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(Dual Amplifer Band Pass)フィルタとGIC(Generated Immitance Converter)の解析

DABP回路図
回路1はDABP(Dual Amplifer Band Pass)型フィルタで、前から知ってはいたのですが、ちゃんと調べてませんでした。
接続がどうもややこしそうだったのですが、書き直してみると回路2になりました。これならわかります。
右側がGIC(Generated Immitance Converter)になってます。この回路2のGICはインダクタと等価です。
したがって回路3のようにLCによる共振回路になっています。(OUTについてはあとで書きます)

GICは以前に取り上げたことがあります。
GICによる電子インダクタの実験

ちゃんと解析していなかったので、この際やってみようと思いましたが、すでにWebにありました。
徳島大学の川上博氏のOSillators.pdfです。
8ページから10ページにかけてGICの解析があります。10ページから引用します。

GIC原理

注意すべきは各オペアンプの+及びー入力が負帰還により仮想短絡されているという条件で式が組まれているということです。
出力が飽和していては条件が成立しません。

回路2のOUTは図6の回路のv3になります。またv4=0です(接地されている)
したがって
v3=(1+Z4/Z5)v1
Z4=R4、Z5=R5ですが、R4=R5とすると
v3=2v1
となります。したがって回路2の中心周波数におけるゲインは2となります。
A=2
ω=1/sqrt(C1C2R2R3)
Q=R1sqrt(C1/(C2R2R3))

C1=C2=C、R2=R3=Rとすると
ω=1/CR
Q=R1/R

参考文献
OPアンプによる実用回路設計
馬場清太郎氏 著

百均のUSB LED電球(2)

コメントを頂いたのでダイソーのLED電球も買ってみました。
LED電球ダイソー1

電球色のLEDがなんと10個、電流制限抵抗はミーツのと同じく18Ω。でもこれだと電流値はパソコンのUSBポートの制限超えるんじゃ??私はモバイルバッテリーで点灯させてみましたが。
LED電球ダイソー内部

大きさの比較、左のダイソーのが一回り大きいですね。
LED電球比較1

色の比較、うまく写らんのですが、左のダイソーのは電球色です。こちらのほうが目に優しい感じです。
LED電球比較2

ばらして何かできないかと妄想中。
前に店の電飾をやったんですが、小さいんで目立たなかったです。
これならたくさん並べたら目立つだろうなぁ。でもそうなると電源の問題が・・・。

百均のUSB LED電球

近くの百均(ミーツ)で見付けました、USB接続のLED電球。

LED電球2

LED電球1


即バラシ(汗)、白色LEDが五つ、電流制限抵抗は18Ωです。

LED電球内部1


中はスカスカ、調光回路を組み込むのも簡単そうです。

LED電球内部2

光らせて抵抗の両端電圧を測ってみたら約1.5Vでした。電流は約83mA、全部で約420mAとなります。
箱には消費電力最大4Wと書いてあります。実際には2W程度なのですが。

さて、調光回路はどうしようか、あれこれ考え中。
ボリュームで明るさを調整するとなると、Arduino持ち出せば簡単なのですが、それとも久しぶりにPSoC1にするか、アナログ回路で組んでみるか・・・。

状態変数型バンドパスフィルタ(2)

A Beginner's Guide to Filter Topologies

以前にも参考にしたことのあるWebページです。
ページの中ほどにState Variable Biquadについて書かれてます。
3オペアンプタイプと4オペアンプタイプです。

今まで何度か取り上げてきたのですが、解析が中途半端でした。
A(利得)=1の場合についての結果を記録しておきます。(導出過程は省略します、手書きの汚いメモならありますが・・・)
State variable Biquad
上の回路のLTSpiceファイルはこちら、保存後、適当なファイル名をつけ、拡張子をascに変更してください。

3オペアンプタイプはネットで見ると発振回路によく使われてるようです。
R11のところに2SK30などのJ-FETを使って振幅制御をします。
Qを大きくしたときにR11の両端電圧は小さくなります。
上の回路図ではQ=10ですが、分圧比は1/21です。Q=30なら1/61です。
J-FETを使って振幅制御をする場合、歪を抑えるため両端電圧を小さくする必要があるのでかえって都合がいいようです。

