2017年3月27日月曜日

ベースマシン ACアダプタを使った電源の構想

単3×6×2で±9Vを電池で運用しているが、すぐに電池が切れてしまって使いにくいし、電池の大量廃棄がしのびない。

テスタで電源の電流を測ると、

+9V: 215mA
-9V: -15.2mA
GND: 198mA

だった。+9VからGNDに198mA流れ込み、残り(15.2mA)は-9Vに流れてることになる。+9V側は2000mAhある単三電池でも10時間程度しかもたない。シーケンスを打ち込んだりエフェクターを掛けたり、DAWに取り込んだりしてたら、10時間なんてあっという間だ。

ベースマシンはもともとデジタル・ノイズが盛大に乗っているのでスイッチング電源でも問題はない。(将来的にはLPFを入れたりして帯域外を削りたいが、どのみちAudioI/Fでカットされるので後回しにしている)

使ってないACアダプタが結構あるので流用する方向で電源を考える。

ACアダプタを使って±9V(ぐらい)の電源を作る方法


1)9V(ぐらい)のACアダプタを2個使う
2)18V(ぐらい)のACアダプタを使って分圧して±9V(ぐらい)を作る
3)9V(ぐらい)のACアダプタを1個と、負電圧コンバータを使って±9V(ぐらい)を作る

余ってる5V以上のACアダプタの仕様(筐体に表記されているもの)をチェックしたところ、10Vが1個、12Vが2個、16Vが1個だった。


左から、Fujitsu(10V/600mA)、Ktec(12V/3A)、IBM(16V/3.36A)、Microsoft(12V/1.3A)

いずれもいつ買ったものかわからないが、IBMのは20年ぐらい前に買ったThinkPad用のものだと思う。

MacBookのACアダプタもあるが、ケーブルの損傷が激しいので使いたくない。関係ない話ですが発火事故を起こしたしたのはAppleのACアダプタ(純正)だけ(ーー; 今思い出してもApple Storeの対応に腹がたつ。二度とApple製品は使うまいと思ったのです。(と、言って懲りずにまたiPad使ってますがw)

ACアダプタの出力特性をチェック


100Ω/3Wの酸金を2個並列にして50Ωの負荷抵抗として出力して、テスタのDCモードで電圧を測定して、オシロのACモードで出力変動を見てみた。

Fujitsu(10V)

電圧:12.17V


10Vといいつつ12V以上出ている。

波形を見るとトランスを使った電源の安定化前ものと似ている。(参考:「トランスを使った±9V安定化電源 出力チェック」)

持つとずっしりと重いのでトランスを使ってるかな?

Ktec(12V)

電圧:12.16V


Fujitsuのとは縦横とも縮尺が違って、電圧変動は少ない。

IBM(16V)

電圧:16.46V


きっちり16V程度出ている。これも縮尺が違ってKtecのものよりノイズレベルは高い。

Microsoft(12V)

DCプラグの径が2.1mmではなく実験できなかった。

ノギスで測ると、内径3mm外形5mm。ちょん切って2.1mmのプラグをつけようと思ったが、ケーブルが太くてプラグのカバーに入らなさそうなので諦めた。

作戦の検討


1)ACアダプタを2個使う


スリムタイプの9VのACアダプタを2個使えばすっきりするが、現状だと12VのでかいACアダプタを2個使わないといけない。(しかも片一方のFujitsuのは安定化されていない)

秋月で9VのACアダプタが600円ぐらいで売っているので最後の手段とする。

2)18V(ぐらい)のACアダプタを使って分圧して±9V(ぐらい)を作る


TLE2426

18V近くというとIBMの16VのACアダプタしかないが、±8Vでも問題ないのでこれを分圧できれば可。だが、プラス側の電源電流が200mA以上と大きいので定番のレール・スプリッタのTLE2426は使えない。TLE2426はDATASHEETの定格では±20mA。

OPAMP+SEPP

OPAMPの出力をTrのPush Pullで出力を補強してOPAMPに負帰還をかけるという回路。


負荷抵抗のRL+は42Ωにして約215mA、RL-は600Ωにして約15mA流れるようにしてみた。


シミュレーションではうまくいっているように見えるが、ブレッドボードで実験すると出力電圧が波打つように変動してしまった(Trは2SC2655/2SA1050を使用)。やりかたがおかしいのかもしれないが、うまく動かすのは難しそうなので、今回は不採用として将来の宿題とします。

