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Re:トランジスタ/FETの線形特性 等価回路...
 M2019J1  - 21/9/12(日) 0:35 -
Joeさん、Editorさん、編集部様

これまでのhパラメータによるトランジスタ等価回路の線形・近似計算法は、電源電圧Vcc=12V, 9V など電源電圧値を固定し、トランジスタの電源をIc = hfe*Ib 電流源で表現するため、コレクタ電圧Vceの変化する動作モデリングが現在でも表現できていません。

このため、コレクタ電圧Vceが変化する”コレクタ変調回路”で発生するIcの飽和領域で、電流増幅率 hfe が低下し、マイナス変調になる現象がこの線形近似計算方法では予測計算できないでいました。
RJX-601はとても古い機種ですが、この問題はずっと放置されてきたように思います。

物理学でも、フックの法則に似たような課題があり、
バネの力 f=k*x で、kを定数とし、xの値域を定めないという悪い慣習が残っていると思います。
このため、ばねを引っ張って伸ばし、x を大きくしていくと、バネがぐにゃりと曲がり元に戻れなくなったり、切れたりします。

このような簡単なものも結構アバウトで、曖昧のままになっている教育慣習があるので、見直したほうが良いと思うのですが、いかがでしょうか。

線形式でなく、二次、三次以上の近似計算モデルの無い状態が、今後の未来も続くのでしょうか?
「電験」という資格試験では、現在でも hパラメータのトランジスタ等価回路が出題されていますが、現実の電子回路設計に必要な計算には、あまりにも非力ではないでしょうか?

演習問題が解け合格点がとれ、資格が合格なら良し、と考えるような教育上の雰囲気があるように感じています。

▼M2019J1さん:
>トランジスタ,FET, ダイオードは、非線形特性を持つことは書籍上で、言葉による説明はある一方で、hパラメータによる等価回路の(近似)計算モデルでは、電流増幅率 hfe または βを一定の定数値として計算させる演習問題や、資格試験が、線形特性範囲だけの(暗黙のまたは未定義の)仮定になっているように思えます。
>
>現実の回路では、コレクタ電流が増えて飽和状態に近づくと、電流増幅率hfeが下がり、増幅から -> 増幅が起こらない -> 減衰 の電磁的特性があるのに、これまでの電気・電子工学の教育は、点数をとることに目標をおいているために、設計で起こる重要な非線形特性までを考慮していないように感じます。
>
>例として、ナショナルのRJX-601 の3W動作でのマイナス変調現象も、伝説的な非常に長い歴史をもった教育が失敗する実績を作ってきてしまっているように思えます。
>
>等価回路モデルによる近似計算は、そうした非線形特性部分の領域が、計算有効範囲から外れてしまっていることを伝えることは、特にトランジスタの入門書ではたいへん重要と思えるのですが、いかがでしょうか?
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/9/3(金) 17:10 -
写真の貼り付けありがとうございます.

▼稲川さん:
>ご対応ありがとうございます。基板裏面の画像です。よろしくお願いいたします。m(__)m
 配線は間違っていないようなので,受電コイルを送電コイルに近づけると豆電球が光るはずです.

 気になる点が三つあります.

(1)半田付けの跡が芋半田になっています.
 芋半田は見た目が悪いだけですが,内部で「天ぷら」つまり
半田がコンデンサのリード線に接続していない可能性があります.
 リード線を半田付けした跡が富士山形に見えるように
半田ごてで十分加熱してうまく整形してみてください.

(2)縦横方向の銅箔パターンに注意
 ブレッドボード対応のユニバーサル基板をお使いのようですね.
 あらかじめ縦横それぞれの方向のランド(部品の足を入れる穴)が
銅箔パターンによって電気的に接続されているのでご留意ください.

(3)コンデンサの耐圧
 コンデンサの形状,とくに0.22μFが容量のわりに小さく感じます.
ひょっとして25V品をお使いでしょうか?まぁ,受電電力が小さいので25V品でも大丈夫だと思いますが,共振すると25Vを超えるかもしれません.
添付画像【982_solder-as-MtFuji.jpg : 5.4KB】
【982_solder-as-MtFuji.jpg : 5.4KB】

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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/3(金) 12:09 -
ご対応ありがとうございます。基板裏面の画像です。よろしくお願いいたします。m(__)m
添付画像【981_IMG_20210903_120443.jpg : 1.9MB】
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/9/3(金) 11:34 -
 書き込みありがとうございます。

▼稲川さん:
>お世話になります。受電側の整合回路用にブレッドボード型配線の基盤を購入し、写真右のメモのように配線しました。これで無線伝送にトライしましたが、受電側に届かない(豆球が点灯しない)状況です。問題点がございましたら、ご指摘をお願いしますm(__)m
 基板の裏面(配線面)の写真を貼っていただけませんでしょうか?

