LEDの絶対最大定格：逆電圧(Vr)への反論

電子部品それぞれに設けられている「絶対最大定格」。
　・なにがなんでも越えちゃダメ。
　・越えたらつぶれるかも。
　・越えるような設計、誰がした。
という解釈かと。

で、この絶対最大定格について(LEDに限って)
　・重箱の隅モード
　・いまさら
なんですが、どう考えたら良いか・・・
　　皆さんのご意見を！

LEDのスペックに記された「絶対最大定格」の中に
「逆電圧」が出てきます。
この逆電圧、たいていが「5V」。
　　　※単素子の場合。
　　　※中には4Vや6Vというのもあります。
　　　※電気的特性の項目に、逆電圧4Vなら
　　　　最大10μAの逆電流が流れるとかが記さ
　　　　れています。

LEDに逆電圧が加わる回路といや7seg LEDの
ダイナミックスキャン。

簡単に2桁の7seg LEDを図示します。
カソードコモンで駆動するように記しました。

右桁を駆動して、AセグはオフでBセグをオンした
ところがこれ。

この駆動方法、アノードとカソードともCMOSレベルで
ドライブすると、消えているD1が逆接になります。
5Vで動く回路なら、5Vが逆に加わって、絶対最大定格の
逆電圧に達します。
駆動回路が5Vよりちょい上の電圧なら絶対最大定格を
越えちゃうわけです。

回路的に逆電圧を避けようとするのなら、
　　・アノード側あるいはカソード側、それとも
　　　両方とも、オープンコレクタ(ドレイン)
　　　の素子で駆動。
という方法があります。
　　※5Vより大きい電圧じゃないとLEDが光らない
　　　なんて時はこの方法です。(2直,3直の場合など)

そして、マイコンのポートで直接駆動するのなら、
　　・駆動しないところを「入力ポート」にして
　　　逆電圧を避ける。
こんな方法もあります。

しかし、CMOS出力ポートでH/L駆動して逆電圧を加えても
壊れないというのも経験しています。

この「大丈夫だ」という理屈の説明をどうすれば
なんですが・・・
　　・電流制限抵抗があるので、逆電圧を超えても
　　　最大電流、最大電力を越えないから大丈夫。
と言えるかなぁ、と思います。

しかし、「劣化はしないのか？」となると、スペックの
記述からは読み取れません。

ネットを探すとトランジスタの劣化についてこんなのが
見つかります。
・トランジスタの“落とし穴”はブレークダウンにあり：EDN japan

　　※電流制限されていない状態でB-E間に
　　　逆電圧が加わったのが原因でしょうけれど、
　　　「劣化」と呼んでよいのか・・
　　※制御されたブレークダウン(電圧は超えるけど
　　　電流、電力はOKの範囲)ならどうなる？

いかがでしょう。


※追記
・2022年12月20日：ガレージのLED表示デジタル時計がダウン
・2012年08月03日：16セグメントLEDを使った時計：回路図
　　※カソード、アノードともTr(オープンコレクタ)で駆動

・2022年12月21日：7セグメントLED駆動用IC「TM1637」
　　※このICは両方ともオープンドレイン
・カソードコモン7セグメント用LEDドライバー MAX7219
　　※CMOSで駆動とは記されていないが、
　　　コモンはオフ時にV+、セグメントはオフ時に
　　　GNDになると記されてる。

以下、逆電圧になる回路。
・2018年5月31日：電波チェッカ用レベル表示回路案
・2018年9月27日：電波チェッカ用12LEDレベル表示回路
・2022年12月14日：Arduino UNOを使ったUSB電流計 4桁表示も
・2022年11月29日：Arduino UNO(のチップ)を使ったUSB電流計

