・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) 式2より「ω=2πf」なので,共振周波数を表す式は,(a)の式となり,Tank端子が共振周波数の発振波形になります.また,Tank端子の発振波形は,Q 4 から後段に伝達され,Q 2 とQ 3 のコンパレータとQ 1 のエミッタ・ホロワを通ってOUTにそのまま伝わるので,OUTの発振周波数も(a)の式となります. ●MC1648について 図1 は,電圧制御発振器のMC1648をトランジスタ・レベルで表し,周辺回路を加えた回路です.MC1648は,固定周波数の発振器や電圧制御発振器として使われます.主な特性を挙げると,発振周波数は,周辺回路のLC共振回路で決まります.発振振幅は,AGC(Auto Gain Control)により時間が経過すると一定になります.OUTからは発振波形をデジタルに波形整形して出力します.OUTの信号はデジタル回路のクロック信号として使われます. ●ダイオードとトランジスタの理想モデル 図1 のダイオードとトランジスタは理想モデルとしました.理想モデルを用いると寄生容量の影響を取り除いたシミュレーション結果となり,波形の時間変化が理解しやすくなります.理想モデルとするため「」ステートメントは以下の指定をします. DD D ;理想ダイオードのモデル NP NPN;理想NPNトランジスタのモデル ●内部回路の動作について 内部回路の動作は,シミュレーションした波形で解説します. 図2 は, 図1 のシミュレーション結果で,V 1 の電源が立ち上がってから発振が安定するまでの変化を表しています. 図2 図1のシミュレーション結果 V(agc):C 1 が繋がるAGC端子の電圧プロット I(R 8):差動アンプ(Q 6 とQ 7)のテール電流プロット V(tank):並列共振回路(L 1 とC 3)が繋がるTank端子の電圧プロット V(out):OUT端子の電圧プロット 図2 で, 図1 の内部回路を解説します.V 1 の電源が5Vに立ち上がると,AGC端子の電圧は,電源からR 13 を通ってC 1 に充電された電圧なので, 図2 のV(agc)のプロットのように時間と共に電圧が高くなります. AGC端子の電圧が高くなると,Q 8 ,D1,R7からなるバイアス回路が動き,Q 8 コレクタからバイアス電流が流れます.バイアス電流は,R 8 の電流なので, 図2 のI(R 8)のプロットのように差動アンプ(Q 6 ,Q 7)のテール電流が増加します.
振動子の励振レベルについて 振動子を安定して発振させるためには、ある程度、電力を加えなければなりません。 図13 は、励振レベルによる周波数変化を示した図で、電力が大きくなれば、周波数の変化量も大きくなります。 また、振動子に50mW 程度の電力を加えると破壊に至りますので、通常発振回で使用される場合は、0. 1mW 以下(最大で0. 5mW 以下)をお推めします。 図13 励振レベル特性 5. 回路パターン設計の際の注意点 発振段から水晶振動子までの発振ループの浮遊容量を極力小さくするため、パターン長は可能な限り短かく設計して下さい。 他の部品及び配線パターンを発振ループにクロスする場合には、浮遊容量の増加を極力抑えて下さい。
図6 よりV 2 の電圧で発振周波数が変わることが分かります. 図6 図5のシミュレーション結果 図7 は,V 2 による周波数の変化を分かりやすく表示するため, 図6 をFFTした結果です.山がピークになるところが発振周波数ですので,V 2 の電圧で発振周波数が変わる電圧制御発振器になることが分かります. 図7 図6の1. 8ms~1. 9ms間のFFT結果 V 2 の電圧により発振周波数が変わる. 以上,解説したようにMC1648は周辺回路のコイルとコンデンサの共振周波数で発振し,OUTの信号は高周波のクロック信号として使います.共振回路のコンデンサをバリキャップに変えることにより,電圧制御発振器として動作します. ■データ・ファイル 解説に使用しました,LTspiceの回路をダウンロードできます. ●データ・ファイル内容 :図1の回路 :図1のプロットを指定するファイル MC1648 :図5の回路 MC1648 :図5のプロットを指定するファイル ■LTspice関連リンク先 (1) LTspice ダウンロード先 (2) LTspice Users Club (3) トランジスタ技術公式サイト LTspiceの部屋はこちら (4) LTspice電子回路マラソン・アーカイブs (5) LTspiceアナログ電子回路入門・アーカイブs (6) LTspice電源&アナログ回路入門・アーカイブs (7) IoT時代のLTspiceアナログ回路入門アーカイブs (8) オームの法則から学ぶLTspiceアナログ回路入門アーカイブs