TLE2426+LME49600

バッファICのLME49600は250mAまで出力できるので、レール・スプリッタのTLE2426で仮想GNDを作り出し、LME49600で補強。

回路図

ブレッドボード図

IBM(16V)を使って実験してみたが、LME49600の表面温度が100℃近くまで上昇したので実験中止。LME49600は安い素子ではないので壊れたら困る(^q^; オーディオ用に温存したい。

3)9V(ぐらい)のACアダプタを1個と、負電圧コンバータを使って±9V(ぐらい)を作る


LT1054という正電源を与えれば負電源を作り出す不思議なICがある。仕様上は出力電流は100mAとなっている。

かんたんにテストして動作確認はしてみたが、まだ負荷をかけた状態で実験していない。ベースマシンの負側の電源電流がそれほど大きくないので使えるかもしれない。


なかなかおもしろそうなテーマですが、最近電源ばっかりで嫌気がさしてきたので、もう少しやって最悪9VのACアダプタを2個仕入れるという方向で考えてみたいと思います。

LME49600ヘッドホンアンプ Ver.2 ボリュームを交換

Alpsのスイッチ付きの2連ボリュームのギャングエラーが顕著なので、共立で台湾製のオーディオ用ボリュームを仕入れて交換した。AlpsのPOTはハズレをひいたのかも?

抵抗値はノイズ対策のため(気休め?)送信側からそこそこ電流を流すために10kΩのものにした。


つまみもボリューム調整がし易いようにいつもより太いものにした。

POTの底部のナットと基板がギリギリ干渉してしまうので斜めに取り付けた。



自作の±9V電源をつないで音出し中。


電源ケーブル(DC×2)は手持ちのプラグがなくて、実験用に作ってあったものを流用。そのうちちゃんと作る。

メモ:


まだ十分に聴きこんでいないが、台湾製のオーディオ用POTはトルク感があってヌメヌメ回せる。ギャングエラーもほとんど感じられない。消え入る寸前までボリュームを絞ると若干左右のバランスがおかしくなる感じ。

楽器やエフェクターならやっすいPOTでも十分役目を果たしてくれるが、オーディオ用途にはそれなりに高品質のものを使ったほうがいい。

ハイ・グレードのものはめちゃくちゃ高いが、内部には手出し出来ないのでお金で解決するしかない。

電子ボリュームなら単連のPOTやロータリーエンコーダで制御できるが、マイコン(デジタル・ノイズ源)が必要になるのでいかがなものでしょうか。

この構成だと、ケースはタカチのYM-150だとキツキツなのでもう1~2まわり大きいものの方がいいと思う。

2017年3月24日金曜日

トランスを使った±9V安定化電源 でけた(気がする)

タカチのYM-200を穴あけ加工して収めてみた。

上から

前から

後ろから

DC±9V出力の2個めはDCジャックの数が足りなかったのでそのうち実装するつもりで穴だけ開けていおいた。

上面カバーを装着

カバーで覆ってしまえばモノアイっぽい。商用AC100V電源をDC±9Vにただ変換するだけのストイックなユニット。

ある意味原発に近いかもしれない。外から見ればただ電力を供給するだけのユニットだが、ときどき中をあけて点検しながら運用してみて事故らないことをお祈りする。

事故ったのはロシア製だからで、日本製だから大丈夫!

ACインレットの穴

ACインレットをハメてしまえば外からの見てくれは変わらないので、角穴の仕上げはかなり妥協。

トランスの固定方法


トランスの台座が鉄っぽいのでケースと絶縁するべきなのかどうなのかよくわからなかった。普通に考えればトランス本体と台座が導通してたら、ビリビリしたり下手するとショートして大変なことになりそうなので絶縁されてると思うが、一応全部の出力線との導通をチェックして絶縁されていることを確認して、ケースに直付けした。

思い込みは危険なので最初はトランス(とヒューズとACインレット)だけケースに取り付けて、軍手をはめて通電してようすをみて安全を確認した(^q^;

今回は共立のトランスなのでやりすぎかもしれないが、ジャンク品や中華製などを使う場合はこれぐらいやったほうがいいと思う。(中華製が粗悪という意味ではなく、仕様と違うことがあるのでちゃんと確認したほうがいいと言う意味です)

基板とケースの絶縁


手持ちの10mm長のスペーサーを使うと3300uFの電解コンの高さがケースを飛び出してしまうので、プラ製のナットを基板とケースの間に挟んでケースから浮かせている。

