零電完全理解(04) 3端子レギュレータ

(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)



これらの記事はあくまで剣菱P氏による動画を見てのメモ書きです。
ヒマをみつけたら、改めて項目別にまとめ直そうかとも思いますが、
しばらくこの方式で零電を追いかけてみようと思います。



零からの電子工作 第4回 三端子レギュレータ(前後編)
http://www.nicovideo.jp/watch/sm12680422



1)交流の話。周波数とは?

4_0.jpg
直流は、時間が経っても電圧の値が変化しないもの。
交流は、時間と共に電圧が変化するもの。


4_1.jpg
1秒間に波が往復1回で、周波数 1 Hz(ヘルツ)。
1秒間に波が往復2回で、周波数 2 Hz(ヘルツ)。



2)コンデンサーは交流を流すが、何ヘルツでも流れるのか?
3)インピーダンスとは?


インピーダンスも抵抗の一種だが、
「周波数に対して」の抵抗。



4)抵抗とコンデンサのインビーダンス

4_2.jpg
いわゆる抵抗(レジスタンス)は、
インピーダンス(Z)は周波数(f)が変化しても一定を保つ。

コンデンサの場合、
周波数(f)が大きくなるにつれ、
インピーダンス(Z)は小さくなる。



5)コンデンサのインピーダンスを式で表すと?

4_3.jpg

Z= 1 / 2π f c

つまり、周波数fが大きくなるほど、Zは0に近づく。
周波数が小さくなるほど、Zは大きくなる。
周波数が大きい=直流とすると、Zが大きくなり、電流は流さない。といえる。

しかし、これは理論上の話。



6)実際のコンデンサのインピーダンスの振る舞いは?

4_4.jpg
ある一定の値以上の周波数で、抵抗は大きくなってしまう。
原因は「コイル」が関係しているが説明は後日。



7)コンデンサの容量が小さいとどうなるか?

4_5.jpg

式で見たときのCが小さくなるので、インピーダンスは大きくなる。
たとえば、100μFに比べ、1μFの方が、インピーダンスが大きく、
高い周波数まで対応できる。
0.1μでは、数字だけ見るとインピーダンスが高いということになるが、
周波数特性が高く、より高い周波数での低インピーダンスに対応できる。

結論として、
容量の大きいコンデンサは、低周波向き、
容量の小さいコンデンサは、高周波向き。
となる。



8)電源を作る。

電子工作で一番みかけるボルトは、5V。
なので、5Vを作る。



9)可変抵抗で5Vを作る。

可変抵抗の比を、1kΩと5kΩに設定すると、
5kΩの側の電圧が5Vになる。
4_6.jpg

(計算)
電源が6V、合成した抵抗が1kΩ+5kΩで6kΩ。
電流はI=V/Rなので、1mA。
回路に等しく1mA流れるので、
5kΩの電圧は、V=IR=1mA×5kΩ=5V

これで5V電源の回路が完成。
この回路全体で、ひとつの「5V電源ユニット」と見なすことが重要。


10)この電源に1mAを流すにはどうするか?

4_7.jpg
抵抗値は、R=V/I=5/1mA=5kΩ

と計算できそうだが、この新しく設置した抵抗が電源回路全体に影響を及ぼしてしまう。



11)並列の抵抗を合成するには?

4_8.jpg
1/R=1/R1+1/R2=(R1+R2)/R1*R2
R=R1*R2/(R1+R2) = 25 / 10 = 2.5kΩ



12)分圧式

結局、5kΩの抵抗をつないで1mAを流そうとすると、
分圧式 Vout = Vin * R2 /(R1+R2)
http://ja.wikipedia.org/wiki/分圧回路
より、
6V*2.5/(1+2.5)=4.3V となってしまう。


13) 実験1:上記の確認実験。

4_9.jpg



14)抵抗などの付加をつけても5Vを維持できる電源をつくるには?

4_10.jpg
「3端子レギュレーター」を使う。
ここでは7805Aという型番。



13)3端子レギュレーターのデータシート


4_11.jpg
外形の欄、1.2.3.の番号を確認。
等価回路図は、このパーツの中にある回路図。


4_12.jpg
定格を確認。
最大入力電圧:35V
放熱板をつけることにより、最大1.5Aまで流せる。



14)3端子レギュレーターの使い方

4_13.jpg
図のように配線すると、OUTとGNDの間に5Vの電気が流れる。
ちなみにGNDは回路の基準点。簡単に言うと電池のマイナスに繋ぐ。
ただし、INとGNDの間にコンデンサを入れる。



15)なぜコンデンサを入れるか?

4_14.jpg
直流にノイズが入り、電気が交流のように振る舞うことになる。
機械が誤動作を起こすので、ノイズを抑える必要がある。
コンデンサは交流成分を流し、直流成分は流さないので、結果、ノイズを除去できる。


16)なぜコンデンサを2つ入れるか?

インピーダンス特性に応じて、高周波・低周波両方に対応できるようにするため。
4_15.jpg



17)具体的なコンデンサーの容量は?

電解コンデンサ:
電源が6Vなので、少なくとも倍の電圧に耐えられるもの。今回は16V。
静電容量は数10~100μFあればよいので、47μF。

積層セラミックコンデンサ:
容量0.1μF、耐圧50V

コンデンサのこのような使い方を「バイパスコンデンサ」(パスコン)と呼ぶ。



18)容量の大きなコンデンサを使えば効率的なのでは?

4_16.jpg
静電容量が大きくなるとコンデンサ自体も大きくなってしまう。



19)アウトにも同様にコンデンサをつける。


4_17.jpg
こちらもパスコンと同じ意味があるが、もう一つ重要な意味を持つ。



20)バックアップコンデンサ


4_18.jpg
OUTから使う電力が増えたとき、レギュレーターからの供給が足りなくなり電圧不足になることがある。
このとき、バックアップコンデンサから一時的に電力を供給できる。
バックアップコンデンサの容量も、17)と同様でよい。



21)実験:電源電圧を変えたり、抵抗をつけるとどうなるか。

4_19.jpg
電源を6V→9Vに変えても出力は5V。
出力側に抵抗を挟んでも、5Vのまま。



21)パイロットランプ

実際にこの回路を電源として使う場合には、電源の動作確認用に抵抗とLED(1mA程度流す)をつけて使う。(=パイロットランプ)
4_20.jpg
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Author:二名川(ニナガワ)
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汎用ヒト型決戦遊具 ~RX計画~
RX-7.5 ゼロタンク
RRf-0.6 ゼニィ
RXM-7.9 ゼムネス
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以下続く

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