カテゴリー: 自作

Arduinoを使った計測実験その2

バイポーラトランジスタのhFEを計測するためには,A/D,D/Aの他に,記録用のメディアが必要になります.
一番簡単なのはSDカードです.SDカードのインタフェースは,SPIと同じ構造なので,物理的なコネクタさえ用意出来れば,あとは,SPIと同じ様に接続するだけで大丈夫です.この際に,Arduinoを5Vで使っている場合は,SDカードは3.3V系なので変換が必要になりますが,秋月で売っているマイクロSDカードインタフェースは,レベル変換のチップも実装済なので,難しいことを考えずに用いることができます.

A/D, D/A, LCD, SDカードを実装

また,バイポーラトランジスタの様々な部分の電圧を計測するにはGNDが共通では都合が悪いのですが,以下のA/Dコンバータは,電圧計測入力が差動に出来るため,少しだけこの問題が緩和されます(絶対電圧の範囲は,Vdd-Vssに限られますが).コレクタ電圧をArduino電圧よりも高くする場合は使えませんが,ベース電流をベース抵抗の両端電圧から直接計測するには好都合です.

16bit A/D

エフェクター実験箱

ボール盤が来て,穴開けも怖くなくなったので,エフェクターを効率的に実験するための装置を作ってみました.

エフェクター実験箱

電源や標準プラグ,適当なポット(ボリュームのこと,英語ではポテンショメータなのでポット)をいくつか備え,内部には小型のブレッドボードを二枚セットしました.今,仮組してあるのは基本的なファズのエフェクター回路です.
これで,効率良く実験が出来ます.

小型卓上ボール盤?

小型卓上ボール盤

巷では「小型卓上ボール盤」と分類されていますが,20kgを軽く超え,家庭用工作機械としては大物(笑)です.

最近,エフェクターのケースや真空管アンプ等に大きな穴開けをすることが多いです.電子工作向けのHOZANの小型ボール盤では,3mm,頑張って6mmの穴開けが精一杯です.一方エフェクタでは,標準プラグのジャックやDPDT,3PDT等のフットスイッチのために直径が12mm超の穴開けを要求されます.今までは,6mmの穴を開けた後でリーマーでグリグリと拡げていましたが,足で踏みつけるエフェクターケースはアルミとはいえ2mm近い厚さのケースであり,穴開け,グリグリの作業だけで半日を費やすことが多く,時間とリーマーの刃を無駄にしている気がして,導入に至りました.
新品では,超ブランドな日立工機は20万円とかの価格なので手が出ません.台湾製や中国製のものは品質面で問題を起こす場合も多い様子なので,国産の中古をオークションで入手しました.東芝のボール盤でチャックは13mmまで可能,モーターは誘導モーターで350Wくらいのものが付いています.

オークションなので状態が気になりましたが,錆びが浮いていることを除くと特に問題は無さそうです(一度電源を入れて確認).流石に20kg超は重く,移動に難儀しましたが,まずは屋外で時間をかけてピカールで錆落とし,WD40も大活躍.チャックハンドルが付いていなかったので,サイズを測り,この業界ではブランドのユキワのチャックハンドルを発注.到着までの間はメンテです.

本物の鉄というとおかしな話ですが,日頃アルミやステンレス,真鍮に触れることの方が多いので,工作機械の硬くて錆易い鉄に触れたのは久々です.磨いてWD40を吹いておいても数日で赤錆が浮いてくるので,きちんとした防錆剤で後日手入れをすることにしました.

誘導モーターは突入電流が多いので,スイッチを入れた瞬間,家の照明が一瞬ちらつくのはご愛敬.長時間稼働しても安定して動いそうな安心感があります.
これで,穴開けに半日費やすこともなくなりそうですね.