2019-07-22 基礎講座 技術情報 電源回路の基礎知識(2) ~スイッチング・レギュレータの動作~ この記事をダウンロード 電源回路の基礎知識(1)では電源の入力出力に着目して電源回路を分類しましたが、今回はその中で最も多く使用されているスイッチング・レギュレータについて、降圧型スイッチング・レギュレータを例に、回路の構成や動作の仕組みをもう少し詳しく説明していきます。 スイッチング・レギュレータの特長 スマートフォン、コンピュータや周辺機器、デジタル家電、自動車(ECU:電子制御ユニット)など、多くの機器や装置に搭載されているのがスイッチング・レギュレータです。スイッチング・レギュレータは、ある直流電圧を別の直流に電圧に変換するDC/DCコンバータの一種で、次のような特長を持っています。 降圧(入力電圧>出力電圧)電源のほかに、昇圧電源(入力電圧<出力電圧)や昇降圧電源も構成できる エネルギーの変換効率が一般に80%から90%と高く、電源回路で生じる損失(=発熱)が少ない 近年のマイコンやAIプロセッサが必要とする1. 0V以下(サブ・ボルト)の低電圧出力や100A以上の大電流出力も実現可能 コントローラICやスイッチング・レギュレータモジュールなど、市販のソリューションが豊富 降圧型スイッチング・レギュレータの基本構成 降圧型スイッチング・レギュレータの基本回路は主に次のような素子で構成されています。 入力コンデンサCin 入力電流の変動を吸収する働きを担います。容量は一般に数十μFから数百μFです。応答性を高めるために、小容量のコンデンサを並列に接続する場合もあります。 スイッチ素子SW1 スイッチング・レギュレータの名前のとおりスイッチング動作を行う素子で、ハイサイド・スイッチと呼ばれることもあります。MOSFETが一般的に使われます。 図1. 降圧型スイッチング・レギュレータの基本回路 スイッチ素子SW2 スイッチング動作において、出力インダクタLと負荷との間にループを形成するためのスイッチ素子です。ローサイド・スイッチとも呼ばれます。以前はダイオードが使われていましたが、最近はエネルギー変換効率をより高めるために、MOSFETを使う制御方式(同期整流方式)が普及しています。 出力インダクタL スイッチ素子SW1がオンのときにエネルギーを蓄え、スイッチ素子SW1がオフのときにエネルギーを放出します。インダクタンスは数nHから数μHが一般的です。 出力コンデンサCout スイッチング動作で生じる出力電圧の変動を平滑化する働きを担います。容量は一般に数μFから数十μF程度ですが、応答性を高めるために、小容量のコンデンサを並列に接続する場合もあります。 降圧型スイッチング・レギュレータの動作概要 続いて、動作の概要について説明します。 二つの状態の間をスイッチング スイッチング・レギュレータの動作は、大きく二つの状態から構成されています。 まず、スイッチ素子SW1がオンで、スイッチ素子SW2がオフの状態です。このとき、図1の等価回路は図2(a)のように表されます。このとき、出力インダクタLにはエネルギーが蓄えられます。 図2(a).
泡立て器を持ち上げて、リボン状に跡が残るくらいになるとしっかり泡立った証拠です。 白っぽくしっかり混ざったら最後に1.2回混ぜると生地の気泡が均一になりきめ細かいスポンジになります。 ・小麦粉は3回はふるう 混ぜる前にきちんと小麦粉をふるっておく事で粉にも空気が入ってふんわりします。 入れる時も一箇所に全部入れるのではなく、ふるいながらまんべんなく入れましょう。 ・粉を入れたら大きく混ぜる よくレシピに「切るように混ぜる」と書いてあります。 でもその混ぜ方ではきちんと混ざっていないのです… ゴムベラでボウルの奥から底を通って生地をすくい、ゴムベラをひっくり返すように混ぜるときちんと混ざります。 ここでも卵と小麦粉がきちんと混ざる事が大切なので、粉が見えなくなってからも10から15回くらい混ぜましょう。 このような事に気をつければふわふわなスポンジケーキが出来ます! スポンサーリンク まとめ きめが粗いスポンジケーキになってしまっていた原因は 卵が冷たい、卵がきちんと泡立っていない 小麦粉がきちんと混ざっていない事が原因でした。 スポンジケーキはとても繊細なものなので 少しの違いでも出来栄えに大きな影響が出てしまいます。 卵をあらかじめ出しておくとか きちんと泡立てて、混ぜるのは少々面倒かもしれませんが これでふわふわなスポンジケーキが出来れば楽しくなりますね。 是非やってみてください!