逆電圧といっても、電流制限抵抗が入っている
おかげで、もろに電源電圧じゃなく反対側の
Vf電圧が加わるようになる場合もあります。

逆電圧にしても、最大電流、最大電力を越えなければ、
破壊には至りません。
しかし「劣化はどうや？」っと言われたら・・・
　　わかりません。

ご意見をお待ちしています。

電流検出アンプ 入力端子になぜかマイナスが出てくる

過去、あれこれ電流検出アンプを使ってきましたが
「謎」の動作に遭遇。
使ったのはTIのINA281A3 。　100倍のアンプです。

回路電源Vsには+5Vを供給。
Rsenseはとりあえず0.1Ω。
IN+とGND間にCVCC電源をつないで、
IN-とGND間に定電流負荷を。

これでちゃんと。負荷電流に比例した出力電圧が
出てきます。
　　※これはあたりまえにプラスだけ

ところが・・・・
IN+へつなげている負荷への供給電源を外すと・・・
IN+端子とIN-端子に「マイナスの電圧」が出現する
のです。

Rsenseの抵抗とIN-側の負荷を外しオープンにすると
およそ「-7.7V」が出現します。

ICの電源は+5V。
プラス電源だけの回路のマイナス電圧が出現で、
「なんじゃこりゃ？」

負の電圧を発生する可能性は・・・ICの中味だけ。

GNDへの短絡電流は約「-40μA」。
アンプのバイアス電流っぽい。

ブロック図や回路の動作解説には記されていませんが、
ICの内部でチョッパー回路が使われていて、そこで
作られたマイナス電圧が出てくるのかもしれません。

※追記
同種の電流検出アンプに INA290があります。
　　※アンプ後段にFETを付加して電流と抵抗比で
　　　ゲインを決める方式。
IN281とINA290のデータシートと比べると、
こんな違いが記されています。

まずIN+、IN-端子にマイナス電圧が出たINA281。


入力電圧がマイナスまでOKと。

そしてINA290。


こちらはプラスの入力だけ。

特性のグラフには、最低入力電圧が電源電圧に
依存する様子が示されています。

電源電圧が5Vなら、計れる最低電圧が2.7V
と規制されてしまいます。

INA281は「マイナスまで計れるぞ」っというところの
構造の違いがIN+、IN-端子の電圧に出ているのだろうと
推測してます。

タミヤ★★ミニ四駆用充電池「NEO CHAMP」950mAh 2400サイクル目

タミヤのミニ四駆用充電池「NEO CHAMP」(950mAh)、の充放電実験
スタートしたのが2021年11月15日 。
1年ほどして、
2000サイクル目が2022年11月25日 。
今日、2400サイクル目です。

内部抵抗は「58mΩ」まで上昇。
　　※日曜に出てきたので室温が低かった
　　　せいもあるでしょうけれど。

2400サイクル目の0.2C放電は「225分」。
0.2Cということは5時間=300分が定格。
225分は75%。
60%の180分になればJISでの寿命。

まだまだ元気です。
2800サイクル目を目指します。

※電池あれこれ まとめ

電動シャッターリモコン Tele Auto FX-1 発振段のコイルが断線

過去、何度かこの機種を修理していますが、
今回は電池の液漏れによるダメージがひどかった・・・

水晶発振回路の同調コイル、これがボビンの
根元で断線。

巻線の根元が緑色になってました。
なんとか復旧。

パーツクリーナーとIPA＋歯ブラシで基板をざっと
洗った後の様子。

浮いた緑色をカッターではがすと・・・
レジストの下にあるパターンが見事に溶けていました。

レジストの下に潜り込んだ電解液が悪さをします。
ハンダも変質して、ハンダゴテを当てても簡単には
溶けません。
なかなかやっかい。

逆富士型40W蛍光灯2灯相当のLEDランプが不調

藤川君とこからやってきました。

「しばらく前に付けたんやけど点滅しだしたわ。
　　ホカしてもたろと思てんねんけど、
　　　下間はん、いるか？」
っと。
　・・・はい。もらいました。

通電すると、2秒周期くらいで点滅するのです。
チカチカじゃありません。
パッ・パッ・パッ・・・
と1秒暗、1秒明という感じです。

LED部だけはずして通電すると、電圧を30Vくらいまで
上げると光り始めます。
LEDはまだ大丈夫と判断して、電源モジュールを見る
ことにしました。

これがメーカー名なんでしょう、「TENTEN-LED」。

フタを開けると・・・

樹脂の海。
でも、二次側電解コンデンサの頭が開きかけてました。

2200μF/50V、105℃仕様のコンデンサです。
持ち上げて、足を切断して取り外し。
1/5以下の容量でした。

基板は樹脂に埋もれてるんで取り出すことができません。
切って残しておいたコンデンサの足に手持ちのコンデンサを
ハンダ付けして試運転。
ちゃんと光るようになりました。