【追記】J-FETを振幅制御に使ったWebページ
The Art of Analog Circuitsさんの2006年8月20日の記事、2SK30AでAGC
アナログエンジニアさん、電圧制御可変抵抗
EDN Japan、外付けFETの“電子抵抗素子”でゲイン制御アンプを実現、AGCにも応用可能

状態変数型バンドパスフィルタの解析、発振回路に応用するため。

バンドパスフィルタは入力と出力を繋いでやれば、発振します。
ただし位相条件と振幅条件があります、位相が2*pi*n(piは円周率、n=0,1,2...)でゲインが1という、バルクハウゼンの条件です。

状態変数型発振回路は過去に何度か作った事がありますが、状態変数型フィルタについてちゃんと解析していなかったので、整理を兼ねて書いておきます。

下図のような回路とします。
状態変数型バンドパスフィルタ
V3はバンドパスフィルタ出力となります。

結果です、LibreOfficeの数式エディタを使いましたが、慣れないせいか面倒でした。
式(2)の導出過程は省略してます、間違いがあるかもしれません、念のため。
発振回路として使いたいので、A=1での回路定数の条件を求めています。

振幅条件に位相条件(すなわち発振周波数)を決めるCRが入っていないのがありがたいところで、これがウィーンブリッジだと両方に入ってしまうんですね。

Qの値はいくらでもいいように思いますが、高調波除去のためには大きいほうがいいです。

状態変数型バンドパスフィルタの解析

CJMCU Beetleを試す

CJMCU Beetleを購入。
前の記事のSS MICROと同じUSBに挿せるタイプで、ATmega32U4を使ってるのも同じ。



違いはUSBポート・ATmega32U4間に22オームが入ってること、サージアブソーバ(多分)が入ってること。
なお3.3Vのレギュレーターはありません。

ATmega32U4のデータシート6ページ目にはこのようにあります。

2.2.8 D-
USB Full speed / Low Speed Negative Data Upstream Port. Should be connected to the USB D- connector pin with a serial 22Ω resistor.
2.2.9 D+
USB Full speed / Low Speed Positive Data Upstream Port. Should be connected to the USB D+ connector pin with a serial 22Ω resistor.


「22Ωを直列に入れるべきです」ということなんでしょうが、先の記事のSS MICROには入ってませんでした。

さてこのCJMCU BeetleですがArduino IDEではボードをArduino Leonardoとしたらちゃんと書き込めました。
今元気にLチカ中・・・。

店の電飾(3)無限鏡(infinity mirror)

無限鏡

四年ほど前に作ろうとしたことがあります。
フルカラーLEDを多数購入しPSoC1で制御しようとしたのですが、LEDが次から次へと点かなくなるというトラブルに見舞われました。設計ミスを疑ったのですが、問題を見つけられず、どうやら買ったLEDが不良品だったようです。そういえばアノードコモンを注文したのに、送られてきたのはカソードコモン。文句言って交換となった経緯があります。

放置したままだったのですが、店の電飾コントローラを作ったついでに無限鏡も作り直し。
テープLEDを丸めただけのお手軽製作。

材料ですが、アクリルミラーとアクリルハーフミラーを使ってます。ミラーを下に、ハーフミラーを上に配置し、LEDを間に挟んでます。
これらははざいやさんにネット注文しました。
10センチ×10センチ、四隅に穴あけ加工を依頼、二組注文して送料込みで正確には覚えていませんが3000円ぐらいだったでしょうか。

光る様子を撮影しましたが、テープLEDが最大輝度になると画面にノイズが乗っかってしまいます、安物のコンパクトデジカメだから仕方ないのかな。


店に飾ってみましたが、奥まったサービスカウンターの壁につけたので目立ちません^^;;
もっと大きく作らないと。(写真撮影は店長の許可を得てあります。)
店に飾る


数時間動かしたあとで、以前に作った非接触温度計で内部温度を測ってみると、200オームの抵抗が9度ほど高め。
電圧降下が4.7Vなので消費電力は約110mW。単純に計算すると熱抵抗は82℃/Wとなりますが、こんなもんでしょうかね。
内部温度

店の電飾(2)回路の変更とスケッチ

回路をちょっと変更、というか追加。
最初はMOS-FETを二個しか使ってませんでした、手持ちがそれだけだったからです。
先週、足りない部品を買いに行ったときについでにMOS-FETも買っておけばよかったんですが、急いでいたので全く考えが及びませんでした。

