ふるた技工所(てっこうしょ)

オーディオアンプの負電源側コンデンサが破裂するという事象を聞く。「一般的には」差動入力・電圧増幅段群への負電源回路で、電源供給回路のブリッジダイオード、レギュレータ IC、あるいはトランジスタの足が半田クラックで浮いて接触しなくなった状態になると起きるのだろうか？

「一般的には」と断ったのは、聞いた事例は別の故障が切っ掛けだった。詳しく書くと元ネタがバレてしまうので伏せておく。LTSpice で実験だ。


図をクリックで拡大 上のオーディオアンプ回路の PDF
この日記の回路図一式

Vee (V4, R42) をほぼ open 状態にしてシミュレーションしてみると、Vee が 10 秒程度で +25V ある Vcc の 72% 程の +18V まで上昇した。


図をクリックで拡大 上のオーディオアンプ回路波形の PDF

定電圧源部分(上の回路の R30, D2, Q20, R24, Q19, R14)で正電源(Vcc)から負電源(Vee)に電流が流れ、定電圧源がそれなりに動くので差動増幅段や、電圧振幅増幅段を動かす定電流にも電流が Vcc から Vee に流れる。負電源側に入っているコンデンサ(C14)に逆電圧が掛かって破裂に至るという過程だった。

聞いていたコンデンサが破裂する理由に腑に落ちないところがあった。シミュレーション結果から「電解コンデンサに逆電圧なら破裂する」と納得する。

事象を起こしたオーディオアンプをそのままコピーすることは出来ない。ごく平凡で冗長なアンプ回路を LTSpice でシミュレートできる様に作って試している。結果からすると、LTSpice に学習用に付いてくる汎用オペアンプ回路で十分確認できることだった。


図をクリックで拡大 上のオーディオアンプ回路の PDF

部品の定格は気にしていない。トランジスタは定格越えで使っている。全体的な構成は昭和の時代に有りそうな古い感じだ。冗長な部分の殆どはトランジスタの電力消費バランスを良くするために入れた。趣味と言える。


図をクリックで拡大 平凡・冗長なオーディオアンプ回路の動作波形 PDF

リモートワークで仕事を始めて、生活に余裕が持てるだろと思っていた。始めて見ると、頭の切り替えが出来ず、趣味、個人的探求の時間が持てない。日記もサボってしまった。

今はちょっとした仕事の変わり目だ。すこしだけ時間的余裕ができた。また 1 週間もすれば元の忙しさに戻るだろう。

デジット閉店セールに出ていた赤外線リモコン受信ユニット 1812012 (8X29) を買う。赤外線リモコン受信、超音波受信、標準電波(電波時計)受信、色々と使い道がありそうなのと、単にシールドケースとして使うとか、数で押す使い方も有りかと考えた。



仕様の情報は「CX20106A が使われている」くらいだけ。SONY の IC はデータシートなどの情報が乏しい事が多い。



色々と調べてみると GL3274 が互換性がある IC だと分る。定数まで互換性があるのだろうか。CX20106A で検索して見つかる回路と照らし合わせると定数の互換性もほぼ有りそうな感はある。

1812012 のシールドケースは容易に分解できる。底面とカバーの嵌合部分に小型のマイナスドライバーをねじ込み、広げて分解できる。可逆と言える嵌め込みだ。



端子部分をラジオペンチで摘まみ、カバーを引っ張っても分解する。少し緩めな嵌め込みなら上手くいくだろう。



分解したはずみで飛んで、顔や目などに当たらない様にしてほしい。



中心周波数が「不明」だ。回路を追ってみる。


PDF に出力した赤外線リモコン受信ユニット 1812012 回路図
1812012 回路図(bsch v3)とその他の回路の原図

fo 端子に繋がる抵抗 R2 は 240kΩ だった。GL3274 のデータシートから読める中心周波数 fo は 35kHz だった。良く有る 32kHz, 32.768kHz, 38kHz, 40kHz だと期待していた。

