株式会社e-skett 電子回路設計 コンサルティング

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回路入門

(7)パスコン(バイパスコンデンサ)

アナログ回路になじみの無い、デジタル系の人たちも”パスコン”という言葉を聞いたことはあると思います。
今回は、そのパスコンの役割や動作を解説したいと思います。

電子回路の載ったプリント基板を見ると、大抵電源ラインとGNDの間にコンデンサがついています。
これは電源ラインの電圧変動を小さくして、誤動作や信号へのノイズ混入などを防ぐためです。
電源が理想電源であれば、どんなに負荷電流が流れても電源電圧は変動しませんが、実際の電源やプリント基板には抵抗や、インダクタ成分があるため、電圧変動が発生してしまいます。
今回もLTspiceでシミュレーションして確認してみます。
新しい回路図(schematic)を用意し、symbol2をクリックしてcurrentを選択し、下図のように配線します。
passcon
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(6)インダクタ(コイル)

今回はインダクタ(コイル)について説明します。
抵抗やコンデンサにくらべ、素子としては使われる機会の少ない素子ですが、その性質を理解しておくのは非常に重要です。

(5) コンデンサと時定数 では 電圧、電流、抵抗、コンデンサについて次のように書きました。

  • 電圧:電気の圧力、電流を流そうとする力で、よく水道の水圧にたとえられます。単位はV(ボルト)
  • 電流:電気の流れる量、水の流れをイメージするとわかりやすいかもしれません。単位はA(アンペア)
  • 抵抗:文字通り、電流の流れを妨げようと抵抗するものです。水道にたとえると、太いパイプは水が流れやすく細いパイプは水が流れにくい、ということです。単位はΩ(オーム)
  • コンデンサ:電気(電荷)を蓄えることのできる素子です。直流電圧を加えても電流は流れませんが、交流電圧を加えた場合は、電流が流れます。この電気を蓄える能力の単位はF(ファラッド)です。

コンデンサに習ってインダクタ(コイル)を定義すると

  • インダクタ:電流を蓄えることのできる素子です。直流電圧に対しては抵抗を持ちませんが、交流電圧に対しては抵抗を示し、周波数が高いほど電流が流れにくくなります。単位はH(ヘンリー)です。

(3) 抵抗と電流でも書いたように、上に書いた定義はかなりデフォルメしてあり、技術的に厳密な定義とは異なっています。
ある程度電子回路に慣れてきたら、ウィキペディア等で別の定義を確認してみてください。
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(5) コンデンサと時定数

今回はコンデンサに関する話題です。
(3) 抵抗と電流 では 電圧、電流、抵抗について次のように書きました。

  • 電圧:電気の圧力、電流を流そうとする力で、よく水道の水圧にたとえられます。単位はV(ボルト)
  • 電流:電気の流れる量、水の流れをイメージするとわかりやすいかもしれません。単位はA(アンペア)
  • 抵抗:文字通り、電流の流れを妨げようと抵抗するものです。水道にたとえると、太いパイプは水が流れやすく細いパイプは水が流れにくい、ということです。単位はΩ(オーム)

この要領でコンデンサについて追記すると、

  • コンデンサ:電気(電荷)を蓄えることのできる素子です。直流電圧を加えても電流は流れませんが、交流電圧を加えた場合は、電流が流れます。この電気を蓄える能力の単位はF(ファラッド)です。

ということになります。
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番外編:e-scope 3-in-1活用法4(100均アンプの測定)

e-scope 3-in-1活用法の第4弾です。

今回は100均アンプ(100円ショップ、セリアのボリュームアンプ)を測定してみます。
秋葉原で部品を集めて買ったら、何倍かの値段になりそうな物なので、いろいろ改造して楽しんでいらっしゃる方も多いようです。
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番外編:e-scope 3-in-1活用法3(1Trアンプの測定)

e-scope 3-in-1活用法、その3です。

今回はe-scope 3-in-1をアンプのゲインや歪の測定に使用する方法を紹介します。
今回測定した回路は下図のようにトランジスタを1個だけ使用したアンプです。
回路動作に関する解説やシミュレーション結果等は別途日をあらためて行う予定ですが、今回は測定結果のみ紹介します。
1Tr_amp1
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番外編:e-scope 3-in-1活用法2(f特と波形観察)

e-scope 3-in-1活用法その2です。
ここでは前回製作したケーブルを使用し、簡単な回路の特性をe-scopeで測定し、シミュレーション結果と比較してみます。