過去、LEDランプの不調はLEDそのものがアウトになって
ということが多かったのですが、今回は電源部でした。
まぁ、故障にはいろいろあるということで。

「マウスが落としよる」・・・ なにそれ？！

文鎮 の佐藤テック君からのヘルプ。
最初、「マウスが落としよる」と聞いたときは、
　「マウスを机から落としてしまうくらいどこか
　　身体の調子が悪い」
のかと思っちゃいました。

マウス・ボタンの接触不良で
　「ドラッグしたとき、思ってもみなかった場所に
　　つかんでたモンを置いていきよる」
ということでした。

マウス内スイッチにパーツクリーナー「大阪魂」を
ぶっかけたらいっときは接触が回復してたと。
でも、「もうアカン」。
ということでスイッチそのものの交換です。
ロジテックの無線マウス。

古いモノだそうで、なかなかややこしい回路のようです。

・2010年11月24日：息子はトラックボール使い
・2016年02月08日：息子はトラックボール使い#2
で修理した、買い置きが残っていました。

※関連
・2021年5月18日：エレコム製ワイヤレスマウスの修理情報

ATmega4809のシリアルポート

Arduino UNOで使われているATmega328Pには
シリアルポート(UART)が一つだけしかありません。
　　※SoftwareSerialは別物

もっと欲しいゾという時は、
ATmega2560が搭載された「Arduino Mega 2560」を
使いました。
　　※RAMも8kに増えますし。
しかし・・・大きい。　基板サイズがデカいのです。

そこで新しいチップ「ATmega4809」のデータシートを
見ますと・・・UARTが4つになってます。　←エエやん！

4809には40ピンDIPと48ピンのQFPの2種類が存在します。
40ピンのは48ピンのから
　　ポートBの6本
　　ポートCの2本
が除かれています。

ポートの割り当て表を眺めますと、UART3が配置されているのは
ポートBです。
代替ポートを選択しようとしてもポートB。



しかし、40ピンではポートBはが全部省かれてます。
ということは、40ピンのATmega4809、UARTは3つしか使えない
ということになるのかと。　　・・・アカンやん。


　　※英文のデータシートも同じだった
　　　UART、3コと4コの区分線がミスってる？

※Arduino nano every (48ピンのが使われている)
でも買って、触ってみようかと。

水晶が原因：映像信号分配装置修理

「日立国際八木ソリューションズ」ブランドの
映像信号分配装置。
この
　「RCA入力(NTSC信号)がアウトになってしまったん
　　で見て欲しい」
という依頼がありました。
2013年製で、LANでPCとつないであれこれ設定できる
ようになってるんで、むちゃ複雑な回路になってます。

ダメ元でビデオ信号を追いかけますと、
TI製のICに入ってました。



ネットを探すとデータシートが出てきたんで、まずは
クロックの確認からと、オシロのプローブを水晶に
当てると・・・
　　　発振していない。

電源電圧を見ても正常。
どうやらこの発振子が原因のようです。
手持ちの14.318MHzの水晶を仮ハンダすると・・・
　　　動いた！

　　　※14.318MHzはNTSCカラーキャリア周波数
　　　　3.579545MHzの4倍の周波数。

元の発振子を引っぺがし、でかいけれどHC-49USの
水晶をくっつけて対処。
これで様子を見てもらいます。

※発振子がアウトで故障という修理、たまにありますんで
　重点チェック箇所です。

・2020年7月19日：電波リモコンTele Auto FX-1修理：300kHzセラロック発振子がアウト
・2020年1月31日：300kHzのセラミック発振子：Tele Auto FX-1 修理
・2019年6月4日：三和シャッター製リモコン RAX-330 水晶発振子の異常
・2012年02月02日：PC-8201の水晶発振子

4-20mA電流ループといえば「アイソレーション・アンプ」

4-20mA電流ループを使った計装回路。
その「受け側」(制御装置側)で使っていたのが
デイテルの絶縁アンプ「AM-I2120」です。

裸で置いてあるのはもうこれ一つです。

とある土木関係の制御装置で使っていました。
　　※まだ、生きている機械があるんで、
　　　メンテ用に基板は置いてあります。

どんなもんか紹介しようと思ったら、
ネットを探してもデータシートが出てこないゾ。

アナデバのAD202 あたりが互換品だったはず。
　　　↑
　これも廃品種。

これを使った装置のファイルを引っ張り出してきたら、
こんな資料が出てきました。

　　　※ダウンロード - datel_ami2120_scan.pdf

土木装置の先端に付いた圧力センサーから4～20mAの
信号をもらって、ごそごそ。
センサーと制御装置間の距離が長いのと電線の巻き取りに
スリップリングが入っているんで、4～20mAの電流ループ
を使いました。