アルマイト加工のケースなので表面は絶縁されているが、基板の裏側が万が一導通状態になってしまうと危険なので、ケースの基板の下の部分にビニールテープを貼って、基板の裏側がケースと接触しても被害が少なくなるようにした。

出力波形


±9V出力に100Ωの酸金抵抗を負荷としてつないで、オシロのACモードで電圧変動/ノイズを再度測定してみた。

電源オフ

電源オン

ケースに入れる前よりよくなった。

電源ケーブルのホット・コールドを逆に差す

悪化(^q^;

Github:
https://github.com/ryood/LME49600_HPA_V2/tree/master/%2B-9V_PSU

メモ:


AC電源はかなり劣化の激しい電源タップからとっているし、ホット・コールドの確認もちゃんとしていない。今まで自作のオーディオ機器でAC電源を使ったことがなかったので気にしてなかった。→そのうちちゃんとする。

そういえばオシロのキャリブレーションを久しくやってなかった。縦軸20.0mV/divはOWON DS7102の最大解像度なのでちゃんとしないとだめか。

角穴を手作業できれいに開けるのには職人芸が必要なのか?

2017年3月21日火曜日

トランスを使った±9V安定化電源 出力チェック

±9V(安定化)出力に100Ωまたは47Ω、±12V(非安定化)出力に220Ωの負荷抵抗をつないで出力をチェックしてみた。


出力電圧


出力電圧は負荷抵抗の両端をテスタ(DCモード)で測定した。

無負荷 
±9V: -9.06V / +8.98V
±12V: 未測定

±9Vに100Ω
±9V: -9.07V / +8.98V
±12V: 未測定

±9Vに100Ω ±12Vに220Ω
±9V: -9.07V / +8.98V
±12V: -15.99V / +16.03V

±9Vに47Ω ±12Vに220Ω
±9V: -9.07V / +8.97V
±12V: -15.23V / +15.24V

±に12V出力は±15V~±16V程度と考えておいた方が良さそうだ。

電源ノイズ(±9V出力)


オシロのACモードで測定した。電源のオン・オフは回路にオシロのプローブをあてた状態でコンセントを抜き差しして測定。

無負荷


電源オフ

ch1:+9V ch2:-9V

電源オン

±9Vに100Ω

電源オフ

電源オン

±9Vに100Ω ±12Vに220Ω


電源オン

±9Vに47Ω ±12Vに220Ω

電源オン

ありゃ?なんかブレッドボードで測定した時より悪化している?(参考:「トランスを使った±9V安定化電源 ブレッドボードで実験」)

もう一度ブレボの回路と比較したほうがいいか(@@?

電源ノイズ(±12V出力)←というか±15V出力~±16V出力


±9Vに100Ω ±12Vに220Ω


ch1:+12V ch2:-12V

<追記:2017.03.21>↑これたぶん±12Vの正負を間違えてケーブルを接続して測定してたと思います</追記>

±9Vに47Ω ±12Vに220Ω


こちらは安定化していないのでノコギリ波状の出力変動がはっきり出ている。周波数は120Hzで商用電源の60Hzの倍。ブリッジダイオードで全整流しているのでこうなるのは理屈にあってる。

三端子レギュレータに多く電流を流した方(±9Vの負荷47Ωの方)が安定化前の電圧変動が大きくなるようだ。

三端子レギュレータの表面温度の測定


自作の温度計を使って素子の表面温度の変動を測定した。放熱器をつけているが、素子に直接サーミスタを貼りつけてCPLTで測定してみた。(室温18℃前後)

7809(正電源側)

Cur1で電源On、Cur2で電源Off。971秒で20.4℃上昇し、45.4℃まで上昇。

7909(負電源側)

678秒で16.5℃上昇し、42.5℃まで上昇。

三端子レギュレータは電圧降下分を熱として放出するはずなので、正負が違っても同じ結果になるはず。

きっちりやるなら7809側と7909側を同じ条件(時間や周囲温度やサーミスタの張り付け方など)で測定しないとだめだと思うが、ざっくり見てまあまあの結果かな?

正電源側の温度上昇の方が大きいような気もするが、出力電圧の測定値を見ると三端子レギュレータによる電圧降下は正電源側の方が大きいのでこれでいいのか(@@?