よろしくお願いします。
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/3(金) 10:37 -
基盤の通電、絶縁はテスタでチェックしました
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/3(金) 10:26 -
念のためコンデンサの容量を追記した図も送ります
添付画像【978_IMG_20210903_102258.jpg : 1.8MB】
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/3(金) 10:11 -
お世話になります。受電側の整合回路用にブレッドボード型配線の基盤を購入し、写真右のメモのように配線しました。これで無線伝送にトライしましたが、受電側に届かない(豆球が点灯しない)状況です。問題点がございましたら、ご指摘をお願いしますm(__)m
添付画像【977_IMG_20210903_095846.jpg : 2.1MB】
【977_IMG_20210903_095846.jpg : 2.1MB】

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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/3(金) 10:05 -
簡易なテスターで測りました。
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/9/2(木) 23:43 -
稲川さん、書き込みありがとうございます。

▼稲川さん:
>> 送電基盤のC6の短絡も行い、周波数つまみは右に回し切った状態で、12VのACアダプタで給電したところ、送電基盤の端子2-3間(送電コイルの両端)の電圧は約0.7Vでした。この電圧が少々小さい気がしますが、いかがでしょうか。。
 「送電基盤の端子2-3間(送電コイルの両端)」は200kHzぐらいの高周波信号のはずですが、どうやって電圧を測られましたでしょうか?
 オシロスコープでしょうか?
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/2(木) 18:37 -
>
> 送電基盤のC6の短絡も行い、周波数つまみは右に回し切った状態で、12VのACアダプタで給電したところ、送電基盤の端子2-3間(送電コイルの両端)の電圧は約0.7Vでした。この電圧が少々小さい気がしますが、いかがでしょうか。。
>
 失礼しました。C6の短絡を再チェックしたところ、1.6Vに改善しました!
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/9/2(木) 14:23 -
阿部さま、編集者さま 大変お忙しいところアドバイスをいただきありがとうございます。送電用コイルにはUEWを使っておりまして、端子のハンダ処理をやり直し、端子間の導通がされていることを確認しました。

 送電基盤のC6の短絡も行い、周波数つまみは右に回し切った状態で、12VのACアダプタで給電したところ、送電基盤の端子2-3間(送電コイルの両端)の電圧は約0.7Vでした。この電圧が少々小さい気がしますが、いかがでしょうか。。

 あと、編集者様からご指摘いただいた受電側の整合回路も作り直します。
引き続き、何卒よろしくお願い致します。m(__)m
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/8/31(火) 18:05 -
▼稲川さん:
>・受電側の縦長コイルは添付画像のように部分的に仮止めした状態ですが、きっちりと長方形に揃えないと通電しませんか?
 形が少し不揃いでも動作します.受電コイルは,長方形コイルの内側を通過する磁力線を拾いたいので,長方形の内枠が狭くなるような変形は性能劣化につながります.

>・送電基盤の周波数調整用ねじは右回りに回し切った状態でよいのでしょうか?
 OKです.取り扱い説明書によると,右回りに回しきった状態でTL494は400kHzを発振し,駆動回路は半分の200kHzで動作します.当該記事では受電回路を200kHzに共振させていますから,駆動回路も200kHzにセットしてください.

> ほかに心配される点がございましたら、ご指摘いただけますと幸いです。
 ブレッドボードの接触不良と接触抵抗が気がかりです.ユニバーサル基板などを使って半田付けすることを強くおすすめします.
 LC共振回路が共振すると,回路にはQ倍の電流が流れます.このためわずかな接触抵抗でも大きな電圧降下が生じます.

 ブレッドボードによる配線が「もやし状」になっていて,無駄に長すぎます.これは損失増とQ低下そして迷走電流を招きます.具体的には1枚目の写真のように配線A,B,Cが長すぎます.
 2枚目の写真のようにインピーダンス整合基板は受電基板の端子に直結するぐらいに短く配線するのが望ましいです.