Arduinoを使った計測器実験の準備

Arduinoは,簡単な実験装置を作るのに適しています.
ディスクリートのトランジスタのhFEを測定するのに簡単な冶具を作ってテスタで電流を計測してノートにプロットすることがありますが,それが自動化できたら便利です.新しいトランジスタよりもむしろ,旧いトランジスタで,無線機のファイナルに使うようなパワーアンプ系では,hFEがそれほど大きくなく,また,ある程度ベース電流を流した状態での計測を必要とされる等条件が面倒なので,そこまで含めた自動化が望ましいです.ベース電流は10mAくらいまで流したい,コレクタ電圧もできれば15Vくらいまで試したい.

その前実験として,arduino + A/Dコンバータ + D/Aコンバータ + LCDという構成で動かすことにトライしました.arduinoもどきとして,aitendoの「あちゃんでいいの」を用います.「あちゃんでいいの」にはいくつかのロットがあり,初期のものは,ブレッドボードに差さらない(ピンのピッチが100milの整数倍になっていない)という不具合があります.うちにも一枚だけそのロットのものがありました.
A/DコンバータやD/Aコンバータは秋月で入手した16bit,12bitのものを用います.arduinoは端子数が少ないので,I2CやSPIを活用します.キャラクタLCDとD/AコンバータはI2Cなので,芋づる式に接続します.LCDはジャンパカットしないとI2Cのプルアップ抵抗がついているとのことで,それを活用.A/DコンバータはなぜかSPIです.SPIは,I2Cの様にアドレッシングして通信する様な機能を持っていないので,デバイス毎に個別にCS (Chip Select)端子を用意する必要があり,端子が少ない時には今一つなのですが,仕様なので仕方ありません.液晶へのキャラクタ表示,D/Aからの出力をA/Dへ突っ込んで読み込む等の一通りの動作を試したのが,以下の写真になります.

Arduino + LCD + A/D + D/A

細かくはまりましたが,出来てしまえば簡単.
むしろ,USB<->RS232C変換基板とarduinoの接続でRX/TXをクロスにしないといけないとか,30年前にトリップしたみたいなミスの方が時間がかかりました(笑)

整流管の代替用SSRを試してみた

真空管アンプの整流には,整流管を使う方法と半導体ダイオードを使う方法があります(細かいことを言うと,ダイオードは二極管のことも指す用語なので,正確には半導体とかシリコンとか付けた方が良いですが,最近はダイオードと言ったら半導体を指すことがほとんどですね.もっと細かいことを言うと,二極管,三極管というのは構造を指すだけなので,プリ管,パワー管,整流管という具合に役割で呼び分けることが多いです).
デバイスとしての整流管とダイオードの利点・欠点については色々知られていますが,どちらも欠点は少ないのでわかり易くするために敢えて各々の欠点だけをざっくりまとめでみます.

【整流管】

  • 発熱が大きい⇒寿命が短い(~一年と言う人も居るくらい)
  • 順方向電圧降下が大きい(これが上記発熱にも通じています)

【ダイオード】

  • 逆回復時間が長い(ファストリカバリダイオードの様に半導体中にキャリアトラップを設けて逆回復時間を短くすると,今度は順方向電圧降下が大きくなるというジレンマがあります.ショットキーバリアダイオードは,逆回復時間が短く,順方向電圧降下が小さいので理想的ですが,逆電流が大きい,逆電圧の耐圧が低いといった欠点があります⇒最近はSiCダイオードに期待が集まっています)
  • ギターアンプの場合,ピッキングニュアンスが表現しにくい,コンプレッサ的な役割をしない

特に,ダイオードの欠点の二点目についてですが,これは,整流管の内部抵抗が数十から数百Ωあることや,整流管が突入電流に弱いために整流管直後のキャパシタに20μF程度の小さいものしか付けられないことによる電源の弱さに起因すると考えられています.

いわゆる安定化電源の様に大きなキャパシタでどっしりとした電源構造すると,真空管アンプでも,トランジスタアンプ的な平坦なピッキングニュアンスになるそうです.その意味では,整流管向けの小さめなキャパシタのままで,整流管をダイオードに変更すれば,真空管アンプ的なピッキングニュアンスを実現できるかと思われます.

