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トランジスタで作る　負電源

以前、８ピンＰＩＣを使って負電源回路やＯＳコンを使って負電源回路を作りましたが、ＰＩＣ内蔵のバッファ回路に鞭打ってドライブしちゃってるので「混ぜるな危険」な匂いがプンプン。で、混ぜても危険じゃない負電源回路を考えることにしました。

マイコンとオペアンプを同居させたい時に必要となる負電源。それをマイコンの余っているピン…できればＰＷＭ…を流用して、ちゃんとしたドライブ回路で負電圧を生成する電源回路を組んで見ます。今回は混ぜても危険じゃありません…。多分…。（＾_＾）

方針

前回の問題点

前回までは、５Ｖ電源で８ピンＰＩＣを適当な周波数で発振させて、それをショットキバリアダイオードとコンデンサを使ったチャージポンプ回路を通し、電圧を反転させてしまおうという作戦でした。

で、それなりの電流が取れることは判ったんですが、出力ピンをそのまま５本束ねているのはやっぱり超危険だし、瞬間的な流出入電流は定格を超えているかもなぁ…と。心配。

ってわけで、ちゃんとデータシート通りに安全な範囲で使えるバッファー回路を考えてみます。

今回の方針

まず、瞬間的な流入／流出電流についても心配なく使えるバッファー回路をちゃぁんと組んで、そいつをマイコンからドライブすることにしたいと思います。そうすれば、８ピンＰＩＣを負電源専用に組み込まなくても済むし…。ますますマイコンとオペアンプの相性が良くなるのでは？と期待。

マイコン側に必要な機能は単にデューティー比５０：５０のパルスを発生させるだけ。マイコン自体からは電流も殆ど流さないので、普通のマイコンなら何でも大丈夫です。マイコンの余っているＰＷＭ出力ピンなどを１ピンだけ流用することを想定してます。

問題のバッファ回路ですが、ひとまずトランジスタを２つ使ってオーソドックスなプッシュプル回路を組むことにします。本当は、大電流が扱えるようなエンハンスト型ＭＯＳ－ＦＥＴトランジスタを使うほうがいいんだろうと思うんですが、まずは2SC1815+2SA1015のような、どこのご家庭にも死蔵されているバイポーラトランジスタのコンプリメンタリペアを使ってみます。手に入りやすいし、なにより安上がりだからね…。

で、マイコンから出力したパルスをこのプッシュプル回路を通して出力するんですが、プッシュプル用のトランジスタには制限抵抗をきちんと登載して、データシートの定格内で使うことにします。

例によってその後続にはチャージポンプ回路を繋いで負電圧を生成するわけですが、使用するダイオードとコンデンサはこれまでの経験を踏まえて、適当に効率の良さそうなものということでショットキバリアダイオードと東信工業の低ＥＳＲ電解コン１０ｕＦをチョイスしてみました。マイコン以外の外付け部品は多分合計１００円位。超安上がり！

実験の前に…情報整理

せっかく実験するからには少しは意味のある内容にしたいので、動作原理などを振り返っておきつつ、効果的なバリエーションを効率的にテストすることにします。

プッシュプル回路

ＮＰＮとＰＮＰのバイポーラトランジスタとか、Ｎ－ＭＯＳとＰ－ＭＯＳのＦＥＴトランジスタを直列に繋いで、制御信号に従ってＨＩＧＨなら電流が取り出せ、ＬＯＷなら電流を引き込めるようにした回路って感じでいいでしょうかね？（わたしはそんな風に理解してます）

回路図上縦にトランジスタが並ぶ形で書かれるので、その見た目からトーテムポール回路とかとも呼ばれます。

バイポーラトランジスタで作ったプッシュプル回路を記します。

通常はこういうバッファ回路がマイコンの各出力端子に組み込まれているので、前回はその内蔵バッファに鞭打って使っていたわけですが、当然マイコン本来の使い方ではないので、今回はちゃんとバッファ回路を外付けで組むわけです。