ジャンク品になったというか、使い道が他に無かったというか。個人の趣味なら定数を変えれば解決する。

受信ユニットの Vcc, GND 間端子直近に 22uF の電解コンデンサを付ける。高ゲインのアンプが入ったユニットなのでデカップリング・コンデンサは必須なはず。至近に付ける必要がある。このユニットが使いずらかった理由の一つかも。



テスト用の回路を構成する。テスト回路全体の電源電圧は約 5V とする。



LED 駆動回路は Timer IC 555 による on/off 変調信号発生、発振器出力 V2 と混合して赤外線 LED を駆動するトランジスタ Q1 で構成した。LED に直列する電流制限抵抗は 220Ω ～ 100kΩの間で色々と試す。中心周波数を調べる時には 100kΩ を使った。至近で点灯させるとこれでもノイズが入りながら受信する。



発振器 V2 は DDS を矩形波を出力にした機器を充当している。

1812012 受信ユニットの OUT 端子は open collector だ。受光有りで sink する。pullup も兼ねて出力視認用の LED を付ける。



受光判定は複雑な動きだ。背景光を補正するためか、中心周波数で変調した光とそうでない光の弁別をよくするためか、中心周波数で変調した強い光を受光し、それが止まった後、暫くは外乱光の影響を受けにくくなったり、意図的な送信していない時はパルス的な発光(送信)変化にも反応する。

中心周波数を確認する方法は、なるべく弱い発光で変調光を入れて、周囲光によるノイズが乗るか、乗らないかのギリギリの搬送周波数を探す方法にした。

※ 厳密には光の搬送波と LED を CX20106A の中心周波数付近で on/off する搬送波がある。ここでは中心周波数付近で on/off する搬送波を言うことにする。



36.0kHz で変調し、送信 LED に直列する抵抗 R4 を 100kΩ にした場合、至近に有る PC ディスプレイの LCD パネルの光に反応する。中心周波数からの変位が大きかったり、受信強度が弱いとノイズが入りやすい。

※ 部品番号はテスト回路ブロック毎に振り直している。分かりにくくて申し訳ない。

おおよそ、35.0kHz +- 0.5 ～ 1kHz の範囲でノイズが乗りにくくなり、CX20106A fo 端子に繋がる 240kΩ に対応する中心周波数に良く一致することが分かった。



実験中にフレームレート約 60Hz 表示しているディスプレイから 180Hz のノイズが入ってくるのは興味深い発見だった。180Hz のノイズを初めて見たときはテスト回路が発振？と考えていた。ディスプレイがたまたま電力管理で off になったときにノイズが消えたので状況を理解した。

変調した強い赤外線を当てると、中心周波数に関係なく反応する。30cm くらいの至近からリモコンから出た光を当てると反応する。「細かいことはいいんだょー」

tpd (伝搬遅延) を見てみる。搬送波を 35.0kHz にして、光入力開始から OUT 端子反応までおおよそ 125us、光入力終了から OUT 端子反応までおおよそ 184us だった。送信 LED の電流制限抵抗 R4 は 10kΩ、至近なので実用よりも明るい光を受光素子に入れていると考えられる。



スナップショットの画像に写るカーソルと波形が一致していないのは、10 秒程度見ている間に遅延時間は大きく変わっているためだ。おおよそ多くの頻度で見られる位置にカーソルを当てている。



送信データを符号化した変調パルスは 300us 程度が下限なのか。

抵抗 1 本で中心周波数を決める、よく考えられた回路が入っているのだろうな。

デジット閉店セールで 1 素子の LED も色々と買った。これらも試しに点灯している。前回の blog と同様、赤色系の明るさ比較に使っている LED は OSHR3131P を直列に繋いでいる。

