換気扇・時限タイマー

料理を作るときに利用している換気扇ですが、どうも電源の切り忘れが多発しだしてきて朝まで、ブンブン回っている時も　しばしばに。

そこで、ガラクタ箱を見渡して、何か良い方法は無いものか?　などとパーツを眺める事、数日、そうだ!!!!　時限タイマーを作ろう!!!!!

と、成った訳です。

注意すべき点は、やはり、交流AC100Vを直接制御する為に細心の設計としなければなりません。

そして、時限タイマーの時間は、約１０分間にてOFFになるようにしました。

大体が、その時間内で用が済むようなので、それに決めました。

また、それ以上、動作させたい場合も考えられる為に、チョコンっと、押すだけで動作開始するスイッチも設けてみました。

換気扇・時限タイマー回路

ごく単純な簡単な構造にしています。

USB +5V電源は、百均のモノです。

トライアック調光器は、秋月のキットを利用しています。

ソリッドステートリレー(SSR)は、手持ちのモノで、大容量で、勿体ない気もしますが、今使わなければ、何時使う???　という訳です。

簡単に自作したものは、555タイマーICを使ったタイマー回路のみです。

換気扇・時限タイマー・タイマー部回路

大体のタイマー時間を実際にバラック・テストしたところ、上記のような数値となりました。

通常の計算式とはならず、たぶん、コンデンサーの漏れが多いのが原因だと考えています。

回路的には、何ら難しいところもなく、標準的回路です。

追加動作をする、Trを一石利用したリセット部分が、ちょっと違うかもしれませんが、しっかり動作しています。

なんら複雑なところはありません。

換気扇・時限タイマー回路の様子

AC100Vを取り扱うので、組み立て時には十分それらに配慮したレイアウトとしなければ大変危険です。

極力、AC100Vラインを単純結線とし、そしてまた、それらのラインと回路との交わりを避けねばなりません。

換気扇・時限タイマー完成

このようにして出来上がった、換気扇・時限タイマー・ユニットが上記のようなモノです。

中々、便利に活用してくれています。

どうも、年を重ねると、モノ忘れが多発しだしてきたようで、この様な、ど忘れ防止ユニットが必要な気がしています。

換気扇のような、ただ回っているだけのシロモノなら、それほど気にする必要性も無いのかも知れませんが、ガス・コンロのような火を扱う機器には、注意しておく必要がありそうです。

ガス・コンロは、自動で消化するから、などと考えている人たちがいますが、絶対ではありません。

また、時間をみて、ガラクタ箱を覗きながら、何か作ってみようと思っています。

しかし、何かに使える、という事で以前から取り置きしていた、ガラクタたち、どうしようもありません。

RF プリアンプ用 バイアス・ティー

ラジオで受信する場合、外部アンテナを使いますが、季節によってはあと少しゲインが欲しい時があります。
そんな場合には、RF プリアンプをアンテナ側に入れて受信電波の増強を図るのですが、これがまた、厄介な代物なのです。

と言う訳で、そのRFプリアンプを用いる時に利用出来る、同軸ケーブルに電源供給を行うバイアス・ティーを作ってみました。
何事も個性がなければ興味も湧きませんので、少々、ひねくれた代物に仕上げてみました。

先ずは、今までのごく普通のタイプにて検証してみることにします。
この場合に用いるチョーク・コイルには、先日、実験して良好な結果が得られたトロイダル・コアを用いたチョーク・コイルとしました。
その性能を検証してみます。

トロイダル・コア使用のチョーク・コイルの特性

低周波から高周波まで、とりあえず合格ラインといったところでしょうか。
低周波領域に於いては、20KHzでも100Ω以上を示してくれました。
先ずは、良し良し。

今度は、このチョーク・コイルを用いて、バイアス・ティー回路を組んでみました。

ノーマルな単純バイアス・ティー回路

このタイプの回路構成のモノが、いわゆる、巷に氾濫している回路構成となります。

しかし、このタイプ、とても実用的バイアス・ティーではなく、ノイズに悩まされ続けてしまいます。
原因は、電源供給側から混入するであろうノイズの除去が不完全な為に引き起こされる要因です。

RF信号だけに特化したフィルターとしてのチョーク・コイルだけでは取り除くには無理があるのです。
ましてや、この回路の先には、高増幅のラジオのアンテナ端子へと接続されてしまいますので、たまったものではありません。

そこで、考えたのが、次のヘンテコ回路です。
電源側のノイズ成分をTr回路でもって、フィルターしてしまおうという訳です。

バイアス・ティー用 Tr式電源ノイズ・フィルター

この回路を用いることによって、電源からの音がとても静かになります。
毎度のことながら、常にAFアンプにて、スピーカーから出る音をテスターとしています。

Tr式電源ノイズ・フィルターの比較

どうでしょう???
単純に電源ケーブルを入力してしまうと、これだけのノイズまみれな迷信号も同時に供給してしまう事になってしまうのです。
Tr式電源フィルター通過後の波形には、ノイズらしき信号もほぼ、見られません。