左側からＨＩＧＨかＬＯＷの信号を入力したときに右側から論理を反転して出力するので、機能的にはインバータです。ＬＯＷなら上のトランジスタだけがＯＮになり、出力端子からはＨＩＧＨが出力されます。ただし、電流がいっぱい取り出せます。ＨＩＧＨが入力された時は下のトランジスタだけがＯＮになり、出力端子からはＬＯＷが出力されます。こちらも電流がいっぱい引き込めます。

このようなバッファを構えた出力形式の比較対照として、オープンコレクタ／オープンドレイン出力（の出力を数ｋΩ程度の抵抗通してＶｃｃに繋く使い方）と比較してみます。オープンコレクタ／オープンドレインは簡単に言えば1個のトランジスタを使ったインバータ回路で、出力側を抵抗を介してＶｃｃに繋いで使います。機能的には同じインバータなわけです。

オープンドレイン、オープンコレクタは、構造上ＬＯＷ出力の時に電流をたくさん引き込むことができる訳ですが、ＨＩＧＨの時にはこの数ｋΩの抵抗を通してから出力するので殆ど電流が取り出せません。たくさん取り出そうとすると電圧降下が大きくくなっちゃいますからね。

で、流入／流出の両方の電流を大きく取るためにＮＰＮとＰＮＰトランジスタ（もしくはＮ－ＭＯＳとＰ－ＭＯＳ）をペアにしてバッファとして使うわけです。

貫通電流

さて、バッファ回路を実際に組む場合には解決しなくてはいけない問題があります。貫通電流のことです。

プッシュプル回路の２つのトランジスタは、理想状態だけ考えればＨＩＧＨ出力とＬＯＷ出力の２つの状態しか存在しないわけですが、微小な時間で見ると、その中間状態が存在します。中間状態では両方のトランジスタが通電状態になったりします。その際、もしこの図のような抵抗が組み込まれていないと、２個のトランジスタを通してＶｃｃとＧＮＤが短絡することになります。その時にズドンと流れるのが貫通電流です。

もし制限抵抗もない状態でトランジスタが両方ＯＮになるとＶｃｃからＧＮＤに思いっきり大電流が流れてしまい、当然定格をオーバーしてしまいます。なので両方のトランジスタには制限抵抗を設けておき、両方のトランジスタがＯＮになっても定格内の電流で済むようにしておきます。

本当は、この抵抗は小さければ小さいほど電流がたくさん流せるわけですが（この抵抗が出力インピーダンスになるわけなので）、今回は各トランジスタのデータシートとにらめっこしながら、瞬間的にでもトランジスタの定格を超えないように余裕を持って設定することにします。

トランジスタのパラメタについて

今回の負電源の性能を大きく左右するのはこのトランジスタで作るバッファの回路な訳ですが、そのバッファの性能を大きく左右するのはいうまでも無くこのトランジスタの能力と言うことになります。今回特に大きく影響するであろうパラメタについて触れておきたいと思います。

Ｉｃｅ

コレクタからエミッタに流すことができる最大電流です。抵抗の設定値にも大きく影響するので、今回最も重要なパラメタだと思います。

Ｖｃｅ（ｓａｔ）

コレクタ・エミッタ間に大きな電流を流した時に、コレクタとエミッタの間に生じる電圧降下です。上下に構える２つの抵抗の分とあわせてこのトランジスタのＶｃｅ（ｓａｔ）で生じる電圧降下も性能悪化の原因になります。小さい方が有利です。

ｈＦＥ

トランジスタの電流増幅率です。今回はコレクタ電流を最大付近に取りたいわけなので、ベース電流は飽和状態にしたいわけです。なので、ザックリＩｃｅをｈＦＥで割った値がベース電流ってことになるかと思います。あまりｈＦＥが小さいと、マイコンから引き出さないとならない電流が大きくなり、消費電力的に非効率なので、ｈＦＥが適度に大きいものが必要です。