「デイテル」ってどうなったんだっけ？
昔、ADCやDACをあれこれ使った記憶があります。
パーツボックスを探せば出てくるかな。

Arduino UNOで0.00～40.00mA定電流負荷回路

過去、あれこれと定電流回路を紹介してますが、
今回のは電流は少なめ。
2023年1月 2日：PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用で
2023年1月 7日：PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用、解決方法

この続きで、「4～20mA電流ループ・インターフェース」回路用の
実験用定電流回路です。

計測系での4～20mA電流ループ・インターフェース、こんな
つなぎ方があります。

・装置側が電源を持っていて、計器側は
　その電流をちょっともらって回路を動かし、
　結果を4～20mAの電流にして返す構成。
　２線でつなげます。

ちょっとの電流で動かせる圧力センサーとか
温度センサーなど。

・計器側の電流消費が大きい時は、装置側から
　電源を供給。
　３線接続。

・計器側は自分で電源を持っていて、
　測定値を4～20mAで出力。
　制御装置からの供給だと４線で接続。

こんな回路のテストには4～20mAの電流発生器
あるいは定電流負荷回路が必要になります。
　　※中華製のが安く出ているようですが・・・

計器の真似を(装置側から電源をもらって動作)
しようとしてもよかったんですが、汎用的に
使える吸い込み型の定電流回路＝定電流負荷
にして、
　　「PWM+LPFによるDACの能力」
を確かめてみました。
　　※電流ループだと、電流の向きさえ合わ
　　　せれば定電流回路はどこにでもつなげる。

吸い込み型の定電流回路、基本はこんなの。

ボリュームやポテンショ、あるいはスイッチで
Vp電圧を操作して、「Vp÷Rs」で電流を決める
という方法です。

設定した電流を読む方法が、
　・ループの途中に電流計を入れる。
　・Rs両端の電圧から電流値を計算。
と、いうのが普通。

今回は、
　　PWM+LPFで出したVp電圧と、検出抵抗Rs値を信じて、
　　PWMのデューティを変えて電流値を可変出力。
という方法を使いました。

ブロック図で示すとこんな具合。

校正モードで設定するのは、デューティ100%
(MPXのVref選択入力がいつもH)のフルスケール電流値。
これを「0.01mA」単位の読みで(別の神様電流計で計測)
設定します。
　　※今回はフルスケールで12bitあたりを狙っています。

校正時、デューティ100%で仮に40.00mAが出てきたと
すると、PWMでのデューティ設定範囲は「0～3999」
にします。
つまり、デューティ0/4000～3999/4000が範囲。

デューティ比がそのまま「mA」値になり、
「00.00～39.99mA」と0.01mA単位で設定できるはず・・・
そんな目論見です。

そして、0.00mA→0.01mA→0.02mA→という最小桁を
安定して可変する出力というのもやってみたかった
制御で、そのために
　・オフセット電圧の小さなオペアンプを選ぶ。
　・バイアス電流も小さいの。
　・±電源で動作させる。　ぜいたくに。

使ったケースは
2022年8月24日：パルスジェネレータを作ってみた：箱に入れた
での、ダイソー・100円(税別)樹脂ケースです。

FLUKEを電流計モードにして操作してらほんとにぴったし。
エエ感じにできました。
手動操作だから PWM+LPF でも時間遅れは気になりません。
　　※セトリング時間、なに？それ？のモード

「0.01mA」桁の操作がそのままテスターの読みに
出ます。
電流の読みを見ながらポテンショを左右に微調という
操作とは違う感覚です。

Rsを小さくすれば電流値を大きくできます。
今は20Ωで40mAですが、2Ωなら400mA。0.2Ωなら4Aに。

　　※電流を大きくしようとすると、FETのゲート
　　　駆動電圧を高くする必要があるかもです。
　　　オペアンプの+電源が+5Vでは間に合わないかも。

※関連
・2021年4月4日：オペアンプとMOS-FETを使った定電流負荷回路
・2020年8月27日：オペアンプとMOS FETを使った定電流回路・・・電子負荷回路・・・
・2020年3月12日：定電流回路の電流検出抵抗を試す
・2020年1月24日：メモ：4-20mA電流ループ用ICとデジタルアイソレータ


