発振回路でLED点滅
動かして楽しい回路は、次のどれかを含んでいることが 電子工作教室のボランティア経験からわかってます。
- 光を放つ
- 音がでる
- 動く
ブロック図から、発振回路とバッファを組み合わせると以下。
OPアンプは、電流のソース、シンクになります。
10mA程度のソース、シンクとして使えるので、電流
制限抵抗の値は、1kΩを選択。
発振の周波数を考えます。
１秒に１回程度の点滅ができれば、目視できるので
周波数としては10Hzから0.5Hzを目標に。
時定数で１秒から10秒となればよいので、抵抗値と
静電容量の組み合わせを列挙。
- 時定数 0.1s => 1MΩ 0.1uF
- 時定数 0.1s => 100kΩ 10uF
- 時定数 1s => 1MΩ 1uF
- 時定数 1s => 100kΩ 10uF
- 時定数 2s => 2.2MΩ 1uF
- 時定数 2s => 220kΩ 10uF
出力電圧の中点電位は、10kΩの抵抗を２本
使った、分圧回路で実現。
抵抗はすべてカーボン抵抗とし、許容電力は250mW品を利用。
時定数をかえて、LEDの点滅がどうなるかを実験してみました。
ブレッドボードにフィードバックの抵抗とキャパシタを入れ
抵抗を並列に接続していきます。
発振回路とLEDの間にバッファを入れて対応。
点滅の周期を目で追ってみると、並列に接続する抵抗の数が
増えるに従い、点滅の周期が短くなることがわかりました。
発振器を１個、LEDを２個利用すると、何ができるかと考えると
身の回りには、次のような例がありました。
- 踏切の警報装置
- 自動車の方向指示器
- 蛍
ランプは交互に点灯、消灯を繰り返すので、左が点灯なら
右は消灯になりますから、inverterが必要。
inverterは、トランジスタを使います。
電車が線路のある範囲にいるときに点滅させたいので
LEDに発振回路の出力を接続するか否かのカラクリを
スイッチでつけて、踏切の警報装置を実現。
スイッチは、電源を供給すると考えれば
トランジスタで対応できます。
プッシュスイッチを押すと、OPアンプによるコンパレータは
電源電圧近くの電圧を出力し、トランジスタのベースにその
電圧を与えます。ベース電圧で、コレクタからエミッタへと
電流を流すので、スイッチになります。
この論理回路を接続すると回路は、以下。
電車が線路のある範囲にいるかどうかは、スイッチが
押されているか否かで判断されるので、メカ上の工夫
でよいのですが、デジタルICのNANDでRSラッチを作って
対応すればよいでしょう。
論理回路を除き、基本となる回路で実現できました。
気に入った点滅周期になるように、抵抗値と静電容量を選びます。
R1=6.6MΩ、C1=0.2uFが、自分の気に入った点滅周期でした。
R1は2.2MΩのカーボン抵抗を３本直列に、C1は0.1uFの積層
セラミックキャパシタを２本並列にして実現。
自動車の方向指示器
自動車の方向指示器は、次のように左右にランプがあります。
右と左のどちらかのスイッチが入ると、対応したランプが
点滅すればよいので、ブロック図は次のようにすればOK。
スイッチは、次の論理回路を使えばよいでしょう。
スイッチ用論理回路を接続すると、以下。
OPアンプ１個で流し出せる電流は、10mA程度なので
トランジスタのベース電流を抑えるために計算して
おくと、以下。
実車ではハザードもあるので、２ボタンを同時に押すと
方向指示の他の機能を実現できます。
気に入った点滅周期になるように、抵抗値と静電容量を選びます。
R1=2.2MΩ、C1=10uFが、自分の気に入った点滅周期でした。
R1は1MΩで１本のカーボン抵抗とし、C1は10uFの表面実装タイプ
積層セラミックキャパシタを利用。
蛍
蛍はキレのある点滅ではなく、ゆっくり点灯、ゆっくり消灯を
繰り返えします。
ブロック図は、踏切りの警報装置を少し拡張します。
バッファとLEDの間に、faderを入れて対応。
発振器の出力を加工して、faderから角が丸くなった
信号を出力します。
faderは抵抗とキャパシタを利用すると、簡単に作れます。
ブロック図から回路を組むと、以下。
映像から蛍の点滅周期になるように、抵抗値と静電容量を選びます。
R1=6.6MΩ、C1=10uF、R4=22kΩ、C2=220uFが、蛍の点滅周期
に近かったです。
R1は2.2MΩのカーボン抵抗を３本直列に、C1は10uFの表面
実装タイプ積層セラミックキャパシタを１本にて実現。
発振回路の周期は、ブレッドボード上に反転入力、非反転入力に
接続する回路を組上げて調べました。
ワイヤーは、色ごとに次のように接続。
- 橙 OPアンプ出力
- 黄 OPアンプ反転入力
- 青 OPアンプ非反転入力
- 黒 GND（0V）
発振回路から、バッファを２段通して、LEDを点滅させました。
アナログコンピュータ基板上には、カウンタICによる
分周器があるので、初段バッファには分周器と次段の
バッファに発振クロックを分配させています。
分周器の出力は、BCDデコーダに接続してあり、10個のLEDが
分周とともに下から上に点滅していきます。おおよその発振
周波数がわかるようになっています。
次段のバッファで、次のロジックチェッカーのLEDを点滅
させました。
赤ワイヤー（電源プラス側）、緑ワイヤー（電源マイナス側）、黄
ワイヤー（計測プローブ）で使っています。
ロジックチェッカーの回路は、単純で以下。
基本となる発振回路の動作実験が終わったので
次の３つの光り物を作っていきます。
踏切の警報装置
電源を除いた入力、出力をどうするかを考えます。
- 入力 制御信号
- 出力 LEDに与える左の点滅信号
- 出力 LEDに与える右の点滅信号
電源電圧は、12Vとしました。
自動車の方向指示器
電源電圧は、自動車ではバッテリーの電源が使えるので12Vとします。
電源を除いた入力、出力をどうするかを考えます。
- 入力 左プッシュスイッチ
- 入力 右プッシュスイッチ
- 出力 LEDに与える左の点滅信号
- 出力 LEDに与える右の点滅信号
蛍
電源を除いた入力、出力をどうするかを考えます。
出力は、LEDに与える点滅信号だけ。
電源電圧は、６Ｖとします。
基板に半田付けすると、以下。
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