同じ型番でもグレードによってｈＦＥが異なるので、できるだけｈＦＥが大きいグレードの方がよいでしょう。またＩｃｅを限界付近まで大きく取る場合ｈＦＥは小さくなっていく傾向が見られるので、データシートを見てＩｃｅ付近のｈＦＥを確認しておく必要があります。

入手性

データシートには書かれる事がない、でも重要なパラメタです。値段とか店頭在庫とか、その辺りです。滅多に手に入らない部品や高価すぎる部品だと、どんなに高性能に作っても意味ありませんからね… 安くて、入手性がよくて、しかもコンプリメンタリペアがそろえやすいモノを選びます。

その辺りを考慮に入れて、回路に実際の部品をぶち込んでいきたいと思います。

実験の方法

回路図について

これまでの方法とちょっと違うのは、マイコンの内蔵バッファ回路をそのまま使わずに、外部にバッファを設けていることです。それ以外については、前回とほぼ一緒です。

図の右側にあるゲジゲジがマイコンです。数十Ｋｈｚ～二百Ｋｈｚ程度でデューティー比５０対５０の信号が出せるなら何でもいいです。

マイコンの余った出力ピンを流用することを想定しているので、今回はＶｃｃ＝５Ｖと置くことにします。

ちなみに、マイコンとバッファ回路の間の抵抗はベース電流を制限する制限抵抗です。ｈＦＥとご相談のところですね。トランジスタの上下２個の抵抗はコレクタ電流を制限する抵抗です。ここが小さい方がたくさん電流が取り出せるわけです。Ｉｃｅが大きく流せるトランジスタなら小さい抵抗値を使うことができるわけですね。

ダイオードは、ショットキバリアの代わりに普通のシリコンダイオードを使うと、効率が凄く悪くなります。ご注意。

コンデンサは、ＥＳＲの小さなモノがいいです。今回は東信工業の低ＥＳＲ電解コン（よく見かける茶色に白帯の安い電解コン）１０ｕＦを使いましたが、もう少し小さ目の容量でも多分大丈夫と思います。あと、ＯＳコンとか使うとちょっとだけ効率が良くなると思います。逆に普通の電解コン（黒に白帯の電解コン）だと効率がかなり悪化します。

使用プログラム

今回はＰＩＣ１２Ｆ６２９を使ってみました。（っていうか前回と一緒ですね）

適当にでっち上げたプログラムを使います。適当なピンから１２５Ｋｈｚのパルスを吐き出しています。適当に弄って使ってください。ちなみに、このプログラムはＣＰＬＤの動作確認用にゆっくりとしたクロックが欲しくなったときに、８ピンのＰＩＣを使って１２５ｋｈｚの方形波を出力させるプログラムを作ったやつがたまたまＰＩＣ１２Ｆ６２９に書き込んだままになってたので、面倒だったのでそれを流用しただけです。あまり深い意味はありません。ＭＰ－ＬＡＢでアセンブルできます。

クリックしてダウンロードしてください。

多分、数十ｋｈｚ～この程度の周波数で使うのがよろしいかと思います。前回の実験で使ったプログラムとかからお好きなものをチョイスしてください。（あまり遅いと効率悪いし、あまり速いとショットキバリアダイオードでも電圧反転時のロスが大きくなっていく気がします）

実験に使用するトランジスタとスペック

今回使用するトランジスタです。ＮＰＮ、ＰＮＰとも入手しやすくて、袋売りで安く手に入るものを選びました。

性能に一番大きく影響するパラメタはＩｃｅかと思われるので、この点について広いバリエーションを設けました。

＃	ＰＮＰ	ＮＰＮ	Ｉｃｅ	Ｖｃｅ（ｓａｔ）	ｈＦＥ	grade
１	2SA1015 ＋	2SC1815	-150mA 150mA	-0.3V 0.25V	25 25	GR GR
２	2SA817 ＋	2SC1627	-300mA 300mA	-0.4V 0.5V	40 40	Y Y
３	2SA950 ＋	2SC2120	-800mA 800mA	-0.7V 0.5V	35 35	Y Y