バイアス・ティー用 Tr式電源ノイズ・フィルターの様子

この目で見てもノイズの乗っていないバイアス・ティー回路を用いて、RF プリアンプへと電源を供給していましたが、何と!!!!!!
トランジスターが昇天してしまっていました、、、、、、。
面倒な作業ですが、チェックをしてみたところ、これまた、単細胞な原因でした。

古い同軸ケーブルをもらい受け、それをだいぶ長い間、実験用のケーブルとして利用していたのですが、どうも、このケーブルの劣化??　が原因だという事が判明。
よくよく見てみると、どこかの部分で同軸がショートしてしまっているようでした。

想定外とは、この事か、、、、などと、嘆いてしまいました。

でも、風雨にさらされ続け、太陽の日差しにも負けじと頑張っていたのですから、無理も無い話ではあります。

そこで、この想定外な事態に直面したとしても、動作的安定度を上げなければなりませんね。
そこで、考えたのが、次の第二弾　同軸電源供給 電流制御式 バイアス・ティー回路です。

電流制御式 バイアス・ティー回路

手持ちにはRF関連のTrしかなく、勿体ない気もしましたが、どこで使う???
それは、今 でしょぅ!!!!!　という訳で、使ったまでのことです。
それなりの電流が流せれば、何でもOKです。

この回路の特徴は、たとえ同軸ケーブルがショートしたとしても、それ以前の回路にはダメージを与えることなく動作し続けられるところです。
その目安にと、LEDの取付位置を同軸側へと変更しました。
それにより、同軸側での電源異常が目でも確認出来るようになります。

電流制御式 バイアス・ティーの様子

小さな100均ボックスを用いていますので、TDKのノイズ・フィルターを外し、その代わりに大電流Trを載せ替えています。

ちなみに、この回路、たとえアンテナ側でショートしたとしても、しっかり保護してくれていますので、安心感は数倍高まりました。

このヘンテコ・タイプの RF プリアンプ用 バイアスティー 良いと思います!!!!!

一番気になるアンテナ以外からのノイズに悩まされずに済みますので、精神的にも良いようです。

今使っている、バイアス・ティーから変更するだけでも確実にその違いが判ると思います。
何よりも、電源ラインへの安全対策が第一だと考えています。

携帯ラジオのリチューム搭載法

一度でも例の東日本大震災などのような大きな災害を経験すると、常時使用可能なラジオの重要性が身に染みてきます。

そこで、単三乾電池で動作するラジオを元に、長持ちするリチューム充電電池へと進化させることにしました。

加工製作してだいぶ時間が経ちますが、有用な改造ではなかろうか?　と思い、その製作の過程を下記に示しておきます。
自分自身の失念に対する事をも考えています。

まず、元々の改造するラジオですが、とにかく低消費電力タイプが好ましいです。
手元にあった、AMラジオ２台を例に製作していきます。

乾電池２本分の長さに合わせる

まず、単三乾電池の太さと同程度の木製パイプ(Φ12mm)を長さを合わせて切断します。
その中央部分に、リチューム電池からの電源端子を取り付ける為のコア部分を切り分けます。

単三電池との比較

長さを揃えた木製パイプの両端パイプにアルミ箔を巻き、導電加工しておきます。
中央の木製パイプにはリチューム電池からの電源線を木ねじにてねじ込んでおきます。
この様にすると、元々のラジオには一切、内部改造を施さなくても電池の改修が出来ます。

ラジオにリチューム電池を繋いだところ

長さが同一なので、この改修作業だけで、乾電池からリチューム電池へと変更することが出来てしまいます。

リチューム電池ケースの取付の様子

リチューム電池の取付は、安価な専用電池ケースを用いて外部に、ホット・ボンドにて取付接着しています。

幅の薄い軽量な縦長ラジオだったので、少しでも手で触ると転がっていたものが、このリチューム電池のおかげで低重心となり、ケースが裏側押さえとして働いていて、とても安定感が増しました。

電池改修したラジオたち

出来上がったラジオには一切、手を加えていないので、最悪、元々の単三電池でも同じように動作させることが出来ます。

想定外から始まった、東日本の大震災被害。

この製作には、想定外を排除するべく思考した製作としました。

ちなみに、現在では、防水性の改修も行っているのですが、面倒なのでまたの機会にでも。

これで、大停電が起ころうとも約1か月間は連続使用可能なラジオになりました。
太陽光発電での充電、及び、模型用小型モーター利用の小型・風力発電機などでも充電が可能なようになっています。