※現時点の回路


・手持ち部品の関係でロータリーエンコーダはBOURNS
　のを使用。
・2回路入りオペアンプを使ったのも手持ち部品の関係。

※スケッチ　zip圧縮
　　ダウンロード - cl40ma1.zip

※温度変化の様子
・2022年7月6日：デジタルテスター「FLUKE 87IV」の赤外線通信ユニット完成
でFLUKEテスターからのデータ吸い上げができるようになった
ので、定電流回路の温度変化を調べてみました。
使ったのはこの→2017年11月6日：液晶表示器「焼き鈍し」
での保温箱。
この中に定電流回路を置いて通電開始。
「電球」で段ボール箱内を温めます。

結果・・・

定電流回路の設定を20.00mA。　（供給電圧は24Vで）
その時のテスターでの読みが20.003mA。
箱内を50℃まで上げると19.983mAに。
20.003mA→0.02mA下がりました。
30℃の温度上昇で電流がざっと0.1%下降。
1℃に直すと「33PPM/℃」。
基準電圧の変動なのか電流検出抵抗RsとかLPFの
分圧抵抗の変動なのか。
もうちょい調査が必要です。

「A-Dコンバータ活用 成功のかぎ」

図書館で借りてきました。
CQ出版のアナログ・デザイン・シリーズ
　　A-Dコンバータ活用 成功のかぎ
　　　　著者：松井邦彦
サブタイトルが「変換のメカニズムと性能の引き出し方」



出版が2010年8月。
大阪市立中央図書館の2階、「技術・産業コーナー」。
書架に並べられた場所、天井に近かったせいで
照明で焼けた(色が抜けた)のでしょう、背のところの
赤色が薄くなってます。
　　※看板の色にしろ赤色ってダメージを受け
　　　やすいですよね。　どんな理屈なんだろ。

ページを繰りますと・・・
「おっ。　同じことやってる。」と
　　　※ひょっとして著者さんがトラ技に書いていた
　　　　昔の記事を見て、それを私が真似っこした
　　　　のかも。

まずDC-DCコンバータの出力に入れる
「コモンモードフィルタ」。


実物での実験。
・2020年10月13日：「MAU109」の出力にコモンモードフィルタを付けてみる
・2020年3月23日：非絶縁型降圧DC-DCコンバータの出力ノイズ低減あれこれ
・2016年02月29日：TDKのコモンモードフィルタ　廃番に

そして、オシロのプローブにいれたクランプタイプの
パッチンコア・フィルタ。



これは私の作業机上のラックに置いたオシロ。


使ってるプローブ、みんな入れてあります。
使い勝手の関係で、根元側なんですが先っぽと
どっちがエエんだろ。
比較したことないなぁ。

Gigazineの記事「DDR Type 2の内部構造がすごい」

Gigazine：2023年01月09日 09時00分「旧東ドイツ時代の秘密警察シュタージのスパイが使っていた送信機「DDR Type 2」の内部構造がすごい」
この元記事がスゴイです。

まず、これが件の「DDR Type 2」の元記事
　　・DDR Type 2:Short-wave spy transmitter

関連する写真を追いかけますと・・・
終段管の「2E26」が出てきます。

さらに、さまざまなスパイ装置の紹介を見ますと、
例えば・・・
　　・R-354:Soviet spy radio set (Bumblebee)
1960年半ばの装置となってますが写真を追いかけると
https://www.cryptomuseum.com/spy/r354/img/302308/025/full.jpg
ありゃま。TTLがいっぱい並んでいます。
どうなっているのか、よく分かりませんが「スゴイ」でっす。

写真も多く、よくまとめられてます。
回路図がある装置も。

Arduino UNO, Tips and Tricks：analogRead()を捨てちゃうぞ

Arduino UNOでのアナログ入力(A/D値の読み出し)、
通常はこんな感じかと。

・setup()内で
　　analogReference(DEFAULT);　 // 使う基準電圧を設定
　　　　　　　　　　　　　　　　　// DEFAULTはAVCCの+5V電源
・loop()で
　　d = analogRead(A0);　 // A0ピンからアナログ入力
　　　　　　　　　　　　　　// UNOだとA0～A5の6つから選択