2017年3月18日土曜日

トランスを使った±9V安定化電源 はんだ付け完了

部品面

ハンダ面

放熱器を固定する穴をあけて、プラネジで固定してみたが、ねじで止めようとすると締め付けが固く、ネジ締めしているときにねじ頭が切れてしまった。なんとか固定できたが放熱器が少し斜めってしまった。ユニバーサル基板の場合、もともと開いている穴を拡大するしかないので、もう少し大きいφ3.5mmぐらいのバカ穴(?)にしたほうが無難かもしれない。

放熱器と3端子レギュレータと絶縁シートの間は、パソコンのCPUのシリコングリスの余っていたので塗ってみた。シリコングリスがはみ出してしまって拭き取ってもちょっと汚い(^q^;

回路図

基板図


トランスをつないで動作チェック


一応無負荷で±9V出ているのを確認。(-9.06V/+8.98V)

±12Vは無負荷だと(-18.10V/+18.03V)になってしまった。トランスの出力は仕様ではAC12Vだが、無負荷でテスタで測定するとAC14V程度。整流してコンデンサで平滑化するとピーク・ツー・ピークになるので

14V × 1.41 = 19.74V

の計算になる。ダイオードの損失分や、3端子レギュレータの消費電流があるので実測値がDC18V程度になるのはこんなもんでしょうか。

ケース内配線図(修正)

自作の機材は正電源側のDCジャックはセンター・プラスで統一していて、負側もセンターGND、スリーブ・マイナスにしているので修正した。負電源側も単体で見るとセンター・プラスになる。

今日はもう疲れたので、次回は負荷をかけたテストや、出力波形のチェックをする予定。

はんだ付けはほんと疲れる(@@;

2017年3月16日木曜日

トランスを使った±9V安定化電源 タカチYM-200でモックアップ作成

タカチのYMシリーズは安くて使いやすいし見た目も悪くない。YM-180がサイズ的に適当だと思うが、秋月では売ってないし、共立でも在庫なしになっていたのでYM-200でモックアップを作ってみた。

上から

前から

後ろから

基板のサイズに対してスカスカだが、将来魔改造するかもしれないのでこれで組んでみる。

ケース内配線

メモ:


LME49600ヘッドホンアンプは電池電源で単3×10×2を電源にすると、リズムのドライブ感が気持ちいい。

電源電圧(実測値):-11.2V/+10.4V

OPAMPはNE5532

やっぱり電圧食わせたほうがいいのかも。トランスを使った±9V電源が完成したら電池電源と数値的に比較してみるつもりです。

2017年3月12日日曜日

ベースマシンの筐体を作る構想

アマゾンの空き箱を加工して、ベースマシンの筐体を仮組みしてみた。



上面を斜めにして、枠の中にシンセ部を収納し、上面にUI部を載せる。フィルターのパラメーターやエンベロープを設定するPOTパネルも載せてみたが、載せないで別にしても良さそうだ。


上面パネルを蝶番で固定し、パコパコ開閉できるようにしてシンセ部にアクセスしやすくするつもり。二段積みにすれば机の上に載せられるのサイズになるのでシーケンスの打ち込みもしやすくなるかな?

アクリル板と木板で組むつもりだが、ダンボールでもそこそこ強度があるので一旦これで配置してみようか。

2017年3月10日金曜日

トランスを使った±9V安定化電源 基板設計

回路図

基板図

部品並べ

3端子レギュレータはプラス側で[IN|GND|OUT]の順、マイナス側で[GND|IN|OUT]の順に並んでいるのでホントは正負の位置を入れ替えた方がスッキリするが、ブリッジ・ダイオードのプラス・マイナスの端子の位置で制約を受ける。

放熱板が向かい合わせになるように配置するとか、ブリッジ・ダイオードをBottom面に配置するとかもありそうだが。ジャンパ線1本で済んだのでこれでまあよしとする。

トランジスタ技術の2007年3月号が「すぐに見つかる!電源回路ハンドブック」という特集で、「電源トランスを使ったオーソドックスな電源」という記事があって、これを参考にした。



トランスから3端子レギュレータにかけてのGNDラインが重要なようなことが書いてあるので、作りながらチェックする必要がありそう。

電子工作を始めた頃は、なんでトラ技はこんな電源の記事ばっかりなんだろ?と不思議だったが、いざ電源を作ろうと思うとわからないことが多くて参考になる。特に商用電源を使うときは下手すると感電・火災の危険があるので闇雲に実験するわけにもいかない(^q^;