DB-14-RD ブラケット付き LED だ。ブラケットが欲しかったので買った。LED は「暗いだろう」と思っていた。

LED の足は僅かに長さが違う。調べてみると短い方がアノード(+)だ。長い方がカソード(-)になる。



1mA で光らせてみる。画像を見たときに「え？写るの？」と思ったほどに暗い。



10mA で光らせてみる。ようやく視認できる程度だ。手で庇を作って視認する LED だ。




DB-14-RD のブラケットは突起部分を外からドリル刃で削れば取れる。φ 0.8mm ～ 1.5mm の基板穴開け用ドリル刃が使えるはずだ。1.5mm ドリル刃で削って取った。削らずに引き抜くのは無理そう。φ=3mm の LED が丁度良く入る。



緑・青系の LED を光らせてみる。比較用 LED は OSNG3133A だ。今時の基準で普通輝度の LED、2mA くらいの電流で十分に視認できる。



GL2EG6 は先端が尖った形状の LED だ。昭和の時代ラジカセやプリメインアンプのセレクターインジケーターとして使われた形状だと思う。黒塗装されたアルミパネルに小穴を開けてそこに LED を差し込んで使っていた。

1mA を流して点灯。デジカメの絞りが OSNG3133A の方に合ったせいで殆ど光ってないように見える。



10mA を流して点灯。これなら見える。発光面積が先端に集中しているのが視認性を不利にしているのかも。幅が狭いので複数 bit 表示には有利なはず...



明るさで当たりだったのは UB3814Xだ。

1mA で点灯した場合で十分に明るく比較用の OSNG3133A より明るい。乳白色の拡散タイプなので素子はもっと明るく発光しているはずだ。



10mA で点灯した場合は眩しい。直射日光下などの特殊条件でも十分に使える。



明るい LED から売り切れていくよなぁ...

デジット閉店セールで売られていた部品のうち LED (光り物) いくつか買っている。試しに光らせてみる。殆どの LED は今時の LED と比べて暗い。「年代物」だなぁ。

既に販売終了になった LED もある。なんだな、「買ったらこうだった...」的な感想を抱くかもしれない。

TLR363T 東芝の 7 セグメント LED だ。安心感というか、手頃な数量で手頃な値段だったので早めに売り切れになった。

TSST 新ロゴで Made in Japan なのは意外だった。



発光面のデザインは "This is the 7 segments LED." 7 セグメント LED の代表的デザインになっている。



明るさ比較のため、OSHR3131P と直列回路を構成して定電流源に繋ぎ光らせる。



1mA を流してみる。ダイナミック点灯だと暗くて見えないかもしれない。


10mA を流してみる。これでも昔は明るく感じていたはず。20mA 位でダイナミック点灯するとなると、マイコンの最大ドライブ電流とか気になることが多くなるな。


LTS2802AP-J LITEON の LED だ。レール(チューブ)の日付は 2000/11/9 とある。



タイランドからやって来た LED だ。チューブの日付刻印とと照らし合わせると、046 は 2000年 46 週製造と言うことだろう。



2000 年ごろは LED はかなり明るくなった時代だと記憶していた。

1mA を流してみる。やっぱり暗いなぁ。


10mA を流してみる。こちらも、容易に視認できるようにするためには 10mA を流す必要が有りそうだ。Vdd = 3.3V だと電流制限抵抗は 50 ～ 100 Ωになってしまうのか。


DA56-11HWA Kingbright の LED を見てみる。1995/2/22 製造だ。これ就職した年だよなぁ。



95-08 は製造年 - 製造週と見て間違いないだろう。チューブ詰め込みは少し後？



1mA で光らせてみる。画像に写っているのか... 殆ど見えない。


10mA で光らせてみる。ようやく見える感じだ。こんな暗かったっけ？ たしか、LED が明るくなってきたので、発光面を黒で塗装しないデザインが出てきた様な。


駆動回路に手間掛かってしまうのかなぁ。いっぱい買ったトランジスタも一緒に使うってことか。

デジット閉店セールで売られていた 高級 3 連 (AM) FM フロンドエンド TW-4194V 3Q (FAT-51UJ-41) の AM 側バリコンの容量を測定していて、何となく違和感を感じていた。分解して回路を調べる事にした。