読み出したd値をシリアル出力したり、加工して何かの操作に
使うという具合です。

しかし、analogRead()は結果が出てくるまで時間がかかり、
約100μs待たされます。
時間にきびしい処理の中では使うのはちょっと・・・
となってしまいます。

もし、使うアナログ入力が単一チャンネルで固定して良いのなら、
時間のかかるanalogRead()は捨てちゃいましょう。

Arduino UNOのマイコン、ATmega328Pのレジスタを直接操作
して、固定チャンネルの連続変換動作で初期化します。
すると、待ち時間無しで(A/D変換完了を待たずに)いつでも最新の
A/D値を読み出せます。

スケッチ例を示します。

//  A/D値読み出し実験  A0ピンが入力
//  読み出し中、PB5をonしてタイミングをチェック
#define PB5_H       (PORTB |=  (1 << PB5))  // LED on　※1
#define PB5_L       (PORTB &= ~(1 << PB5))  // LED off

/*****  ＳＥＴＵＰ   *****/
void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT);        // PB5 基板上LED ※1
    Serial.begin(9600);        // シリアル出力

//  A/D入力
//    ↓通常の記述
//  analogReference(DEFAULT);   // ArefはAVCCアナログ+5V電源 ※2
//    ↓直接レジスタを操作 ※3
    ADMUX  = 0b01000000;    // VREF設定    
    //         ||| ++++---  MUX3～0 ch0 PC0を入力に ★
    //         ||+--------  ADLAR   右詰め (LSBがD0)
    //         ++---------  REFS    AVCCから(+5V)
    ADCSRB = 0b00000000;
    //         |||  +++---  ADTS 連続変換モード ★
    //         ||+--------  IPR
    //         |+---------  ACME
    //         +----------  BIN
    ADCSRA = 0b11100111;
    //         |||||+++---  CLK 1/128 125kHz
    //         ||||+------  ADIE  割り込みしない
    //         |||+-------  ADIF
    //         ||+--------  ADATE 自動トリガする ★
    //         |+--------   ADSC  変換開始       ★
    //         +----------  ADEN  A/Dイネーブル  ★
}

/*****  ＬＯＯＰ    *****/
void loop() {
word ad_10;     // 10bit A/Dデータ
    PB5_H;                          // LED on ※1
//    ↓通常の記述
//  ad_10 = analogRead(A0);         // A0からアナログ入力 ※2
//    ↓直接レジスタを操作
    ad_10 = ADC;                    // 10bit直接 ※3
    PB5_L;                          // LED off
    Serial.println(ad_10);          // 読んだA/D値をシリアル出力
    delay(1000);                    // 1秒待ち
}

※1：タイミングチェック用パルス　オシロで確認
※2：通常の記述
※3：レジスタを直接操作

通常の記述だと読み出しに時間がかかります。
約0.1ms。


それが、直接記述だとこんな命令に変換されます。
　　sbi 0x05, 5　　　　;PB5_H
　　lds r18, 0x0078　　;ad_10 = ADC
　　lds r19, 0x0079　　;ADCL、ADCHの順で
　　cbi 0x05, 5　　　　;PB5_L

勝手に変換が行われるので、待ち時間なく、ADCレジスタを読むだけ。
実行時間はこれだけ。

　　　※シリアル出力データが出てくるのはず～っと後。

単一チャンネルだからできる技。
多チャンネルだと入力マルチプレクサを切り替えてから
変換を始め、そして変換完了を待つという動作になりますので
どうしても時間がかかります。

忙しい処理の中でアナログ値を読みたい(ボリュームの角度で
何かをしたいなど)時に使ってみてください。

ナットがぁ！？ 9年前の残党を発見

2013年12月16日：ナットがぁ！？　その２
2014年06月12日：ナットがぁ！？　その３

異常ナットがまだ潜んでました。

赤マークした左側がアウト。
ビスがねじ込めません。
右のはOK。

パーツボックスから根絶したつもりだったんですが・・・

トラ技通巻701号(2023年2月号)到着！

トラ技は毎月10日発売ですが、定期購読者には
ちょっと早めに到着します。
最新の2月号は6日(金)、ポストに入っていました。

今回の「これイイぞ」付録は稲葉保さんの
創刊700号記念特別企画
復刻版　幻の定本
　　初心者のためのアナログ技術指南
　　　教科書からの脱出
この本そのものが教科書です。

