両電源オペアンプで単電源コンパレータの実験

この記事には、回路図が掲載されていますが、なんら動作を保証するものではありません。
参考にされる場合は、全てにおいて自己責任でお願い致しますぅ～＜（_ _）＞゛
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電子工作でオペアンプを使ってみようと思い立った当初、参考として購入した書籍に、両電源仕様のTL071やTL072を使った回路が多数紹介されていましたので、「これからいろいろ作るぞっ」(*'ｰ')ノとばかりに勢いで各々４個ずつ買ってしまいました。

ところがその後、オペアンプのことがアレコレと分かってくると、工作で使用するのは専ら単電源のオペアンプばかりになりました（．_．）゛ｱﾚｯ?

TL071とTL072が放置状態でもったいないなぁ、何かに使えないかしらん(-。-)=3

そこで、工作でよく利用するように、単電源のコンパレータとして使えないかと実験してみることにしました。

両電源オペアンプを単電源で使おうとすると、0V付近の入力で出力が反転してしまうらしいので、まずは特性の確認です。

入力のV3の電圧に対する出力V1の電圧のグラフです。
しきい値V2は中間電位の2.5Vにしています。

0V～0.8Vあたりでは、１番の出力はHighになってしまうことがわかりました。
Highといっても、電源5Vに対して4.5V程度になるようです。
Lowのときも0Vにはならず、1.4V程度になっていました。
入力については、概ね1～2.5Vと2.5V～5Vの2つの範囲にコントロールできれば何とかなりそうです。
出力については、Lowでも1.4Vになるので用途によっては対策の必要がありそうだとわかりました（・_・）b　（・o・　）ﾎｰ

具体的に水検知回路を考えてみることにしました。

センサーとなる電極に水が付いたらLEDが光るというものです。
まず、１番がLow（1.4V)のときにLEDを光らせないようにするために、Vth=2～4VのFETを使用しました。
次に、V3が2V程度になるようにR1とR2で分圧しておくと、センサーに水が付いたときにV3が2.5Vを超えて1番がHighになり、結果、FETがONしてLEDが点灯するだろうという回路です。

ところがここで、想定外の事象が発生しましたっΣ(･ω･ﾉ)ﾉ！

水の抵抗が概ね数MΩだったので、とりあえずR2を10MΩにしてみたところ、なんと、R1を開放（つまりR1無し）にしていても１番の出力は反転しなかった（Lowのままだった）のです。
V3の電圧を計ってみると、既に2V程度ありました。
ちなみに10Mではなく47kにすると0.3V程度になり、出力は反転しました。
どうやら3番から微小な電流が流れ出ていて、結果として電圧が発生している様子です。

これだから・・・各々検証してみないとねぇ（-"_-）ゞ

まぁそんなこともありながら、今回できた回路はこんな感じです。

センサに水がつくとLEDが点灯しました。
R1が不要になったのは、かえって好都合でしたね(-｡-)г

ところで、水検知の場合はON-OFFがはっきりするので比較的簡単でしたが、例えばCdS（光センサ）を使った光感知回路を作る場合などは、V3の変化する範囲をうまく設計する必要があるんでしょうねぇ（-∀-;）

というわけでさらに、こんな風にしてみました。

ダイオード2本を追加することで、半固定抵抗をいっぱいに動かしても3番が0V付近にならないようにできました。
このようにして使えば、単電源オペアンプと大差なく利用できるかも。

特性を考えながらというのはちょっと面倒だけど、何かに使えたらいいなぁ（-∀-）
かりおか工作員は、新たな希望を見出した。100ﾎﾟｲﾝﾄ

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この記事には続きがあります。2023年9月2日かりおかここに記すφ(._.）ｶｷｶｷ

両電源オペアンプで単電源コンパレータの実験　その２

 

雨感知装置の製作と設置

雨が降ってきたらブザーとLEDで知らせてくれる('-'*)

やはり便利に使えそうなので、雨感知装置を本格的に設置することにしましたっ（｀_´）/

・先日製作した基板ユニットを小さなタッパーに収めました。
・電源ランプ用のLED（緑）も設けました。
・お知らせ用のLED（赤）は、100均のオモチャからゲットした基板を利用して、点滅させるようにしました。
・ブザーは、前回製作したマルチバイブレータのブザーを利用しました。

自作の雨感知センサーは、角材に取り付けてバルコニーの柵に固定しました。

センサーは、大きな水滴がいつまでも残らないように、斜めにしてあります。

雨感知装置は、パソコンの横に設置しているクリックタワーに取り付けました。


ところで、センサーは屋外に設置する必要があるので、部屋の中まで配線をしなくてはなりません。
このため、サッシの窓枠の端にエナメル線を這わせたのですが、幸い、窓の開け閉めには何ら支障はありませんでした。

－－－余談－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
検討当初、センサーと装置をワイヤレスにできないかなとも思いましたが、
電源の問題やセンサーとしての確実性などを踏まえた結果、有線方式に
落ち着きました。
屋外と部屋との電気経路を確保する手段が得られましたので、他の工作でも
利用できそうです。
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動きを見てやってください。

・電源スイッチを入れると電源ランプ（緑）が点灯すると同時に一瞬装置が動作します。
・水を感知するとブザーが数秒だけ鳴り、お知らせ用のLED（赤）が点滅を続けます。

多少天気が怪しくても、安心して洗濯物を外に干せるようになりました　ヽ( ´ー`)ノ 
設置を決めたのは良い”選択”だった・・・なんちって（-∀-）ヾ（＾_＾；）
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この記事には後日談があります。2023年9月23日かりおかここに記すφ(._.)ｶｷｶｷ

