{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "オリジナルの作成：2015/10/17" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "# J0-Arduinoで実験（トラ技201510）\n", "## LEDイルミネーション\n", "トランジスタ技術2015年10月号（トラ技2015/10と書きます）で紹介されている 「手を叩くと光り出すフルディスクリートLEDイルミネーション」 を作ってみました。\n", "\n", "部品もCQ出版で購入できるので、地方に住む私でも簡単に実験ができました。\n", "\n", "\n", "\n", "実際に動かしている動画が以下に公開しています。\n", "\n", "- https://www.facebook.com/hiroshi.takemoto.94/videos/877183202388707/?l=4810678554336115820\n", "\n", "### 回路\n", "全体の回路をトラ技2015/10の図２から引用します。\n", "\n", "\n", "\n", "### トランジスタの基礎\n", "トラ技2015/10の特集記事はとても良くできていて、回路の抵抗値がどのようにして 計算されたのか実験とLTSpiceを使ったシミュレーションで丁寧に説明しています。\n", "\n", "基本は、以下の３つです。\n", "\n", "- ベース・エミッタ間の電圧: $V_{BE}$ = 0.6 〜0.8 V（計算では0.6Vで計算しています）\n", "- トランジスタの電流増幅は: Ic = β Ib（通常β=100で計算します）\n", "- オームの法則: V = R I\n", "\n", "これまで、何の疑問もなく$V_{BE}$は0.6と覚えていましたが、 0.6V近辺で頭打ちになる性質を使って、電圧の計算がとても簡単にできることを再確認しました。\n", "\n", "トランジスタの$V_{BE}$を測る回路をトラ技の図7から引用します。\n", "\n", "\n", "\n", "この回路をブレッドボードに以下の様に組み立て、Arduinoのオシロスコープと Arduinoを使ったノコギリ波で試してみました。\n", "\n", "\n", "\n", "[08-オシロスコープ](https://nbviewer.jupyter.org/github/take-pwave/letsArduino/blob/master/08-Oscilloscope_with_Arduino.ipynb)\n", "を使ってみるで紹介したArduinoのオシロスコープで、 ノコギリ波とVBEを測ってみました。電圧は１メモリ1V、横軸の時間は１メモリ10m秒です。\n", "\n", "上段のノコギリ波は、2.5Vまで直線上に上昇していますが、 下段のVBEは、0.7V近辺で横ばいになっています。\n", "\n", "\n", "\n", "このようにArduinoオシロスコープを使うと簡単にトランジスタの実験が できます。" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "### マイク・アンプ回路\n", "マイク・アンプの回路を図2から抜粋します。\n", "\n", "\n", "\n", "マイクの回路（左の緑の矩形）は、データシートを元にされたと記事にありました。 *2\n", "\n", "右の矩形がアンプで、 電子工作/もう一度トランジスタでも紹介したエミッタフォロワーの増幅回路です。\n", "\n", "これをブレッドボードで実装しました。\n", "\n", "\n", "\n", "Arduinoのオシロスコープで手を叩いたときのA点とB点の波形を取り込んでみました。\n", "\n", "上がA点で1メモリが0.5V、下がB点で1メモリが2.0Vで、 時間軸は1メモリ10m秒で表示しています。\n", "\n", "\n", "\n", "CQ出版からダウンロードしたファイルに付属していた、LTSpiceのモデルを使ってアンプの増幅を計算してみました。\n", "\n", "以下の回路で、シミュレーションを実施しました。\n", "\n", "\n", "\n", "VinとVoutは、以下の様に計算され、Arduinoのオシロスコープで測定されたのと同様の増幅がみられました。\n", "\n", "" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 双安定マルチバイブレータ\n", "双安定マルチバイブレータにスイッチ付けた回路をブレッドボードに組みました。\n", "\n", "\n", "\n", "Arduinoのオシロスコープで黒と赤のスイッチで反転している様子が確認できました。 *3\n", "\n", "これは、デジタルのフリップフロップ回路と同じ動作をしています。\n", "\n", "\n", "\n", "これを以下のLTspiceのモデル*4で シミュレーションしてみました。\n", "\n", "\n", "\n", "Arduinoオシロスコープの測定範囲が0.0〜5.0Vのため、以下の様なマイナスのひげは みることができませんでした。\n", "\n", "" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "## 無安定マルチバイブレータ †\n", "最後に、無安定マルチバイブレータの出力波形（OUT1, OUT2）をArduinoオシロスコープでみてみます。\n", "\n", "一方が0Vになった瞬間からコンデンサーに電荷が蓄えられる様子が確認できます。\n", "\n", "\n", "\n", "### LTspiceのシミュレーション\n", "LTspiceで以下の無安定マルチバイブレータ回路をシミュレーションします。\n", "\n", "\n", "\n", "シミュレーションの出力は以下の様になります。\n", "\n", "\n", "\n", "Arduinoオシロスコープの出力は、以下の様になっています。\n", "\n", "Arduinoオシロスコープの測定範囲が0.0〜5.0Vのため、０Vからの出力になっていますが、\n", "\n", "同様の波形が見られます。\n", "\n", "\n", "\n", "とても簡単に作れるArduinoオシロスコープでも、トランジスタの実験には 十分使えることが分かりました。" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": null, "metadata": { "collapsed": true }, "outputs": [], "source": [] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 2", "language": "python", "name": "python2" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 2 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": "ipython2", "version": "2.7.13" } }, "nbformat": 4, "nbformat_minor": 0 }