1983年1月号から12月号までの連載記事です。
連載第一回の図1-1は「μA741」。
オペアンプ741の解説からスタートです。

そして、同著者さんの
　　精選アナログ実用回路集
の元ネタ。


実用回路集は1989年1月が初版。
ネットで得られる情報とはちょっと違うアナログ回路の
ヒントがいっぱい詰まってます。

PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用、解決方法

2023年1月2日：PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用で

では、ATmega328PのAREF端子をオペアンプで
バッファして取り出した1.1V基準電圧を、
4053マルチプレクサに入れたところの電圧波形が
おかしいのに気付きました。

X0入力とX1入力を切り替えるとき、一瞬の
短絡が起きているのではないかという推測
です。
おそらくこれが原因だろうと。

その解決策として、こんな回路にしてみました。
コンデンサを付加できる基準電圧ICを使います。
　　※PWMでのD/Aコンバータ、今まで使って
　　　きたのはこの方式だった。

この「電圧出力」で、定電流負荷回路をこしらえて
みました。
　　※4～20mAの電流インターフェース
　　　計装回路を試験するため。
最小桁を0.01mAにして0.00mA～40.00mAまで可変。
およそ12bitの分解能です。

これまでだと負荷電流を電流計で計って表示という
手法が多いんですが、今回はロータリーエンコーダ
の1クリックで0.01mAをup/downします。

電流計としてつないだモニター用テスターの目盛が
0.01mA単位で反応するのはなかなか小気味いいもの
です。
ポテンショを回して表示値を落ち着かせるのではなく、
思った数値で止められるのがエエです。

※気遣い点
・安定性の良い基準電圧ICを。(高価でも)
　　　初期精度はキャリブレーションでカバー。
・基準電圧ICの出力にコンデンサをつないでも
　OKなものを。
・電流制御オペアンプは、低オフセット品を。
・電流検出抵抗もエエものを。
・0mA近くの制御ため、単電源はあきらめ±電源で。

　　※全体の回路はまた今度

定電流負荷だけじゃなく、定電圧回路の電圧設定にも使え
るかと。

※関連
・2019年9月14日：良かれと思って付けたコンデンサが・・・
　　◆AD680発振！

20mm厚重量級文鎮×2、 トラ技700号をおまけで

20mm厚重量級文鎮２つに、トランジスタ技術創刊700号記念号を
オマケして頒布します。　→発送完了しました



トラ技700号は著者献本でやってきたもので、未開封品です。

文鎮：ハンダ付け補助ツールは、
　　65mm X 45mm X 20mm　のと、
　　65mm X 60mm X 20mm　の２つ。
材質はS50C(炭素鋼)。　無塗装、無メッキ。
ゴム板とM5キャプボルトを添付します。

代金は3,000円
　　発送は厚み制限の無いレターパックプラス(520円)
　　を使います。　合わせて3,520円。
　　到着後に振り込んでください。
　　　　(振り込み先メモを同封します)

早い者勝ちです。（これ、1セットだけです）
メールアドレスを記入してこの記事にコメントしてください。
匿名でかまいません。

トラ技、特別号ということで税込定価が1,200円です。
トラ技をまだ買っていなくて「文鎮欲しい」という方には
朗報かと。

※文鎮：ハンダ付け補助ツールまとめ
　　　↑
　　使用方法など、ブログ記事をまとめています

PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用で

・2020年8月13日：Arduino、analogWriteは捨てちゃえ。ちゃんとしたPWMを使おう
ということで、過去、PWMを使ったDAC(D/A変換回路)を
さまざまなツールで使っています。

例えば、
・JIS C8708による充放電サイクル試験回路(トランジスタ技術2010年2月号)
・2020年4月10日：JIS C8708:2019対応ニッケル水素電池充放電実験回路(回路図とプログラム)
・2022年4月14日：Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：PWMでD/A出力してA/D入力を試す
・2022年4月15日:Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：A/D入力が…あれっ？

これらでは、PWM波からDC電圧を作るのに、
基準電圧ICを使っています。
Vref値とGND間をPWM波でマルチプレックスし、
LPFを通すことで直流に。
デューティ比に比例したDC電圧を得ています。