そこで,目にしたのが以下に紹介する,整流管とピンコンパチな半導体整流器です.

SOVTEK製で,全体は樹脂モールドされています. 放熱が気になりますが,真空管のB電源は電流が少ない(今回のアンプで最大75mA)ために,順方向電圧降下が低い半導体ダイオードにおいてはほとんど発熱がありません.

早速差し替えて試してみます.元の整流管5AR4の順方向電圧降下も17Vで,300V近辺のB電源にとっては小さめな電圧降下であるため,ダイオードに変更しても際立った差は見られませんでした.また発熱もほぼ無く,寿命も長そうなので,長時間練習の際はこのブリッジで代用するのが経済的かも知れません.

あるいは,しばらく5AR4で実験して,寿命が尽きたら5AR4を分解して端子部分だけ再利用してSiCダイオードブリッジを自作するのも面白いかな?

Fender Champ型真空管ギターアンプと整流管とエージングと

以前作成したFender Champ型真空管ギターアンプですが,時々鳴らして楽しんでいる程度でした.ある日,ボランティア活動先で指導員をされている方が真空管アンプにとても詳しい方で,その方から東芝の整流管5Y3を分けて頂きました.
元の設計では,5AR4という整流管を用いていますが,5AR4は傍熱管で立ち上がりは遅く,順方向の電圧降下が少なめです(-17V @ 225mA).一方,5Y3は直熱管で立ち上がりは早く,順方向の電圧降下は結構大きめです(-60V @ 125mA).
5AR4と5Y3は,ピン配置は互換性があるため,とりあえず差し替えてみます(パワー管等のプレート電圧が低くなる方向なので,大きな問題はありません).
早速ギターを接続して試してみます.軽く引く限りはあまり変化は見られません.しかし,強めにピッキングしたり,ゲインを上げたりしていくと,歪が早めに来ます.考えてみれば当たり前なのですが,パワー管(6V6GT)のプレート電圧が低くなって動作点が変わっているために,歪易くなっている様です.室内で小さめの音で歪ませるためには,順方向電圧降下の大きい整流管を使うというのもひとつの手かも知れません(若干変なアプローチですが).
なお,ダイオードと同様,順方向電圧降下が大きい部品は発熱も大きいので,その点は注意が必要です.

また,傍熱管と比較して直熱管である5Y3は,立ち上がりが早いのですが,それが傍熱管である12AX7や6V6GTへ悪影響を与えないのか?という点が気になるかも知れません.色々調べたのですが,ヒーターが温まらないうちに高いプレート電圧がかかることによる悪影響は特に問題無い様です.真空管型のギターアンプでは,先にヒーターだけ加熱するスタンバイスイッチとプレート電圧を加えるメインスイッチが分かれているものがありますが,これは,真空管へ与えるダメージという点では,意味が無いというのが正しい認識だそうです.
MARSHALLのアンプも,昔のデザインを踏襲してスイッチを二つに分けているものもありますが,新しいモデルでは一つのスイッチに集約されているものも散見されます.それらのアンプについて大丈夫か?というQAが海外サイトで出ていますが,きちんと技術的に解説されていますので,気になる方はそちらを参照されると良いでしょう.
確かに,普通のオーディオ用真空管アンプでは,スイッチが分かれているものは見かけられないですね.
また,ヒーターだけ赤熱して,プレート電圧をかけないという状態を長く続けるのは,真空管に悪影響を与えるという説明も見かけました.赤熱されて放出された熱電子が,プレート電圧が無いことによって真空管内を彷徨い,不必要にゲッターが失われる可能性を示唆されていました.

エージングについては,重要性をとても実感しています.普段はBlackstar FLY3で練習していて,たまに真空管アンプを使っていたのでなかなか気が付かなかったのですが,今回時間をかけて色々実験しているうちに,初期と比べて随分と良い音がする様に変わってきたことに気が付きました.最初は整流管の影響と思ったのですが,それとは別軸方向に音質が良く(ギターらしく)なっている気がします.