2021.5.3 回路図訂正 IF 増幅トランジスタのベースバイアス回路に C15 を追加

TW-4194V 3Q (FAT-51UJ-41) PDF 回路図 TW-4194V 3Q (FAT-51UJ-41) bsch 3v 原図

分解してみると AM 側のバリコン端子の回路は ANT 側と、OSC 側で違っていた。AM 側にはコイルが入っていて共振周波数を下げる様になっていた。

添付された説明文書には「内部 1 ～ 3 段コイルと並列に入っているコンデンサを大きくし(7pF ～ 10pF) 局部発振コイルと並列に入っているコンデンサを大きくした上で ～」と書かれている。これも「どういう事なのだろうか？」と直ぐには理解できなかった。


2021.5.4 追記 基板や局部発振 AFC 混合ユニットに書かれた QQQ は恐らく中央無線 (リンク先は Parking Solutions 沿革 (吸収合併後の社名)) だと思われる

金属カバーを止めている半田を外す。熱出力が大きい半田ゴテを当てる必要が有る。自分が使ったのはボタン押しで 130W に上がるコテを使った。丁寧に半田を吸い取るか、ある程度少なくなったら、マイナスドライバーなどで広げて、半田ブリッジを離すことができる。



半田は有鉛半田と思われる。無鉛半田とコテなどの道具を使い分けている場合は要注意だ。

開けてみると、バリコンの軸が出ている側(画像左側)から、RF AMP, 中間周波数増幅, OSC/w AFC and Chopper? となっていた。中間周波数増幅部分と白いプラスチックケースに収まったユニット部分は回路を追うまで、機能が直ぐに分からず。



上から見て、AM 受信用バリコン端子の違和感に気づく、AM-ANT 側の端子に 小さなコイル(L6) が直列に入っていた。



RF AMP 部分から見ていく。3SK45 が使われていた。今ではほぼ絶滅してしまった Dual Gate N channel MOS FET だ。初めはが高周波増幅兼混合として機能していると考えていた。



回路を追ってみると G1 側をソース接地回路、G2 側をゲート接地回路として、カスコード接続回路を構成していた。これで純粋に高周波 1 段増幅をしていた。

頭のケース部分は 10nF のコンデンサで高周波的に接地されていた。今時なら、部品へのストレスを懸念し、避ける実装方法だろう。

Dual Gete FET が絶滅してしまったのは 3 端子 FET で内部がカスコード接続された 2SK192 など様な素子に置き換わってしまったのが原因だろう。部品点数で見るとメリットが無い。

下の画像の奥側に 2 本のコイルが林立している。左: L2, 右: L3 と部品番号が振られていた。L2, L3 は離れていても結合していると考えると回路が成立する様に思える。



L2, L3 の結合も含めて比喩的に言うならば全体的に「遠回りで間接的な回路だなぁ」と感じる。緩い結合でマッチングを達成したり、局部発振からアンテナ側へ回り込む漏れ電波を阻止している様に見える。

この部分は部品配置も特徴的で、円盤形セラミックコンデンサを壁の様に立てて、シールド板のようにして、遮蔽効果を狙っているのでは？と思える構造になっている。

中間周波数増幅は 2SC535 で行っていた。ケース形状は最終形状である TO-92 ではなく、平板形の旧形状だった。端子は黒く変色していた。端子変色が内部まで進行し、トランジスタが壊れているかもしれない。



2SC 3 桁半ばで fT=940MHz なのだから、結構技術開発が進んでいたのだなと感心する。

白いケースには PAT.P と金型による文字が浮き出ていた。内部は調べていない。端子の接続先などから、局部発振, AFC, 混合を行う回路が入っていると考えられる。混合は単に FMInOut 端子を On/Off するチョッパで構成しているのか、あるいは端子容量を変えて、共振周波数を振って非線形な変調をしているのか。