一番上のペアはお馴染みのミス＆ミスターバイポーラ、2SC1815と2SA1015です。残りの２ペアもポピュラーなモノでしょう。秋月でも袋売りがあるので安価で手に入りますし、千石等で1個単位でも手に入ります。

ちなみに、各トランジスタのＶｃｅ（ｓａｔ）は最悪値です。ｈＦＥはデータシートに記載されている大電流時の最悪値ですが、これはグレードがOrange用の数値だと思うので、YellowやGReenならもう少しマシだと思われます。

トランジスタ周りの抵抗計算

各トランジスタペアについて、データシートのスペックを元に抵抗値を求めます。

ベース電流は「コレクタに流す電流÷ｈＦＥ」なので、Ｉｃｅ÷ｈＦＥより多く流せば良いのですが、省電力化やマイコンへの負担を考慮すれば少ないに越したことはありません。ｈＦＥの最悪値を元に丁度いいギリギリの値を設定します。ただし、Ｉｃｅが大きい2SA950・2SC2120は最悪値で計算すると相当電流を流さないとならないので、データシートのグラフから読み取ったｈＦＥ≒８０程度で計算することにしました。（この値はOrangeで２５℃で約８００ｍＡ取った時の場合ですが、Yellowならもう少しマシだと思うので、とりあえずいいことにします）

コレクタ電流は飽和状態ギリギリまで使いたいので、最大電流（＝Ｉｃｅ）ギリギリかそれよりちょっとだけ少なめに置くことにします。これはポンプに使うコンデンサが空っぽ（０Ｖ）と満タン（５Ｖ）の全振幅を行ったり来たりする状態（フルスペック動作）を前提としていますが、Ｖｃｅ（ｓａｔ）やショットキバリアダイオードのＶｆなどによる降下分もあるので、実際は５Ｖよりも少し小さい振幅になるでしょう。まぁでも最大振幅は５Ｖで見積もっておけば安全かと思います。５ＶをＩｃｅで割ればコレクタ側抵抗の最低値が求まるので、余裕を含め少し大きめの抵抗値、かつ工具箱にある抵抗から設定可能なモノを適当に設定します。

＃	ＴＲ	base curr	base reg	Ice	collector reg	collector curr
１	2SA1015 2SC1815	5mA	1Kohm	150mA	33.3ohm →37.5ohm (0.663w)	133mA
２	2SA817 2SC1627	5mA	1Kohm	300mA	16.7ohm →20ohm (1.25w)	250mA
３	2SA950 2SC2120	10mA	470ohm	800mA	6.25ohm →6.8ohm (3.674w)	735mA

各抵抗に流れる電流を元に求めた瞬間最大消費電力を括弧書きで書いてあります。抵抗に電流が常時Ｉｃｅ流れるとして計算した消費電力です。ただし実際は、貫通電流はほんの一瞬しか流れないし、今回はバッファの先にあるのが１０ｕＦのコンデンサですから、均してしまえば電流は微々たる物だと考えられます。１／４Ｗでも問題ないと思うんですけどねぇ…。今回の実験では１／４Ｗ抵抗と１Ｗ抵抗両方を用意しておいたんですが、１／４Ｗしか使いませんでした。５Ｖ電源ではチャージポンプから取り出せる電流はせいぜい２～３０ｍＡですからね。この電流で試算すれば、上下の抵抗で消費される電力は平均１０ｍＷ以下といったところでしょう。

もちろん、バッファの出力をチャージポンプの代わりに６Ωスピーカに繋ぐとか、ＶｃｃやＧＮＤにショートさせるような使い方をすれば、１／４Ｗ抵抗では焼ききれること間違えないでしょう。４Ｗセメント抵抗とかが必要になるかもしれません。っていうか、もっとマトモなバッファ回路組んでください。

今回は、＃１用の３７．５Ωは７５Ω抵抗２個で作りました。＃２の２０Ωや＃３用の６．８Ωなどという低抵抗は当然買い置きが無かったので、買い足しました。２０Ωは今回の実験用に２本だけ。６．８Ωは今後使いまわし出来そうなので１／４Ｗ袋入りを購入。