*ハイカットフィルター

図は抵抗一本とコンデンサ1個で構成したハイカットフィルター(ローパスフィルター)です。

このフィルターは設定周波数よりも高い周波数の信号を減衰させるものです。
この設定周波数のことをカットオフ周波数とよび、詳細は省略しますが、振幅がもとの信号の約70%になる周波数として定義されています。
カットオフ周波数 fc=1/(2*π*R*c) となります。
ここでは抵抗1K、コンデンサ0.47uFなので、fc= 339Hzとなります。
HCFilterCir
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番外編:e-scope 3-in-1活用法(ケーブル製作)

 

回路入門記事は半年以上更新していませんでしたが、今回は番外編としてiPhone用のアプリ、e-scope 3-in-1(Appストアにて販売中)の活用方法に関する記事です。
e-scope 3-in-1はオシロスコープ、FFTアナライザ、信号発生器の3つ機能を持ったアプリです。

iPhone内蔵マイクだけでもいろいろなことができますが、iPhoneに外部信号を入力できるようにすると、さらに活用範囲が広がるので、今回はまず、iPhoneに外部入力できるようにするケーブルを製作します。

*ケーブル製作

iPhoneのヘッドホン端子は下図のように4極になっており、一番下の端子がMic入力兼マイクユニット電源になっています。
e-scope_cir1
外部入力用にケーブルを用意する必要がありますが、今回は入手のしやすさから100円ショップCanDoで販売しているビデオケーブルを流用することにします。
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(4) 抵抗分圧

今回は抵抗分圧です。
まず、前回の回路図を開いてください。この回路図に抵抗を1本追加します。LTspice回路図ウインドウをアクティブにした状態で、Ctrl+Cを押します(F6キーでも可)。するとコピーモードになるので、抵抗R1をクリックします。
縦長の抵抗が出現するので、Ctrl+Rを押して、90度回転させます。その抵抗を下図のように、上側で横に走っている配線ラインに重ねて置きます。
抵抗を置いたあとはコピーモードを抜けるために、マウスの右ボタンをクリックします。この時、抵抗と重なっていた配線ラインは消えます。

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(3) 抵抗と電流

いよいよ、回路図入力をしていきます。
今回使用する部品は電圧源(電池)と抵抗器だけです。念のため電圧、電流、抵抗とは何かを(厳密な定義とは異なりますが)簡単に書くと、

  • 電圧:電気の圧力、電流を流そうとする力で、よく水道の水圧にたとえられます。単位はV(ボルト)
  • 電流:電気の流れる量、水の流れをイメージするとわかりやすいかもしれません。単位はA(アンペア)
  • 抵抗:文字通り、電流の流れを妨げようと抵抗するものです。水道にたとえると、太いパイプは水が流れやすく細いパイプは水が流れにくい、ということです。単位はΩ(オーム)

現在LTspiceの画面は下図のようになっていると思います。

ここでまず、電圧源を置きます。ロジック素子のアイコン(component)をクリックして現れたウインドウの中から、voltageを選択します。
すると電圧源のシンボルが現れるので適当な場所でマウスを左クリックしてシンボルを置きます。連続して電圧源を置ける状態になっていますが、今回使うのは1個だけなので、Escキーを押して、このモードを終了します。
次に抵抗を置きます。今と同様のやり方でres(Resistance)を選択してもよいのですが、抵抗の場合はもっと便利なやりかたがあります。単純にキーボードのRキーをたたくだけです。
後ほど説明しますが、LTspiceには便利なショートカットキーがたくさん定義されています。
次に、GキーをたたいてGNDのシンボルも置いてください。このGNDのシンボルは、各回路図に必ず1個は置くことになっています。

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(2) LTspiceのインストール その2

前回、LTspiceのインストールから起動までを解説しました。
起動すると下図のようなLTspiceのウインドウが表示されていると思います。
LTspice1

ここで新しい回路図を作るために、画面左上の[File]メニューから[New Schematic]を実行します。
([File]メニュー左下の赤いリニアテクノロジー社の赤いロゴアイコンをクリックしてもOK)
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