共振回路に 9pF または 10pF が並列されている。外すと航空無線帯にシフトするのだろうか？それともマッチングし直しの茨の道か待っているのか。

デジット閉店セールで売られていた高級 3 連 (AM) FM フロンドエンド TW-4194V 3Q を買ってみる。

2021.5.3 追記 内部回路調査をした日記へ



大きい。デジットの web ページにも物差しを添えて撮影した画像がある。これで正しく大きさは把握できるはず。実感を伝えるため、単 3 乾電池を並べてみた。

目的はバリコンを手に入れることだった。説明文書に惹かれる。「AM 側は実測 350pF のエアバリコン端子が 2 つ出ています。バーアンテナや局発コイルなどが必要になります。」... ん？ 350pF x 2 なのか、350pF x 1 + 局部発振用バリコン x 1 なのか？

買って調べてみることにした。のぞき穴から見ると、容量が大きいローターが 2 組み見える。両脇に小容量のローターが 1 つづつある。



この大容量部が 2 つ端子で出ているということ？ 今時エアバリコンが絶滅危惧種だと言うのに 2 連なのか。バリコンだけ取り出せば 4 連かな。

測ってみる。

VC #	Min (pF)	Max (pF)
1	15.4	341.4
2	14.0	344.6

#1(前側) 最小容量


#1(前側) 最大容量


#2(奥側) 最小容量


#2(奥側) 最大容量


バリコン可変式のウイーンブリッジ発振回路か、あるいは高一ラジオか。高一ラジオ、音良かったんだよなぁ。

赤外線で蚊を誘引して、空気清浄器で捕まえようという試みを続けている。フィルターに蚊やその残骸は見当たらない。捕まっていないと思われる。仕掛けを取り付けてから、蚊に刺されたことは 1 回あった。回数は減っている。



まさか、分子レベルまで蚊が粉砕されてしまった？そんな恐ろしい仕掛けは無いばす。

そう言えば、消費電力とか発熱を心配されていたような。宿題だったような。組み立てたときに、マルチメーターを当てて「まぁ平気かな」と、数値を取らずにそのままだった。



並列で 34Ωの抵抗の両端電圧は約 381mV (測定値は 380.8mV)、11mA 流れている。4.2mW 消費、発熱は何かを焼くほどにならない。この程度だと自分は指を触れて感知できない。

赤外線 LED の Vf が見込みで低くても 1.1V 位と考えていた。4 直列で、4.4V、電源を 5V としたので 0.6V 差の所で電流制限をする。おおよそ 10mA ～ 30mA 程度流すつもりだったので、大雑把な見込み通りだった。

蚊に何が起きているのだろう？

蚊を捕らえる仕掛けを作ってみる。赤外線 LED を空気清浄器の脇に取り付け、寄ってくる蚊を清浄器の吸気で吸い取ってしまおうという目論見。



コメントの Zerosquare さんのアドバイスや市販品で見られる通り、光誘引型の蚊取り器は紫外線 LED を使っている。昆虫の一般的性質に見られる紫外線に対して正の走行性があることを利用しているようだ。

なんだな、電灯を消した部屋で寝ていて顔の周りに近づいてくる蚊は何を検出しているのだろう？検索で調べてみる限り、赤外線と CO2 らしい。CO2 は無理だとして、赤外線は何とかなるのでは？と思う。

熱として感じる赤外線の波長と赤外線 LED の波長はかなり違うはず。うーん。



ブレットボードで赤外線 LED x 4 直列、電流制限抵抗 68Ω x 2 並列、電源 5V の回路を組む。回路図は省略。花粉症で半田付けはしんどいので仮組みだ。LED, 抵抗, ブレッドボードはジャンク品から寄せ集める。

秋月の赤外線投光基板作ったんだけど... どっか行っちゃったなぁ。

赤外線 LED はリモコン用途らしい。指向性が強く、ほぼ正面のみ光を出しているようだ。カメラと正対する LED だけ明るく光って見える。蚊を誘引する空間が狭いかな。