ということで,この実験の後は,なるべく真空管アンプの方を使うようにしています.夜間は自作アッテネータ+ヘッドフォンでも良いので.真空管アンプはなかなか奥が深く,楽しいですね.

Fulltone OCD風overdrive effctorを作ってみた

以前,KLON Centaur風エフェクタを作成した時と同じところから基板を入手して有名なFulltoneのOCD風のoverdrive effectorを作成してみました.

Fulltone OCD互換の基板

FETの2N7000,Geダイオード1N34,OPアンプTL082CPあたりが主要な半導体です.今回は,キャパシタにはWIMAを多用してみました.ハモンドの1590BSケースがおすすめとのことですが,あいにく桜屋電機店には1590B (BSよりも少し背が低い)しかなかったため,それで強行.3PDTのスイッチ,ポットが3個,1PDTのスイッチ,LED,DC電源コネクタ,標準サイズのモノラルプラグが2個,そして基板を押し込むのに難儀しました(高さは重要).

ハモンドのケースはアルミの板厚が2mmもあり,穴開けに苦労します.例えば,6.5mmのドリルは,注意しないとチャックがすべってしまうくらい抵抗があります.半田付けは3時間もあれば十分ですが,ケース加工には1~2日かかってしまうくらいです(大型のボール盤とケースを押さえる台があれば早いかと).

Fulltone OCD風エフェクター

早速試奏,思ったよりも良い音というか,よく聞くオーバードライブの音が容易に出てくるのがさすがです.ただ,3PDTスイッチでトゥルーパスにすると,甲高い発振音が聞こえます.もしやと思い,シールドをギターから抜いて試すと,更に大きな音で発振します.これは明らかに,オペアンプが発振している感じです(TL082CP一個だけですが).

プリント基板の製造元,仙台初心者ギターサークル「音色研究会」のサイト

http://guitar.plaisir-pc.com/2018/01/28/ocd/

を見ると,下の方にやはり発振の件が書かれており,対策としてC5の220pFを1000pFにするとおさまる,とあったので,とりあえず,220pFに並列に470pFを追加したところ,きれいに発振がおさまりました.入力がオープンでは無い場合も裏で発振が重なっていた様で,この改良により,エフェクターの出力音がよりきれいにもなりました(最初から気づかんかい!という話もありますが,歪系のエフェクターは判断が難しいw).

なかなか太くてカッコイイ音のオーバードライブなので,テレキャスやストラトにはぴったりですが,逆に,フルアコには全く馴染まないですね.

また,ギターピックアップからの出力レベルにかなりセンシティブに音質,歪具合が変化するので,ギター側のポットをいろいろと調整すると楽しいです.

桝形山無線倶楽部の技術部活動

年末が近付き,部長JL1NIE局の声掛けで,若干の雨模様の中,本拠地桝形山にて不定期技術部活動が行われました.今回の活動は,

  1. Radix社RD-S106のJG1GPY局への引き渡し(元々JL1NIE局が保有し,数年前に7M4EZB局へ譲られたモノ)とテスト
  2. 上記アンテナを用いたJG1GPY局による和文モールス通信
  3. JL1NIE局によるマルチバンドEFHWアンテナの調整

という内容でした.

Radixアンテナは,コンパクト(しっかりした作りのためあまり軽量ではないですが)でGPY局のSOTA/ポタリングのお供として活躍する予定です.

NIE局の新しいアンテナアナライザーを使い,RD-S106の7MHz用エレメントの調整もササっと終わり,GPY局の和文電信も滞りなく成功.

 続いて,NIE局謹製のトラップを用いたマルチバンド対応EFHWの調整を開始.新型のアンテナアナライザーはとても多機能で,マルチバンドアンテナのSWRが複数周波数でDIPというか低い値になっていることが一目でわかります.