以上です.
添付画像【972_WPT-rx-w800.jpg : 56.1KB】
【972_WPT-rx-w800.jpg : 56.1KB】

添付画像【972_team13_1.jpg : 191.0KB】
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/8/31(火) 14:28 -
阿部様,書き込みありがとうございます.(^^)
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 阿部  - 21/8/31(火) 13:51 -
稲川様
阿部です.
ご試作ありがとうございます. 写真を拝見いたしました.

>・受電側の縦長コイルは添付画像のように部分的に仮止めした状態ですが、きっちりと長方形に揃えないと通電しませんか?
周波数が低い回路なのできっちりと作らなくともある程度は動作するかと思います.
全く電流が流れない場合は接続ミスや接触不良が懸念されます.

>・送電基盤の周波数調整用ねじは右回りに回し切った状態でよいのでしょうか?
周波数つまみはどう設定していたか忘れてしまったのでスイープしてみていただくともしかすると動くかもしれません.

対策順序としては
1. 周波数スイープ (つまみを回してみる)
2. 接続テスト (テスターを使って導通すべきところが導通しているか, 導通すべきでないところが導通していないかをチェック)
3. 回路定数の確認 (コンデンサの並列・直列を確認)
が良いかなぁと思います.

他に気になるところとしては,
コイルの線材の表面はどうなっていますか?
絶縁されていないと, コイルとして巻いた部分がそのまま導通してしまってコイルとして働きません.
絶縁されていると, 接続部分の絶縁膜をヤスリなどで剥がす必要があります. (これを忘れることがよくあります)

うまくいってもうまくいかなくてもまたご連絡いただけますと幸いです.

▼稲川さん:
>お世話になっております。基盤の画像をお送り頂き誠にありがとうございました。こちらでは添付画像のように、ブレッドボードにフィルムコンデンサを実装した整合回路を試作しましたが、まだ受電側に電流がまったく流れません。その原因につきまして、何点か教えてください。
>
>・受電側の縦長コイルは添付画像のように部分的に仮止めした状態ですが、きっちりと長方形に揃えないと通電しませんか?
>
>・送電基盤の周波数調整用ねじは右回りに回し切った状態でよいのでしょうか?
>
> ほかに心配される点がございましたら、ご指摘いただけますと幸いです。
>よろしくお願いいたします。
>(ちなみに実験キットの付属コイルでの通電には成功しています)
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 稲川  - 21/8/30(月) 23:21 -
お世話になっております。基盤の画像をお送り頂き誠にありがとうございました。こちらでは添付画像のように、ブレッドボードにフィルムコンデンサを実装した整合回路を試作しましたが、まだ受電側に電流がまったく流れません。その原因につきまして、何点か教えてください。

・受電側の縦長コイルは添付画像のように部分的に仮止めした状態ですが、きっちりと長方形に揃えないと通電しませんか?

・送電基盤の周波数調整用ねじは右回りに回し切った状態でよいのでしょうか?

 ほかに心配される点がございましたら、ご指摘いただけますと幸いです。
よろしくお願いいたします。
(ちなみに実験キットの付属コイルでの通電には成功しています)
添付画像【968_IMG_20210830_223803.jpg : 1.4MB】
【968_IMG_20210830_223803.jpg : 1.4MB】

添付画像【968_IMG_20210830_230058.jpg : 1.7MB】
【968_IMG_20210830_230058.jpg : 1.7MB】

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Re:手作りIC
 Gary  - 21/8/29(日) 22:16 -
▼森のカエルさん:
>個人でICを作っている人がいました。CMUの学生さんみたいです。
>高校生の時に6トランジスタのチップを作り、今年1200トランジスタ。
 これはスゴい!何度も見入ってしまいました.面白い&楽しそう!
 いまどきのCMOSかと思ったら,Z1はp-MOS,Z2はn-MOSなんですね.
 p-MOSを6個でリングオシレータということは3段のインバータ回路でしょうね.
 1200トランジスタのほうはn-MOSのようですが,何を作ったのかな?
 Intel 4004が約2200トランジスタ(p-MOS),NECのμCOM-4が約2500トランジスタ(n-MOS)だそうですから,1200トランジスタだとマイクロプロセッサの実現にはきついかな.