Switching power supply noiseスイッチング電源のノイズ対策法

複数台になった受信機などの電源をひとまとめに出来ないかどうかを試みてみました。

複数台を同時に電源ONとすると、約4Aぐらいの電流容量が必要ということが電流計で計って判りましたので、その電流容量に合った電源としなければなりません。

ところが、手狭な棚の上には、もはや空きスペースなども限られ、大きな電源では物理的に無理だということで、今まで食わず嫌いであった、スイッチング電源に触手を伸ばしてみました。

いやはや、アナログ・トランス式電源 10A モノの重量たるや、10Kgは超えているのでは???　と、思えるほどに重たい、、、、。
かたや、スイッチング電源 4.5A モノで何と!!!!!  数百グラム!!!!!!
ポケットにも入ってしまうほど小型。

時代の潮流なのかな～っ、、、、、。

手持ちのスイッチング電源の電圧が15Vであったため、内部の改造をしました。
IC-R8600 及び IC-R8500 などの機器が、大体 13.8V であるためにそれに合わせて出力電圧を13.8Vになるような改造をしました。

初めの構想では、出力電圧を高くして、安定化回路でもって 13.8V を得ようと考えていましたが、どうしても回路的にシリーズに素子を投入しようとすれば、それらの熱処理問題が新たに浮上してきますので、あ～でもない、こ～でもない、などと迷走していました。
これはこれで、楽しい悩みなのですが、熱処理という厄介な副産物の処理を効率よくする為の物理的パーツの手持ちが無かった為に、断念しました。
SW スイッチング電源単体から希望する電圧を直接的に取り出して活用することにしました。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造17.8V編

回路の改造はとても簡単に出来てしまいますが、極端な電圧変更は避けた方が良いでしょう。
元々の定格電圧が 15V であったものが、改造により 17.85V になりました。

この位の電圧であれば、出力側に安定化回路を付加したとしても十分お釣りがきますね。

SWスイッチング電源の電圧改造ポイント部分

改造の原理的には、オペアンプ側の差動入力側に接続されている、出力電圧検出部の分圧抵抗器の比率を変えてやれば電圧の改造が可能です。
ただし、極端な電圧変更には対応できるSW電源に限りがありますので注意です。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造13.8V編

上記写真の改造は、電圧を 13.8V とした改造ポイントです。

用は、出力電圧分岐比率の変更と言う訳です。

この程度の出力電圧変更の改造では、オリジナルなSWスイッチング電源と同様に安心して使用可能ですね。

しかし、ここで大問題。

受信機の電源として使用しようとすれば、やはり、ノイズの問題が頭から離れません。
SWスイッチング電源とは、そもそも、パルス状の制御ですから、出力側からノイズが出てこないと考える方がおかしな話になりますね。

そこで、考えたあげくに夢に出てきた方法を夜な夜な実験してみました。
その中で最も効果が見込めそうなノイズ除去回路を出力側に挿入することにしました。

巷では、電源平滑回路には大容量コンデンサーが一番効果的だと信じて疑わないと思いますが、こと、SWスイッチング電源での大容量コンデンサーは、あまり効果が期待出来ない部類の方法なのです。

SWスイッチング電源　出力側のスパークノイズ

写真でも判るように、ノイズというよりも、もはや、雷電的突発パルスですね。
この鋭いパルス・ノイズを大容量のコンデンサーで消そうとしても、中々消えてくれません。
理由は、コンデンサーの蓄積飽和電荷量に起因するもので、鋭いパルスは、コンデンサーの表面を滑るように抜けて出力されてしまいます。
また、スイッチング電源の出力側へ大容量コンデンサを入れるということは、スイッチング電源の動作にも悪影響が出かねませんので極力、必要最小限のコンデンサで済ませたいところです。

SWスイッチング電源　無改造出力ノイズ・スペクトル

スペアナでもって、SWスイッチング電源の出力を見てみました。
これほどまでの広帯域パルス性ノイズ発生器ということが理解できるでしょう。

SWスイッチング電源　パルス性ノイズ除去フィルター回路

SW電源ですので、出力側には大容量コンデンサは極力避けています。
このSWスイッチング電源　パルス性ノイズ除去フィルター回路の要は、
フィルターのど真ん中にある、バルス周期リジェクション回路です。
ちょっとしたアイディアです。

電源なれど、スイッチング動作という高周波。
それならば、慣れ浸しんだ高周波フィルターの出番だ～っ、、、、と、言う訳です。
VRA方式とでもしましょうか???

パルス性ノイズ・リジェクトの様子

どうですか????
見事に制御パルス周期近辺をノッチ、リジェクトしているでしょう!!!!!!