全卵が温まったら ミキサー で泡立てていきます。 手立てでは難しいので、ミキサーを使ってください。 しっかり泡立てたいので、ミキサーのワイヤーが細すぎたり少なすぎるのはあまりおすすめしません 最初は高速で、中速→低速と速度を変えて 、大きな泡をきめ細かな泡に落ち着かせていきます。 時間が大事! 泡立てすぎは良くありません。 せっかく作った気泡がどんどん死んでしまいます。 泡立てるのは13. 4分以内にしてください。 混ぜ方が大事! 混ぜ方 の ポイント 1. 加えた粉は素早く散らす。 2. ボールの底から生地をすくいあげ、反対の手でボールを回しながらすくい上げた生地を上に乗せていくような感じで合わせていきます。 3. ある程度グルテンを出しながらしっかり混ぜます。 しっかり生地をすくえるので カードを使う のがおすすめです。大きく丁寧に混ぜていきましょう。 4. バターを加えたらあまり混ぜすぎないように。 バターの筋がボールペンの線のように残るくらいは大丈夫です。 5. あわてて混ぜるとムダな気泡が入ってしまいます。 あわてず落ち着いて丁寧に作業しましょう。 薄力粉を合わせるときは 「さっくり混ぜる・混ぜすぎないように」 と良く書かれているため、怖がって混ぜ不足になる方も多いと思います。 そうするとしっかり混ざっていない状態で焼くことになるので、きめの粗いボソボソのジェノワーズになってしまいます。 キレイに合わさった状態の生地はツヤがあって、きめ細かさが目で見てもわかる状態になってるよ! 粉の混ぜ方は、YouTubeなどで動画を上げている方もたくさんいるのでチェックしてみてもいいかと思います。 ここをマスターすれば、ほかの生地を作るときも応用できます。 生地の比重が大事! プリンカップなどを使って、記事の比重を計るようにすると間違いありません! 120ccのプリンカップにすり切り一杯の生地を入れて、45~47gになったらOK です。 重くなったら混ぜすぎなので、もういいかな、という一歩手前で計ってみてください。 失敗しない ジェノワーズ作り まとめ いかがでしたでしょうか? ここまで気を付けて作っていただけると、ほぼ失敗することはないと思います。 なぜ自信をもって言えるかというと、私もさんざん失敗したから。 そしてたくさんの本を読み、講習会に行って勉強したからです。 何回も何回も作り、何回も失敗してここまでたどり着けます。 でも、出来れば最初から失敗したくありませんよね。 私が後輩に教えるときはいつも言うことですが、うまく作れるポイントは、 愛情をもって作ること!
ふんわりとしたスポンジケーキができた!とカットしてみたら生地のキメが粗かった。食べたときにパサパサしている。 なんてこともありますよね。 キメが粗い原因やパサパサの原因は?シンプルなつくりなのにお店のようになかなか綺麗にできないスポンジケーキ。 苦戦しますよね。 下記のポイントをおさえておきましょう! ・ハンドミキサーに注意。 卵を泡立てる際にハンドミキサーの速さが高速の場合は要注意です。 速いともちろん卵も早く泡立ちますが、高速で泡立てるとキメが粗くなります。 低速で絶えず動かして泡立てるとキメ細かく作れるようになります。 ・前日に作っておく。 デコレーションをする前日に作っておくことで、一晩置いたスポンジケーキはしっとりとした仕上がりになってくれます。パサパサの防止をするためには、前日にスポンジケーキを作っておきましょう。 キメ細かくふんわり焼くには? キメ細かくふんわりとしたスポンジケーキを焼くにはどうすればいいの? 私もキメ細かくならないことに悩んでいましたが、下記でご紹介するポイントを頭に入れておけば失敗することもグッと減りました! キメ細かくふんわりと仕上げる方法を紹介します。 ・粉を入れたときにしっかりと混ぜる。 卵となじむまで粉類をしっかりと混ぜましょう。ダマの防止です。 しっかりと混ぜたら泡がつぶれるんじゃないの?と心配になる方もおられますが 卵をしっかりと泡立てておけば潰れることはないので安心してください。 ・卵を温めながら混ぜる。 卵を混ぜる時にお湯で温めながら混ぜましょう。温めて混ぜることでしっかりと混ざってくれるので、焼き上がりがふわふわになります。卵は白っぽくなるまでしっかり混ぜましょう。 ・オーブンの予熱。 余熱をしっかりしておかないとふわふわのスポンジケーキが作れません。 余熱は絶対に忘れないようにしましょう。 私もいざ焼こうとしたらオーブンの予熱を忘れていて、オーブンの予熱を有効活用できなかったことがあります。 たまにオーブンの予熱は頭から抜けてしまうことがありますよね。 ふわふわスポンジケーキを作ってみよう! 今回は失敗する原因と作る時に注意するべきポイントをご紹介しました。 シンプルなつくりなのに難しいスポンジケーキですがコツをつかめば誰でもふわふわなスポンジケーキを作ることができます! ポイントを抑えながら失敗ナシのふわふわスポンジケーキを作ってみましょう!