計測方法

３組の各トランジスタペアとチャージポンプ回路を通して発生させた負電圧に大小さまざまな抵抗による負荷を掛けて、テスターで電圧を読み取って電圧と抵抗値の関係を見ていきます。また、「電圧÷抵抗＝電流」で取り出せる電流も求めてみます。

今回使用する負荷抵抗は、工具箱に入っていた抵抗を使って１ＭΩ、１ＫΩ、４７０Ω、３００Ω、２３５Ω、１５０Ω、１００Ω、７５Ω としました。２３５Ωは４７０Ω２個を並列に、１５０Ωと１００Ωはそれぞれ３００Ω抵抗を２個・３個並列にして作り出しています。

発生した負電圧にこれらの抵抗を繋いで各電圧を計測するので、負荷が小さければ得られる電圧（負値）は－５Ｖに近い値を示し、負荷が大きくなるにつれてだんだん電圧が上昇（０Ｖに近づく）することになります。

取り出せる電圧・電流を見て、実用になりそうなトランジスタペアがあるかを見極めたいと思います。

ノイズ対策

チャージポンプ回路といえば、ドライバ回路から出力される高電圧と低電圧を元にポンプ動作を行うので、電圧には必ずノイズが載ります。

このノイズを簡単な部品を使って低減させてみた時に、どのくらいの効果が得られるのかをオシロを当てながら考えたいと思います。

具体的には、パスコンとして良く使うような０．１ｕＦコンデンサや、丁度イイカンジのインダクタを組み込んでみます。

０．１ｕＦコンデンサは負荷抵抗と並列に。インダクタは負荷抵抗と直列に組むわけですが、コンデンサの有無、インダクタの有無によってどの程度の変化があるのかをオシロ画面で見てみます。

実験結果（１）…電圧と電流

各トランジスタペアにおける抵抗と電圧の関係

トランジスタ	2SC1815 2SA1015	2SC1627 2SA817	2SC2120 2SA950
コレクタ電流制限抵抗	37.5Ω	20Ω	6.8Ω
ベース抵抗	1KΩ	1KΩ	470Ω
1MΩ	-3.94v	-4.02v	-4.02v
1KΩ	-3.13v	-3.34v	-3.27v
470Ω	-2.91v	-3.01v	-3.12v
300Ω	-2.66v	-2.86v	-3.00v
235Ω	-2.45v	-2.74v	-2.92v
150Ω	-2.00v	-2.45v	-2.74v
100Ω	-1.61v	-2.08v	-2.55v
75Ω			-2.37v

グラフの左側は低負荷（＝高抵抗）、右側は高負荷（＝低抵抗）になっており、負荷が高まるにつれて電圧が上昇しているのが判ります。（負電圧なので負荷の上昇により電圧が０Ｖに近づいていきます）

電流を殆ど取り出さない場合ではどのトランジスタでも約-4Vが取り出せています。

予想通り、Ｉｃｅが大きいトランジスタの方が負荷上昇による電圧上昇は抑えられることが見て取れます。 2SC2120と2SA950のペアでは75Ω負荷でようやく-2.5Vを超える程度です。

取り出せた電流

トランジスタ	2SC1815 2SA1015	2SC1627 2SA817	2SC2120 2SA950
コレクタ電流制限抵抗	37.5Ω	20Ω	6.8Ω
ベース抵抗	1KΩ	1KΩ	470Ω
1MΩ	-3.94uA	-4.02uA	-4.02uA
1KΩ	-3.13mA	-3.34mA	-3.27mA
470Ω	-6.19mA	-6.40mA	-6.64mA
300Ω	-8.87mA	-9.53mA	-10.0mA
235Ω	-10.43mA	-11.66mA	-12.4mA
150Ω	-13.33mA	-16.3mA	-18.3mA
100Ω	-16.10mA	-20.8mA	-25.5mA
75Ω			-31.6mA

