モジュールルーペで拡大、これはICL7660、ジャンパーJ2がオープン。

ICL7662モジュールICL7662、ジャンパーJ2がショート、いずれもJ1はショート。

ICL7600_7662モジュール回路ICL7660/7662モジュールの回路図(間違いは無いと思いますが・・・)
C1 は写真中央上、C2 は写真左(J1の下)、C3 は写真右(J2 の下)です。
J1はICL7660/7662では不要なはずなのですが、他の同種のスイッチトキャパシタIC用に用意されているのだと思います。
C1、C2、C3 の容量が不明です。TPS60403はデータシートによると外付けキャパシタは1μFでいいとの事ですからTPS60403モジュールのキャパシタは多分1μFでしょう。
ICL7660/7662モジュールのキャパシタも同じ大きさなのでひょっとしたら1μFかも、データシートでは10μFを使えとなってるんですが・・・。外して調べるしかないのか?


とりあえずここまで。動作確認は後日。

ATmega328 Maximum Frequency vs. VCC

ATmega328の最大動作クロックはVccに依存します。
ATmega328のデータシートの368ページ~369ページにはCPUクロックとVccのグラフがありますが、Arduinoで使われている16MHzと8MHzについて計算し、記入しておきました。

ATMegaSpeedGrades2.jpg
【追記】
グラフから求めた計算式。
CPUclock <= 10MHzの場合
Vcc >= 0.15*CPUclock+1.2

CPUclock > 10MHzの場合
Vcc >= 0.18*CPUclock+0.9
【追記終わり】

クロック16MHzだとVcc は3.78V以上必要で、下回ると正常動作が保証されないということになります、もちろん多少のマージンはあるでしょうけど。
以前サーボモーターをクロック16MHzのArduinoで動かしてみたら途中で止まってしまう事がありました。
サーボモーターが動いたときにVccがドロップしたのが原因のようで、大容量の電解コンデンサを入れて対処した事があります。
それでクロックとVcc の関係が気になったので調べておきました。
スピードを要求しないのならクロック8MHzの方がVccの範囲が広くなるので電池動作では有利になります。

AC電力計(2)

AC電力計(1)の続き。
いまだにCQ出版のページからAC電力計のソフトがダウンロードできない。
乗算ICで作るつもりでしたが、検索してみたら使えそうなソフトがありました。

須田さんのサイト --> 過去の雑記一覧 --> 逆襲の電力計にあります。感謝!
使い方は読めばわかります。

手持ちの300W電熱器を繋いでみました。
ニクロム線を巻いているのだからインダクタなのかもしれませんが、60Hzでは無視できます。
電力計ソフト

最初に電圧と電力の校正が必要です。右クリックでコンテキストメニューを出して校正します。
電力計ソフトコンテキストメニュー

R2は1KΩから200Ωに戻しました。
トランス

USBオーディオインターフェースには手持ちのUA-1EXを使いました。
電力計トランス

なお 過去の雑記一覧の他の記事も教えられることが多いので一読をお勧めします。

クリスマス電飾(2)


リースとツリーダイソーで見つけたリースに共立電子の電池式LEDワイヤー白を結わえました。
前回書いた百圓領事館のツリーにこれまた共立電子のコイン電池LEDワイヤー/青色のLEDを押し込みました。


リース電池式LEDワイヤーは5メートルあります、10センチ間隔でLEDが50個ついてます。
結わえるのには、もう出番の無いラッピング用ワイヤーを切って使いました。
ひたすら地道な作業でした、ちょっと離れるとラッピングワイヤーは目につきません。


青ツリーツリーに押し込んだコイン電池LEDワイヤーの色は青にして正解でした。いい感じに光ります。


リースとツリー制御回路点灯したままでは面白くないので当然点滅させます。
これには以前作った電飾コントローラーを流用します。
前回は12VのLEDテープを使ったので電源も12Vなのですが、今回使ったLEDワイヤーは共にLED全並列なんです、当然動作電圧は3~4V、これでは電圧レベルが合いません。
新たに作るのも面倒なので電流制限抵抗を計算しなおしました。リース側のLEDは300mAほど流れるので30Ω2.5Wほど必要なのですが、うまい具合に手持ちに10Ω5Wのセメント抵抗が三つあったので直列に入れました。
数時間動作させた後セメント抵抗を触ってみましたがほんのり温まっている程度、これなら大丈夫でしょう。でも念のため空気穴はあけておきます。


それにしてもLEDの並列接続はVfにばらつきがあるからやっちゃダメ、と雑誌には書いてあったのですが、最近のはばらつきが抑えられてるんでしょうか?

これで店の電飾はおしまい。



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