EFHWは周囲の影響を受けやすいため調整に難航,周囲が暗くなる頃になんとなく収束?(その後,NIE局よりこの時の調整の問題点の報告がありました).

 雨模様の中,アンテナ調整の奥深さを実感し,技術部活動らしい充実した活動でした.

DCプラグの極性あれこれ

最近こそIEEE規格が出てきたりしていますが,DCプラグの世界は混沌としていますよね.
特に極性がバラバラです.最近の機器は,無線機に限らず,Arduinoみたいなマイコンボードでも外側がマイナス(GND)で,センターピンが+というのが主流になっていますが,少し前は逆が主流だった気がします.
古くは,子供の頃に買ってもらったスカイセンサー5800のACアダプタの極性がセンターGNDで外側が9Vでした(あの頃のACアダプタはトランス+整流,平滑のみだったので,ラジオをつながないと9Vよりも高い電圧になり,子供心に不思議でした,定格と違うじゃーん,という感じで).

あとは,八重洲の無線機FT-690mkIIもセンターがGNDですね.

最近色々作っているエレキギター関係の周辺機器,特にエフェクターの世界もセンターがGNDで事実上デファクトスタンダードになっている感じです.まあ,業界としてあれだけ広まってしまうと,今更変えられないでしょう.

同軸ケーブルのイメージだと,なんとなく外側がGNDにしたい気分になるのですが,なぜ,センターGNDなのでしょうね?ジャックには,プラグを差し込んだ時に接点が離れる構造になっている第三の端子があります.これは,ACアダプタを差し込むと内蔵バッテリーを切り離すための工夫です.それが,端子の外側で行われる動きなので,端子の外側を+と考えたかったのかも知れませんね.

もうひとつ地味な問題は,2.1mmと2.5mm問題があります.なんか差さってしまうんですよね.詳しく調べていないのですが,2.5mmのジャックはセンターピンが少し太いみたいで,2.1mmのプラグを2.5mmのジャックへ差すことは出来ないのですが,逆は,2.5mmのプラグを2.1mmのジャックへ差すことは出来るみたいで.
2.5mmは使わないようにしているのですが,時々サトー電気で間違えて2.5mmの方の部品を買ってきてしまい,部品箱で混在していることがあるので,注意しないと.
IEEEの規格は,物理的な大きさだけではなく電圧まで規定しているので,あれをそのまま守るのも面倒かな.

クリーンな?電源

以前,実験用の可変シリーズ電源を作りましたが,今回は,エフェクター用にシリーズ電源を作りました.
DC12V入力9V出力というのはよく市販されていますが,トランス好きなので,AC入力なものにします.アナログエフェクターは10[mA]とか20[mA]くらいしか消費しないので,秋月で豊澄のHT-1205(12[V], 500[mA])を660円で購入し,9[V], 500[mA]の三端子レギュレータ78M09と適当なキャパシタで組みました.この際,SoulfoodのACアダプタをみならい,三端子レギュレータのアース端子にシリコンダイオードを挟んで,約9.6[V]出力を目指しました.006Pが新品の時は,これくらいの電圧になるらしく,それくらいの値にしておくと,エフェクターが良い音がするという話もあります.

アルミケースを眺めると,2.1[mm]のDCジャックが6個並べそうです.ACケーブルはケースに穴を開け,ゴムのグロメットをはめたところから通し,ミニのガラス管ヒューズのケースとスイッチを経てトランスへ接続します.小型なので,特にACインレットは使いません.

小型のネオンランプが無かったので,今回はパイロットランプにLEDを使います.
高輝度ではない,安~いLEDにしたら僅かな電流でも光るみたいで,9.6[V]に対し,4.7[kΩ]の直列抵抗でも明るく光っています.

エフェクタ用なのでもちろん2.1mmジャックはセンターがGNDです.間違えて無線機を接続しないようにしないと.