光子エネルギーが低い赤外線だから、目を焼く心配は多分少ないだろう。問題だったら、既に 40 年くらい実績がある赤外線リモコンが大問題になっているはずだ。

実験？寝ている間に蚊が寄ってくるかどうか... 失敗すると痒いんだよなぁ。

デジット(共立エレショップ)が閉店セールをしている。店舗移転が事情らしい。アナログなメーターは有っても良いかなと思い、ラジケーターを買う。



購入単位は 28 個入りの 1 箱だ。パッと見で気づく特徴はメーターの針が、右から左へ振れることだ。普通のメーターは左から右へ触れる。パネルのバックは非常に濃い橙だ。画像写りはほぼ赤だ。



メーターの配置は縦か、逆さの方が見慣れた方向になる。かなり経年しているのか、目盛板を固定している左右のポスト部分に塗布された接着剤は接着力を失い、崩れていた。容易にスケール板を剥がせる。

端子部分は黒くなっていた。酸化あるいは硫化していると思われる。半田付けを試みると、フラックスでは黒い皮膜を取ることができない。#2000 程度の耐水紙やすりで丁寧に磨くよりは、#1000 かそれより粗い紙やすりで磨いた方が半田が乗りやすいだろう。



目盛板を書き換えるつもりでスキャナで取り込む。クリックして得られる画像は 600dpi で実寸印刷できる画像だ。

横向きで取り込んだ目盛板


縦向きで取り込んだ目盛板


等間隔で 0 ～ 5 の数値が打たれている。端子電圧と針の振れを調べてみる。



Pointer position vs Input Voltage

Input Voltage [V]	Position
1.62E-01	5.0
1.04E-01	4.0
6.87E-02	3.0
4.52E-02	2.0
2.61E-02	1.0
0.00E+00	0.0

2 次曲線を近似する様な感じだろうか？(電圧 to 針位置は 2 次関数の逆関数) 見た目と違い VU メータの様に人間の知覚に近い振れ方を意図している様に見える。

意外と難しいメーター？

TDA2822 を矩形波発振器にしようと画策していた。TDA2822 はごくありふれた Stereo / BTL monaural オーディオアンプだ。互換チップは大抵 xx2822 の様な型番になっている。日本メーカーで有名な互換 IC は NJM2073 だと思う。


回路図一式 BschV3, LTSpice 検討回路

LM386 の様に変わった応用回路はデーターシートに乗っていない。ただひたすらオーディオアンプとして使う IC だ。

非反転、反転出力が得られる。非反転側で hysterisis comparator を構成して、反転側で CR 遅延回路(ほぼ三角波で帰還する回路)を構成してみた。

発振周波数は 40kHz ～ 100kHz 辺りを狙うので BTL 接続応用回路で示されているブリッジを構成するコンデンサの容量より 1 ～ 2 桁ほど小さい値を使う。

出力はほぼ電源電圧の 1/2 を中心に振幅する。入力側はコンデンサレスでおおよそ ± 数10mV ～ ±100mV を入力する様に設計されているので、帰還回路に DC cut するコンデンサを入れる。CR 遅延回路を少し弄って DC オフセットをキャンセルする抵抗を入れる。

いきなり TDA2822 で回路を構成する前に LTSpice で似たような回路をシミュレーションで試すことをしていた。



おおよそ、狙い通りの波形を出力していた。TDA2822 でこんなに綺麗に発振するかなぁ。



Source / Sink (あるいは push / pull と行った方が良いのかな) でほぼ 180 ℃位相が違う矩形波が得られる。Cockcroft–Walton 回路か、適当なトランスを駆動すれば電源電圧を昇圧・反転して正負電源を作りやすいはず。オーディオアンプなので出力もそれなり得られると期待できる。

部品箱に DC-DC コンバーターモジュールが有るじゃ無いかって... 変な回路を試したいんだ。
TDA2822 で発振させた波形観測