42Vは「死にボルト」と言って、低圧だからと言って油断していると感電死する可能性があるらしい。

モックアップ


ダイソーで売っている厚紙で、タカチのYM-150のサイズでモックアップを作ってみた。


出力はDC±9V(安定化)×2、DC±12V(安定化なし)でDCジャック(合計6個)から出力するつもり。

ケースのサイズ的にジャックを縦に2個並べるしかないが、


何かキツキツでケース内配線が辛いかもしれない。う~ん。もう1~2サイズ大きいケースにしたほうが無難か。

2017年3月7日火曜日

トランスを使った±9V安定化電源 ブレッドボードで実験

共立でHDB-12(L)という±12Vのトロイダルトランスを仕入れたので実験してみた。

回路図

トランスとブリッジダイオードを使っている以外は、「±5V/3.3V安定化電源」で実験したものと似たような感じだ。

トランスの2次側の巻き線が2系統あるので、ブリッジダイオードを2個使えば、ルネサスのドキュメントに載っていたように正電源用の三端子レギュレータ2個でもできそうだが、オーソドックスに負電源用の三端子レギュレータとの組み合わせで使ってみた。

ブリッジダイオードは、新電元のS1NB60(600V/1A)。±9V用の三端子レギュレータはストックにあったもので

正電源側: STMicro L7809 (9V/1.5A)
負電源側: Fairachild LM7909 (9V/1A)

で、メーカーもスペックも少々異なっている。両方とも絶縁シートを挟んで放熱器をプラねじで固定して実験した。

ブレッドボード図


トランスからダイオードの配線の途中で0.5Aのヒューズを入れて実験した。

±9V出力電圧


無負荷時
-9.06V / +8.99V

±9Vに100Ω負荷
-9.05V / +8.99V

±9Vに100Ω負荷、±12Vに220Ω負荷
-8.99V / +9.10V(←正電源側がちょっと変?)

コンデンサの比較


三端子レギュレータのIN側の平滑用のコンデンサには、日本ケミコンのKMH 3300uF 50V 105℃品を使った。足が太くて短いので他の部品のリード線のあまりをはんだ付けしてブレッドボードに挿した。

OUT側のコンデンサを、

東信工業 470uF 16V 85℃(普及品)
ニチコン MUSE KZ 470uF 25V 85℃(オーディオ用)
日本ケミコン KMG 1000uF 35V 105℃
日本ケミコン LXJ 2200uF 35V 105℃
パナソニック OS-CON 100uF 16V

に差し替えて比較してみた。負荷は±9Vに100Ω(±90mA)。LME49600ヘッドホンアンプの電源電流がだいたい±50mAのため。

東信工業 470uF 16V 85℃(普及品)

ch1:+9V ch2:-9V

ニチコン MUSE KZ 470uF 25V 85℃(オーディオ用)

日本ケミコン KMG 1000uF 35V 105℃

日本ケミコン LXJ 2200uF 35V 105℃

パナソニック OS-CON 100uF 16V

比較してみると大容量のコンデンサを入れた方が悪化している?ほとんど測定誤差みたいなものだと思いますが。

IN側のコンデンサは平滑用なので大容量のものが必要だが、OUT側は大きな容量のコンデンサを入れるメリットはあるのかどうかわからない。受け側の回路(今回はLME49600ヘッドホンアンプと今後作る予定のDAC/NAP)の電源部にある程度の容量のコンデンサが入っているし、実装面積との兼ね合いもあるので電源の出力にはおまじない程度にサイズ小さいOSコンを入れておこうか・・・

トランスを使った電源ではIN側は大容量の電解コンのみで、容量の小さいコンデンサを並列に入れていない作例も見かけるが、DATASHEETの応用回路では0.33uFのコンデンサを入れている場合が多い。またルネサスのドキュメント


という記述があるので、IN側を0.47uFフィルムコンに変えてみた。(OUT側はOSコン)


これははっきりとノイズが減っているように見える。

OUT側をOSコンにすると低ESRなので、試しにOUT側に並列に入れている0.1uFの積セラを取り除いてみた。

IN側0.1uF積セラ、OUT側OSコンのみ

IN側0.47uFフイルム、OUT側OSコンのみ

OUT側の積セラを取り除くとノイズが増えるようだ。大きな波の周波数は120Hz程度なのでAC電源由来のものかな?