この応用ということで、Arduino UNOのマイコン
ATmega328PのAREF電圧を取り出した使った実験も
しています。

例えば、この記事。
・2022年10月5日：サーミスタ103JTで計った温度をシリアル出力

サーミスタの抵抗値を見るのに、AREF電圧を取り出して
A/D変換します。
　　※これはMPXとは関係なしの用例。

次のこの記事では、AREFをオペアンプでバッファして
PWMし、LPFを通してD/A変換しています。
・2022年4月22日：Arduino UNOのA/D入力：PWMでD/A出力してA/D入力を試す

ここで問題に気が付きました。
「なんじゃこれは？」の信号が見えたのです。

こんな模式図を描いてみました。

AREFをオペアンプでバッファして取り出します。
ATmega328Pに関してはこれでうまく基準電圧が
取り出せます。

そのオペアンプ出力を直にマルチプレクサの入力に
つないでいます。
外付け基準電圧ICを使った時のようにコンデンサを
入れたいところなのですが、発振の可能性があるので、
オペアンプの出力にコンデンサは入れられません。

たまたま、このPWM→D/A変換部の波形を見た所、
こんな信号になっていました。

AREF電圧を出力しているオペアンプ、そこにPWM波に
同期した負パルス(▼マーク位置)が出ているのです。
出力インピーダンスは低いはずなので、MPXの切換
ノイズが飛び込んでいるわけではありません。

そこで、こんな回路を使って実験してみました。
プラス側のIN1入力は1kΩで+5Vに。
マイナス側は1kΩでGNDに。



すると・・・・
まず、1ゲートタイプのマルチプレクサ TC7W53。

3回路入った74HC4053の場合。

MPXパルスが変化したエッジでIN0、IN1に瞬間的な
電流が流れている様子が見えています。

AREF電圧をバッファした通常速度のオペアンプでは、
この短いパルス(150nsくらい)を抑えきることができない
のでしょう。

なぜこんなことが起こるのか・・・
TC7W53の内部回路を見ると分かってきます。

IN0とIN1の切換には、2直にしたインバータが
入っています。
IN1側がその後段につながっているので、IN0から
遅れて切換されます。
その一瞬、COM端子につながるOUT0とOUT1を通して
IN0とIN1が短絡するのです。
IN0はGNDにつながっていますので、オペアンプ出力を
つないでいるIN1が一瞬だけGNDに引っ張られることに
なってしまいます。
それがオペアンプ出力に現れた負パルスの原因です。

　　※観察のためIN0とIN1に1kΩの抵抗を入
　　　れましたが、IN0、IN1とGND間に0.01uF以上、
　　　0.1uF程度のコンデンサを入れると短絡パルス
　　　は見えなくなります。
　　　基準電圧ICを使った時のパスコンは有効という
　　　ことがわかります。

対策案
・ATmega328PのAREFをオペアンプでバッファして
　基準電圧を得るのはOKだが、それをPWM制御する
　マルチプレクサにつなぐのは×。
・PWMするマルチプレクサでD/A変換する時は、
　パスコンを付加できる基準電圧ICを使う。

こんなところでしょう。
　　※見えなくなるけど、それでも、短絡は発生してる。
　　　ノイズ発生の要因になるか。

※注１
基準電圧ICに付加するパスコン、こんなことも
ありますので。
2019年9月14日：良かれと思って付けたコンデンサが・・・
　　※AD680・・・発振！

※どうなんだろう
多チャンネル入力A/Dコンバータ、たいていの場合
マルチプレクサが入力。
チャンネル切換時に今回のようなことが起こる心配
は無いのか？
入力に入れたCRフィルタが役立つかも。

※ブレッドボードで実験

クロック源はATmega328Pを使ったパルスジェネレータ
拡大。

謹賀新年

本年もよろしくお願いします。

いつものように次男・正悟の絵。

　　※ ちょっと恥ずかしいので小さめで。

我が家族、ペコ(犬)、ピピ(鳥)、石切ジイ・バア、みな元気です。

ピピちゃんも載せときます。

 
※皆さんを真似て・・・測定器で「2023年」。
古～い「ソアー」の周波数カンター(FC-864A)を引っ張り
出してきました。　　※通電確認・・・動きました

周期測定モード。
「2023年1月」ということで測定値は「2023.1μs」。