 Youtubeの動画もいいですね.この部屋は大学の研究室かな?まさか自宅ガレージじゃないですよね.エッチング行程は昔ながらのケミカルエッチングなんですね.こんな方法なら,最新のLSIにはほど遠くとも,my ICが作れるんですね.あぁ,でも金スパッタリング装置は入手が難しいかな.

 hpの1MHz Cメータ-C/Vプロッタ4280Aと,半導体パラメータアナライザ4145Aは,日本がシリコンアイランドと呼ばれた1980年代にYHPの神戸事業所で設計製造したものだと思います.日本国内ではフロントパネルに【YHP】バッジが付いて販売されていました.フロントパネルの【hp】バッジが誇らしげ.(^^)ノ
 4145Aの左下にある横長でクリーム色の扉は5.25インチ2Dのフロッピーディスクドライブです.キヤノン電子のMDD6106あたりかな.下側を押すとスプリング機構で扉が上側へ開きます.
添付画像【967_SamZeloof-01.jpg : 199.3KB】
【967_SamZeloof-01.jpg : 199.3KB】

添付画像【967_SamZeloof-02.jpg : 336.4KB】
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添付画像【967_SamZeloof-03.jpg : 322.1KB】
【967_SamZeloof-03.jpg : 322.1KB】

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Re:長岡係数
 森のカエル  - 21/8/29(日) 10:01 -
RFWに載っけていただきました。

近似式で表現すると、形状や半径で微分したりできて、
より直感的に捉えやすいと思います。

ありがとうございました。

▼M2019J1さん:
>
>動画サイトの物理演習問題では長岡係数を無視した近似計算で
>学問としては必ずしも実用的または進歩的でないものも
>あるので、見直しのチャンスかもですね。
>学会誌等へ論文にして発表し、歴史に記憶させるのも良い
>ように思いました。
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手作りIC
 森のカエル  - 21/8/29(日) 9:49 -
個人でICを作っている人がいました。CMUの学生さんみたいです。
高校生の時に6トランジスタのチップを作り、今年1200トランジスタ。
http://sam.zeloof.xyz/second-ic/

全プロセスを手作業、もしくは手作りした装置でやったとか。
ICの構造や製造プロセスの良い教材になりそうです。
youtube
https://youtu.be/IS5ycm7VfXg
Upgraded Homemade Silicon Chips

#カエルでも鳥肌が立ちそう。
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Re:長岡係数
 M2019J1  - 21/8/26(木) 21:25 -
カエルさん

過日は論点が近似式でないところにズレてしまい失礼しました。

長岡係数によるコイルのインダクタンス計算の補正について、
・近似式を導く考え方
 (公知例:テイラー展開、フーリエ級数等)
・実測値と計算値の違い、実測値と計算値の誤差精度
・計算式へのパラメータの適用限界の値域

等がわかるともっと良いかもしれないと思います。
学校では、物理と電磁気学の最初のころにでてくる課題と
記憶していますが、長岡先生の式は、巻数のNが
ちょっと変わった単位で実計算には使いづらいと感じていました。

長岡先生の時代は20世紀はじめあたりで、多分、電卓も電子計算機も無く
実数計算が難しかったと思います。

動画サイトの物理演習問題では長岡係数を無視した近似計算で
学問としては必ずしも実用的または進歩的でないものも
あるので、見直しのチャンスかもですね。
学会誌等へ論文にして発表し、歴史に記憶させるのも良い
ように思いました。
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Re:RFワールド42:ミニ四駆WPTについて
 editor  - 21/8/23(月) 19:03 -
▼稲川さん:
> 大変お手数ですが、本実験で使用された整合回路のユニバーサル基板の表裏の画像をこちらにアップしていただけますと大変有り難いです。
 同記事筆者の阿部様から追加情報です.
 下記の「13:WPT福井LAB」の作品は,CQ出版のWPTキットを使い,
インピーダンス変換回路をユニバーサル基板に組み立てた例です.
https://www.ieice.org/~wpt/contest/Cont_2018-society/results.html#team

 ご参考まで.
添付画像【963_team13_1.jpg : 191.0KB】
【963_team13_1.jpg : 191.0KB】

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[添付] :963_team13_1.jpg (191.0KB)

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C-BOARD Moyuku v1.01b6