昨日、仕事帰りに共立電子で2SK4017を買いました。

電飾コントローラ回路2

これで三つのLEDを制御できるようにりました。

さてスケッチです。
LEDがふわっと明るくなって、ふわっと消える。要するに正弦波みたいな感じにしたいわけです。
まず次の関数で明るさをコントロールするようにしてみました。
w(x)=0.5-0.5*cos(2*pi*x) (pi は円周率)

実はこの関数はハン窓というFFTの窓関数と同じです。
それでいくつかの窓関数を試したのですが、見た目大差無かったのは先の記事で書きました。
そんななかで赤池窓を使うことにしました。
ところで、この赤池とは赤池啓次氏のことでしょうか?

式は
Akaike(x)=0.625-0.5*cos(2*pi*x)-0.125*cos(4*pi*x)
です。
これを反転させ、x方向に0.5シフトさせた式(INV_Akaikeと名づけました)も作りました。
INV_Akaike(x)=0.375-0.5*cos(2*pi*x)+0.125*cos(4*pi*x)

グラフです、上がAkaile(x)、下がINV_Akaike(x)です。
Akaike_inv_Akaike.jpg

これを元にさらに四つ輝度関数を追加しました。
具体的には x -> 2*x とします、このままでは 0<=x<=1の間にピークが二つ出来るので、x=0.5 で切り分けます。

下のグラフはAkaike(x)に上のやり方を行った結果で、赤をAkaike2(x)、青をAkaike3(x)とします。
Akaike2_3.jpg

INV_Akaike(x)にも同様の変換を行いました、グラフは省略します。

さらに、のこぎり波を使って二つ作りました。
Sawthooth(x)=x
Sawthooth2(x)=1-x

合計八つの輝度関数を作りました。

スケッチはこちら

あれこれやった名残りで使ってない輝度関数もあります。Welch() と Blackman()がそうです。
loop()内で乱数を使って三つのLEDにそれぞれ輝度関数を選んで点滅させています。

店の電飾

七夕に向けて店の飾りつけをしようという話で盛り上がっていたので、テープLEDを持って行って光らせたら、「電飾作ってね」との(元)お嬢様方からの下命(汗)。
数日中に社長巡回があるからそれまでにどうにか格好つけてくれ、って納期がタイトだ、こっちは趣味でやってるんだぞ。

手持ちの部品をかき集め、足りない部品は検索してから共立電子で求めました。
ネジ式端子台 6PとかスナップインタイプのDCジャックとか・・・。
電飾コントロール

どうにかでっち上げました。入れ物は百均のプラケース。格好悪いのはご勘弁。
電飾コントローラ工作終了

テープLEDとの接続はネジ式端子台を使いました、考えた中ではこれが一番安い。
電飾コントローラ表
Arduinoの取り付けはスペーサー三つ、四つ目は下の写真のようにピンソケットが干渉するのでつけませんでした。
UNO-R3取り付け穴

スケッチを書き換えられるように穴を開けました、不恰好ですが。
電飾コントローラ横

点灯試験中。
電飾コントロール点灯試験中

回路図です。時間がないのであまり考えずに作りました。
analogWrite()はPWMですのでこれでテープLEDの明るさを制御します。
電飾コントローラ回路
自分の手元になく、誰がどうさわるかわからない。テープLEDをショートでもされたらたまらないのでポリスイッチを入れましたが、二つは必要なかったですね。
R1は電圧ドロップ用です、Arduino上のレギュレーターの負担を減らすためですが、両端電圧を測ったら4.7Vでした。電流は23.5mAということになります。これぐらいだったらR1は必要なかったですね。

テープLEDが点灯したままでは全く面白くないので、ふわっと明るくなっては消えるようにあれこれ点滅パターンを試しましたが、あまり凝っても見た目は大差なかったです。

取りあえず社長巡回には間に合いました。
私はその前に帰ったので、どういう評価だったかはまだ知りません。

脈拍センサー MAX30102を試す(2)MAX30100と比較

MAX30100(左)とMAX30102(右)を並べて同時に測ってみました。
左手中指をMAX30100に、人差し指をMAX30102に乗せました。
30100vs30102_board.jpg

左:MAX30100出力、右:MAX30102出力。
センサーも表示周期もスケッチも違うので同じになるとは思ってませんでしたが、こんなものでしょうか。
30100vs30102.jpg

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