先ほどの電圧のグラフに、電圧と抵抗値から求めた電流を描き加えたものです。（電圧の単位はＶ、電流の単位はｍＡ）

2SC2120と2SA950のペアでは75Ω負荷の時に-30mA以上取り出せることが判ります。

実験結果（２）…ノイズについて

今回負荷抵抗は３００Ω固定とし、負荷抵抗に並列にコンデンサを繋いだり繋がなかったり、負荷抵抗に直列にインダクタを繋いだり繋がなかったりしました。それぞれをオシロで当たった時のグラフを記します。

ノイズ対策無しの場合

まずは何の対策も打っていない場合の波形です。ＡＣ成分だけです。

ご覧の通り、脈動もしているし、ツララも生えています。気にしなければ気にしなくてもいいかもしれませんが…何とかしたい感じでもあります…。

パスコンだけ繋いでみる

ツララがだいたい消えました。

１００ｕＨのインダクタだけ繋いだ場合

まずは２Ａまで流せる大容量型の１００ｕＨの場合。（直流抵抗が小さい…ほぼ０Ω）

脈動が見えにくくなってますが、全域でギザギザがかえって増えているみたい。

次に４４ｍＡまでしか流せない１００ｕＨの場合。（アキシャルタイプ…直流抵抗は実測で約１０Ω）

繋がない方がマシってほどの汚さ。

コンデンサとインダクタを併せて使う場合

まずは２Ａタイプのインダクタを組み合わせた場合。

なんと！一気に綺麗に！　目測では大体５ｍＶｒｍｓって感じでしょうか。テスターで計ると、０．０１～０．０２Ｖ程度の電圧降下があるようです。インダクタの内部抵抗成分にしてはちょっと大きいかなぁ…。

次。アキシャルタイプの１００ｕＨインダクタ（直列抵抗約１０オーム）の場合。

上記とは実験を行った日程が異なっているせいか、少しツララが残っているっぽいですが、多分１００Ｖ商用電源の機嫌が悪かったんでしょう。（上記の２Ａタイプを繋いでもツララは少し残ってしまったので）　　…ツララを除けば大体綺麗。

ただし、（グラフは載せてませんが）テスターで出力電圧を測ると０．０９Ｖ程度下がっているようです。インダクタの内部抵抗による電圧降下が効いているようです。

おまけに、２２ｕＨのインダクタ（最大１．３Ａのラジアルタイプ）とコンデンサを組み合わせた場合。

おみごと、発振！！！(´o｀)

計算では、２２ｕＨと０．１ｕＦのＬＣ回路の共振周波数ｆ０は、ｆ０＝１／（２ＰＩ＊ｓｑｒｔ（Ｌ＊Ｃ））なのでおよそ１０７Ｋｈｚ。一方グラフから読み取った発振周波数は約１２０Ｋｈｚ。大体ビンゴみたいですね。ちょっとズレてるんですが…

考察

8ピンＰＩＣの実験結果との比較

8ピンＰＩＣのバッファに鞭打って搾り出した時の実験では、３００Ω負荷でも４Ｖ近く取り出すことが出来たし、７５Ω負荷でも３Ｖ４０ｍＡほど取り出せていましたが、今回の実験ではそこまでのスペックには至りませんでした。７５Ω負荷で２．３７Ｖ３１．６ｍＡって言うところですからね。

まぁ、バッファに使ったトランジスタがＦＥＴじゃなくて汎用のバイポーラだから、ある程度のスペックダウンは予想通りでした。まぁ善戦した方ではないでしょうか？

今回の回路では、バッファに繋いだプラス電源が５Ｖなのでこのスペックですが、マイコン内蔵のバッファを使っていない分、回路にちょっと工夫をすれば電源に９Ｖや１２Ｖなども負電源にすることが可能です。

工夫って言っても大した話じゃありません。マイコンの出力を一旦トランジスタのオープンコレクタで受けて９Ｖなり１２Ｖなりに変換し、その出力でバッファをドライブすれば良いわけですね。トランジスタが１個増えるけど、電圧変換回路だからそれはまぁ仕方ない…。