雨感知装置の製作と設置　その２

”簡潔な”間欠タイマー回路を考えてみました。

この記事には、回路図が掲載されていますが、なんら動作を保証するものではありません。
参考にされる場合は、全てにおいて自己責任でお願い致しますぅ～＜（_ _）＞゛
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一定時間毎に一定時間だけ何かを動かす回路が簡単にできないかなぁ～(-o-)

というわけで、以前にタイマIC555を利用した回路を検討しました。

IC555で”贅沢な”非安定マルチバイブレーターの実験
IC555のタイマーを繰り返し動作させる簡易回路の実験

しかし、その後も何となく、もっと分かり易くスッキリしたものにできないものかと思っていました。

なんて探求心旺盛なんでしょうっ（｀_´）/　ヾ（＾_＾；）自分で言う？

というわけで今回は、それこそ”簡潔な”間欠タイマー回路を考えてみることにしました。

＜かりおかの構想＞
・機能ICに頼らず構成する。
・ONからOFF、OFFからONの時間を別々に幅広く調整できるものにする。
・できるだけ簡易にする。
・・・etc

できた回路はこんなものです。←お待たせしない展開（・_・）b　ヾ（＾_＾；）

オペアンプで反転型のコンパレータを構成し、ヒステリシスを持たせています。
電源を入れると7番がHighとなり、FETがONするとともにコンデンサの充電が開始されます。
Vcがヒステリシスの閾値を上回ると7番がLowとなり停止しますが、同時にコンデンサの放電が開始されます。
Vcがヒステリシスの閾値を下回ると7番が再びHighとなり、あとはこれの繰り返しです。
ONの時間とOFFの時間は、VR1とVR2で自由に設定できます。

なんとも簡単で分かり易い仕組みじゃっ（-∀-）ヾ（＾_＾；）自分で言う？

タイマー時間を実測してみました（VR1とVR2は最大の1MΩに固定）

CとVR1,VR2を大きくすることで、タイマー時間はまだまだ延ばせそうです。

～～～余談～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
ヒステリシス幅が大きいほどタイマー時間を稼げると思いますが、実験の回路では、1/2Vccを中心に
約0.8V～4.2Vくらいの幅になっている計算なので、結構ギリギリかなと思っています。

出力がVccにならない（フルスイングでない）オペアンプを使用すると、充電時間が延びて
ONの時間＞OFFの時間 という形で偏りが大きくなってしまいます。
（ONの時間を延ばしたいときは都合が良いかも）
ヒステリシスを変更できるようにしておけば、そのような場合のバランス調整にも使えるかもしれませんが、
実用上はVR1,VR2による時間調整だけで十分だろうと思っています。
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＜LEDの点滅回路としての利用＞
パラメータをこのようにすると、LEDの点滅回路にもなりました。

点灯時間を消灯時間より長くしたり、あるいは逆にしたりと、点滅速度や調子を幅広く設定できます。

＜ブザーとしての利用＞
さらに、コンデンサの容量を小さくして、ブザーにすることもできました。

VR1とVR2のバランスにより、低音から高音まで、音程もいろいろと調整できました。

というわけで、オペアンプによる”簡潔な”間欠タイマー回路ができましたっ（｀o´）/　ﾔｯﾀｾﾞ（・ο・　）ｵｰ
CRタイマーなので精度はそれなりですが、簡単な回路だけに、目的に応じていろいろとカスタマイズもできそうです。

な、なんてすばらしいんでしょうっ（*´艸`)　ヾ（＾_＾；）自分で言う？
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この記事には続きがあります。2021年12月11日かりおかここに記すφ（．_．）ｶｷｶｷ

”簡潔な”間欠タイマー回路を考えてみました。 ーその２ー

 

マルチバイブレータでブザーの実験

この記事には、回路図が掲載されていますが、なんら動作を保証するものではありません。
参考にされる場合は、全てにおいて自己責任でお願い致しますぅ～＜（_ _）＞゛
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スピーカー類がたくさんあります（・_・） （・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

ヘッドホンや目覚まし時計を分解した時の物なども保管しているのですが、なかなか使うことがありませんねー(-。-)ノ゛

これらを利用できるようにと、以前に電子ブザー回路の実験をしましたが、１つ忘れていたものがありました。
それは、マルチバイブレータ回路を使ったブザーです。

このくらいのパラメータにしておけば、だいたい鳴ってくれるようです。
（ブレッドボードラジオさんのサイトを参考にさせていただきました。）
パラメータを変えなくても、工作でよく使う1.5V～6V程度の範囲で鳴らすことができました。
また、上の写真にあるようなスピーカーのほぼ全てを鳴らすことができました。

ただし、電圧や選択する部品によって周波数や音量も変わるので、以前のLEDの点滅実験と同様、製作前には実際に使用する部品での確認をした方がいいのだろうなぁと思いました。

というわけで早速、基板ユニットを１つ作ってみました。

たぶん中高生のころから保管されていたと思われる、古～い抵抗やコンデンサを寄せ集めましたが、問題なく動作しました（・_・）b
スピーカーは、たぶん１００均の目覚まし時計で使われていたものです。

こんな感じで鳴りました。（電源はモバイルバッテリーを使っています）

アンプ回路の追加等をしなくても、ちょっと気付かせるくらいの音としては十分な感じ。

なお、こんな風に回路全体をトラジスタでドライブするなんてこともできましたので、自励式ブザーの代用を考える時はお手軽に使えそうな気がします。


かりおか工作員は「いいね（音）」を得た。100ポイント
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この記事には後日談があります。2020年11月21日かりおかここに記すφ（．_．）ｶｷｶｷ
雨感知装置の製作と設置