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メロディICと圧電サウンダ

警告や終了を音で通知するためにメロディICを購入

(本当は1年前に購入していたのだけど)

いつものほったらかし状態から突如,まずは鳴らしてみようとした・・・が・・・結果はかなり嵌った(つまり楽しめた)

チョイス

メロディICは三端子メロディIC(UM66TxxL)等を3種(5曲オルゴールICも先に購入したけど触るのは後になることに)

UM66TxxL共通仕様

  • 動作電圧範囲:1.5V~4.5V
  • 消費電流:16μA(Typ.)

音の出力は大体は小さい物に組み込むことになるので,サイズ・電力的に大きなスピーカーにするわけにはいかないため圧電ブザーと圧電サウンダを選択

電子ブザー(24mm)PKB24SPCH3601

  • 発振周波数:3.6kHz(電源DC12V時)
  • 定格音圧:90dB(電源DC12V時, 10cm)
  • 動作電圧:DC 2~20V
  • 消費電流

 1.8mA(電源DC2V時)
 2.8mA(電源DC3V時)
 5.0mA(電源DC5V時)
 9.0mA(電源DC9V時)
 13mA(電源DC12V時)

圧電スピーカー(圧電サウンダ)(13mm)PKM13EPYH4000-A0

  • 動作電圧範囲:30Vp-p以下

実は,圧電ブザーと圧電サウンダ・圧電スピーカーの違いを知らずに,とりあえず圧電ブザーと圧電サウンダを購入していた

基礎知識(後付け)

  • 圧電サウンダと圧電スピーカーは同じ(以降,サウンダで記載)
  • 圧電サウンダは音が鳴る圧電振動板のみの部品で発音には外部に励発振回路が必要となる
  • 圧電ブザーは圧電サウンダに自励発振回路を組み合わせ一体化したもので直流電源があれば発音する
ファースト発音

接続は以下のとおり

fig1.png

画像クリックで動画(左:圧電ブザー,右:圧電サウンダ)

IMG_20171127_201002.jpgIMG_20171127_200927.jpg

発音は簡単にできて(左)電子ブザーだと終了音程度なら音量的にも十分

しかし電子ブザーはサイズが大きいため,できれば圧電サウンダを使いたい

そこで難点である音量を増大することを試みる

メロディIC

まずはメロディICの波形を観る(左:画像クリックで動画,右:パルス拡大)

IMG_0464.JPGaudio.jpg

音階の出し方はFM音源が実装される前のPC(AppleII,MZ,PC8001とか)など知っていれば判るが,要は矩形波の密度(周波数)を変えることで音階を出している訳だ(PC8001なんか圧電ブザーで苦心の音階を出していたなぁ)

圧電振動版への電圧増加

圧電サウンダの音量を上げるには圧電振動版を大きく振動させることになり大きく振動させるには圧電振動版への電圧を上げる

TrとFETへ変更版で確認(どちらもスイッチ的使用)

圧電サウンダは電圧を与えないと鳴らない(電圧駆動)ため並列で抵抗を入れる

fig2.pngfig3.png

R1を,1kΩ,100kΩ,330Ωと変更してみたところ1kΩが一番大きい音量であった

圧電振動版へ3V,5V,12Vと変えて与えてみると少しは大きくなるが大して音量は上がらない

更に電圧を上げても大幅に変化しそうにないと考え止めた

IMG_20171130_182513.jpg

1つの結論

電圧を上げても劇的には音量はあがらないようだ(警告音とかは瞬間的に大きい電圧を発生しているらしい)

では何故電子ブザーは,それなりの音量を発生させているのか・・・調査すると共振を利用しているようだ

そこで試しに圧電サウンダを基板に付け共振させてみる(動画はなし)と・・・

IMG_20171203_200240.jpg

音量が上がることを確認,美味く共振させれば十分な音量になりそうな感じだ

最終的な回路は以下とした(発生起電力を抑制するためダイオード入れた)

fig4.png

追加

周波数の違いによる音量の変化を確認(デサルフェータ―で作製したパルスジェネレータを改良して実験)