SWスイッチング電源の種類によって、この周期は変わりますので一概ではありませんが、その周期に合わせたフィルター回路を計算すれば、同様な特性になります。

SWスイッチング電源　パルス性ノイズの様子

元々のSW電源オリジナル出力波形です。

SWスイッチング電源　パルス性ノイズ除去フィルター回路

手持ちに合ったトロイダルを利用したコイルにてパルス・フィルターを構築。
大きなコンデンサーなどを用いなくとも十分すぎるほどのフィルター効果がえられました。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性

見事にSWスイッチング電源特有の、鋭いパルス性ノイズが除去されている様子が見て判ると思います。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性1

出力側 小コンデンサを外した状態での波形スペクトルです。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性2

出力側 小コンデンサを外した状態での低周波領域のアップです。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性3

出力側 小コンデンサを付けた状態のスペクトルです。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性4

低周波利用域を拡大してみました。

パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性5

低周波利用域を拡大したスペクトルです。

どうでしょう ?????

電源の音も、フィルター無しだと、ザーッ、ゴニョゴニョ、、、などと込み合った音がしていましたが、このパルス性リジェクション・フィルターを付加することによって、その電源の音が落ち着いた雑音にまで減少させることが出来ました。

これで、思う存分、数ある受信機へと電源供給出来そうです。
これなども気分的な部分が、その殆どなのですが、やはり、ノイズは有るよりは無い方が気分が良いですね～っ。

ちなみに、IC-R8600 のオプションとして販売されているACアダプターなるものは、なんと!!!!!

SWスイッチング電源をモロに利用しています。
それも、15V  2A という、以前のノート・パソコン用ではなかろうか???　と見間違う様な形をしています。

実験的に、オリジナルなSWスイッチング電源をそのままIC-R8600へ接続し、受信音を確かめてみましたが、別段、ノイジーという感じは全くなく、普通のアナログ電源のような感じで動作していました。
驚くことに、IC-R8500 などもノイジーさを感じさせない動作をしているではありませんか!!!!!

これには、ちょっぴり 驚きました。

しかし、気分的にもノイズが乗っている事を知ってしまっている電源装置を、そうたやすくは受信機などへと接続させるには、どうも気が引けますね～っ。

と言う訳での、今回の製作に至ったわけです。

まっ、気分的にも、無改造電源よりは、少しは  マシ  だと自身に言い聞かせながら自己満足しています。
精神的にも　良いようです。

きっと　何かが違っているはず、、、、。　っと、思うようにしています。

IC-71 TRX-切替SW FET式回路

IC-71はトランシーブ・トランシーバー(古い言い方だこと・・・)なので受信と、送信とをスイッチ一つで自動切替が出来なければなりません。

原点である、オリジナルなIC-71では、単純にパワー・リレーを用いて接点切替を物理的に行っています。
しかし、そこは現代、、、。
半導体切替式ということにしました。
その方式だと故障率がかなり低減できますね。

通常は、見慣れたTr式切替回路がほとんどですが、そこは昨今のPC全盛の時代の恩恵を恵みとして享受することにしましたので、P-MOS FET を使用した電源切替回路としました。

これほど便利な素子ですが、パソコンの発展と共にデバイス性能も格段に向上傾向にあり、もはや理想的デバイスではなかろうか???　　などと思っております。

ただし、PCの分野では今回使用したデバイスは、既に過去の存在のようです。
いやはや、パソコン界って、短命を宿命づけられた世界なんですね。
そのおかげで、高性能デバイスを心行くまでしゃぶりつく事が可能になりました。


P MOS FET 仕様 送受信切替回路

高性能デバイスのお陰で簡単な回路構成でも大電流を流せる本格的切替回路が出来上がりました。

N MOS FET とは違い、P MOS FET での結線は間違いやすいので、Pin記号も記入しました。
S (ソース) から入り、D (ドレイン) が出口です。

組み上げた時点で動作テストを行ったところ、大電流時でトランジスタ式では不可能だった、ロードロップ切替(0.18V)が実現出来ました。

そしてなによりも大電流を得るための切替信号も簡略的に構成することが可能となりました。
実テストしてみて関心したところは、何といっても、そのロー・ドロップ性能と、発熱の少なさです。


P MOS FET 仕様 送受信切替回路の実際

これほど簡単な回路となりました。
1.5Aを連続で流してみても、まったくFETが熱くなりません。
これが、Trや、N-MOS辺りだったら、もう大変な放熱器が必須の事だったことでしょう。

ここで使用した、P MOS FET は、単に手持ちにあったものを用いていますので、使用する容量範囲を考慮すれば、別のP MOS FETでも問題ありません。

これからの電源切替回路には、P MOS FET が定番でしょうね～っ。

単純なモノほど壊れにくい、という格言もありますので複雑怪奇なモノよりは好みだったりします。