そんなことより、大きい電圧をそのまま反転させて使えるって言うメリットととらえれば、応用範囲はもう少し広がりそうです。ＬＴＣ１１４４を置き換えて使うことができるようになるからね…。今回の実験ではそういう大きい電圧の時にどの程度の負荷でどの程度まで取り出せるのかはわかりませんでしたけど。

今回の実験では、５Ｖで取り出せる出力は少々負けてるけど安全動作だし、９Ｖや１２Ｖにも対応できる余地ありってことでしょうか。短所よりは長所の方が多そうです。

ノイズについて

マイコンからパルスを出力し、そのパルスを使ってチャージポンプを動かしているわけだから、スイッチングノイズは当然気になるわけで、その対策としてコンデンサやコイルを繋いで見たところ、そこそこ効果が見られました。コンデンサはセラコンでもフィルムコンでも適当に見繕って繋いでおけばいいと思いますが、コイルの方は直流抵抗となってしまうので、同じインダクタンスでもある程度大きい電流を流せるものを使った方がスペック的に有利でしょう。

今回は、同じ１００ｕＨでも大容量のものと小容量（よく見るアキシャルタイプ）のものを両方試した見ましたが、やっぱりちょっぴり大容量タイプの方が大きな出力が取れました。でもまぁ、アキシャルタイプのものでも充分使えるんじゃないでしょうか？条件によって０．１Ｖ近い損失が出ますが、それでも用途によっては充分かなぁ…って思っています。ただ、定格にはご注意！今回の実験でもアキシャルタイプは定格ギリギリ（？）だったので。

スイッチングに因るノイズのことは当然気になっていたので、上記の通りその近辺の波形をオシロで調べてみたわけですが、もっと低い周波数とかはどうなんでしょう？ってことで、オシロの周波数をドンドン低く低く変えて行ってみると…

あらら…低周波で結構なノイズが載ってみるみたい。

よーく見てみると、どうやら１００Ｈｚっぽいなぁ。もしや…と思って秋月のスイッチングアダプターを疑ってみる…

秋月のスイッチングアダプターに直接１ｋΩの抵抗を繋いで、抵抗の両端の波形（交流成分）を拾ってみました。

うひょ！酷い…　こんなにノイズが載ってたのかぁ…　ちなみに抵抗の両端に０．１ｕＦのパスコンを繋いで見ると…

細かいギザギザは減りました。で、残った波はやっぱり１００Ｈｚっぽい。これだな、原因は。

ということで、１００Ｈｚのノイズの原因は秋月のスイッチング電源っぽいので、電池駆動ならもう少しまともな波形が出てくるかと思います。実験はしてませんが…

というわけで、０．１ｕＦ程度のパスコンをパラレルに、１００ｕＨ程度のインダクタをシリアルに入れればだいぶ実用的な電源として使えそうだということが判りました。

まとめ

今回は手に入りやすいバイポーラのトランジスタペアを幾つか取り上げて、実用に使える負電源が作れるか実験してみました。その結果、そこそこ使えるものが出来たのではないかと思います。

一方、トランジスタをＦＥＴに変えるとか、それに併せて抵抗値をもっと小さいものに替えるとか、そんなバリエーションの追加実験ができればもっとスペックアップを狙うことも可能かと思います。

その場合は、再度ノイズ対策など幾つかの実験を行う必要があるかもしれません。

なひたふさんのサイトによると、上下の抵抗は１０Ω程度でいいと書かれているのですが、両方のトランジスタがＯＮになっちゃうと、ＶｃｃからＧＮＤまでの貫通電流は２０Ω負荷で流れるということになるのでは？？？まぁ、トランジスタのｈＨＥも考えての回路でしょうから、これはこれで上手く動くのかな… オイラの回路ではマイコンの出力をｈＦＥ倍して飽和させて使う前提だから、その辺がちょっと違っているのかな？

とにかく、今回は手に入りやすくて安いトランジスタのペアでもそこそこ使える負電源が出来ると判ったので、今回の目的は達成できたと自画自賛し、実験を締めくくります。