IMG_20171207_195938.jpg

3kHzの音量が大きかった(だけど・・・耳が年なんで強弱は判断できないだろうと思う)

低抵抗測定器

低抵抗を測定するのに毎回測定準備するのが手間なので簡単に測定できるようにしておきたいと思っていた

そこで何か良さそう例はないか調べた結果,こちらの簡易低抵抗測定器を参考にして実験することにした

ただしマイコンはAVRを使うしパーツも同じではないので全く同じというわけではない

回路図

対象となる低抵抗に定電流を流し降下電圧を計測,回路構成は定電流回路と低電圧測定回路となる

回路図

定電流は80~100mA位とし,Max.100mAのLM317Pを使用,手持ちの金属被膜抵抗で27Ω並列で13.5Ωにして92.6mAにする

(追加):(LM317:定電流)=(out-adj間:1.25V)÷ (out-adj間)RΩ(こちらに特性評価あり)

低電圧測定は定番のLM358を使って101倍(Max.0.26Ω)と11倍(Max.2.58Ω)へ増幅(2レンジ切替)してADCで計測する

定電流

定電流は計算上93mA(92.6mA)のところ実測で93.4mA

ブレッドボードで測定試験

実験

左上=抵抗値,右上=抵抗の降下電圧,左下=バージョン,右下=0Ω調整値(※)

(※)測定端子を短絡させ測定するとオペアンプのオフセット電圧を含む0Ω調整値になる

ブレッドボード上では僅かな揺れでピンの接触抵抗が変化するため計測値が安定しない

改良すべき点
  • 定電流回路と低電圧測定回路で単独電源にして4端子法の測定回路にする
  • ミノムシクリップでは扱い難いのでケルビンクリップを使う(自作している方を参考にするかクリップを購入
  • 定電流を100mAになるように調整可能にする
  • 基準電圧や抵抗など気温によって影響する部分がある(調整可能か?)
  • ADCの精度が悪いので補正が必要

放電器の作製(検証)

ニッケル水素電池の容量がどのくらい残っているのか検証するためにインテリジェントな放電器を作製する

電子負荷を使えば良い話なのだがニッケル水素電池では電圧不足で現状版では動作しないためニッケル水素電池専用という形で作製することにした

今回はFETをAVRでPWM駆動して制御する方式で回路図を簡単に作った

Discharger1

上手く制御できるものなのか不安だったので簡単に検証してみることに

ロータリーエンコーダでPWMの出力(analogWrite())を0~255まで変更させた場合FETのゲート電圧を計測

PWM:0

PWM0

PWM:100

PWM100

PWM:255

PWM255

ArduinoのPWMデジタル出力をRCローパスフィルタを通してゲートに繋いでいる訳で上手く電圧が変動している

デジタル出力PINをオシロで観る

PIN

RCローパスフィルタ後のゲートをオシロで観る

ゲート

検証終わり

不活性化した単4型ニッケル水素電池

目覚まし時計の時刻が電波式なのに狂っていて液晶も薄っすらしてるので電池を取り出し早速バッテリチェッカーを使う

計測

1.17Vは少ない方かなってことで電池交換するため新しい電池を取り出そうと戸棚の中の電池置き場を観たら,いまさらながら怪しげな箱が置いてあって,なんだったかな?と思って開けると,な!なんと単4型ニッケル水素電池が入っていた

電池

10年前の引っ越し時に箱に入れたままにして忘れていた(つまり10年間ほったらかし)

しかも3本は袋入りの新品(と言ってよいかな?)だった

手持ちのニッケル水素電池用の現状容量確認のため計測用放電器を作製しようと考えていたのでサンプル用のバッテリーを見つけたかな

まったく使えなくなっていたら残念だけど新品から復活できるかどうかチェックを開始(電圧は0Vだった)

(充電:専用急速充電器を使用)

充電

(放電:急速充電器の機能)

放電

充放電を繰り返せば活性化するか試行,他にも色々やってみるつもりなので結果は後日

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