夏休みの電気工作レポート(オーディオアンプ関連装置)理論編

夏休みの電気工作レポート(オーディオアンプ関連装置)その2は、理論編です。
IMGP5448_720.jpg
こちらの記事から入られた方は、ひとつ前の記事(実践編)もあわせてどうぞ。

今回製作の自動電源制御装置を含めたオーディオアンプ全体です。
まだ、テスターでバッテリー電圧を監視しながら使用しています。安定に動作することが確認できたら外します。
IMGP5441_720.jpg
中央:A級6W窪田式パワーアンプ(終段2SK1529/2SJ200) *MJ無線と実験1995年9月号の記事に温度補償回路を追加
左:定インピーダンス型アッテネーター(20kΩ 2dBステップ 0~-48dB)&セレクター(5系統)

概念図です。
左の太枠が今回製作した部分です。他は20年以上前に製作したままです。
バッテリー電圧を測り、充電器の電源を自動でON/OFFするだけです。
アンプ全体図スクリーンショットt

今までは、充電器のON/OFFを手動でやっていたわけです。切り忘れて過充電になることがありました。
IMGP5496_720.jpg

ちなみに充電器部分です。箱に入っていません。右が電源トランス、左上がダイオードブリッジと抵抗です。
充電器と電源制御装置は、一般的なACプラグで接続されています。差し替えれば、従来の手動制御に戻すこともできます。
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ここから難解な話に入ります。大ざっぱな考えのみ受け取っていただけると幸いです。
--
電源制御装置の回路図です。
ネット上にある、太陽光発電パネルの充放電制御装置の回路などを参考にしました。
電源制御201808t
フリーソフトの回路図エディタ(BSch3V)を初めて使いましたが、インストール後30分ほどで書き始めことができました。

各部分の役割を書き込んでみました。
電源制御201808スクリーンショット2t
BSch3Vは、複数の階層(レイヤー)に分けて書き、重ね合わせることができるので便利です。

さらに拡大します。左側から。
今回の要は、基準電圧IC(TL431)。バッテリーの電圧変動に関係なく安定な2.5Vをつくりだします。
その基準電圧と、抵抗分圧されたバッテリーの電圧を比較します。
バッテリー電圧24~26Vを9:1~10:1に分圧すると、2.5V近くになります。
基準電圧2
過放電検出側R4の値は、満充電検出側R2よりわずかに高くなっています。
VR1, VR2 で、検出電圧を微調整します。

横向き三角形(オペアンプ LM358)が、分圧されたバッテリーの電圧と基準電圧を比較します。
わずかな違いをHighかLo(1か0)に変換します。一種のデジタル回路です。
電圧比較ヒステリシス

ただ、「電圧が上がればOFF、下がればON」だけでは、ON/OFFを頻繁に繰り返し、実用になりません。
再度ONになる電圧との間に「ずれ」をつくる必要があります。
ヒステリシス回路によってずれを設けます。VR3でずれ幅を調整します。
ヒステリシス図t

オペアンプでは大きな電流を扱えないので、トランジスタを使って大電流をON/OFFできるようにします。
位相反転では、「HighかLo」を反転させ「LoかHigh」に変換します。
AC100VのON/OFFには、機械式のリレーを使います。「カチン」と音がし、接点の動きが見えます。
ギザギザ矢印の付いた部品がLEDです。
スイッチング

充電器につながるAC100Vの入出力部分です。
リレーでON/OFFされた後に出力側へ送られます。
充電表示のネオン球がここに付きます。
AC入出力
OFFになった瞬間の充電器(電源トランス)からの逆起電力を逃がすため、スパークキラーを付けています。リレー接点が守られます。

各設定値です。(カッコ内はバッテリー1個あたり)
充電OFF:26.4V(13.2V)/充電再開:25.4V(12.7V)
過放電警告:25.0V(12.5V)
(バッテリーの特性や充電/放電電流、使用環境を考慮して決定したものです。他の機器にそのまま適用できるものではありません。)
消費電流:10~17mA(リレー駆動電流含む)

回路の簡略化や消費電流削減の余地はあるでしょうが、一旦終了としました。
なお、自作に完成はありません。改良に終わりはありません。



私の電気の趣味に大きく関わった雑誌たちを紹介します。
1970年代後半~1980年代初め:子供の科学、ラジオの製作
電気の奥深い世界へ入っていくきっかけです。初心者向け製作記事に夢中になりました。
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初歩のラジオ、そして短波。
電気は自ずと電波の世界へ向かいます。BCLです。
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1980年代:CQ ham radio、モービルハム
必然的にアマチュア無線へ。無線関連機器やアンテナをいろいろつくりました。
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1990年代:トランジスタ技術、MJ無線と実験
さらに繊細で奥深い、オーディオ機器の自作へ流れます。
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これらアナログ回路との関わり方を一言でいうと、「どこまで謙虚になれるか」でしょう。
ちゃんと動作するかどうかは、必ず起こる想定外の現象にどこまで耳を傾けられるかにかかっています。
目の前にある作りかけの回路は、自然現象そのもの。思い通りにならなくて当然です。
回路を動作させることは、自然と共存すること。それが果てしなく面白いのです。

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Author:まさ(climbmasa)
40歳を過ぎて、人とちょっとだけ違う自分に気付きました。ここでは、自分が感じたことを、そのまま表現していきます。
広汎性発達障害(アスペルガー症候群)の当事者です。「人並み」ができず、いろんな場面で苦戦していますが、多くの人に助けられながら生きています。
このブログを通じて、少しでも多くの人に発達障害のことを知ってもらえればと思います。
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