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ダンシング・ライト 制御回路 回路説明 |
  信号入力回路 信号入力回路では以下の機能を持たせています。  入力信号レベルの調整可変抵抗器（ケースに取り付け）により内部回路に取り込む信号のレベルを調整します。外部信号のレベルによりランプがきれいに点滅するように調整をします。 信号の増幅トランジスタにより電圧増幅を行っています。入力信号の電圧が高い場合にはこの増幅器を設ける必要はありません。 今回使用した電流帰還バイアス方式のトランジスタ増幅器の詳細説明は「電流帰還バイアスタイプ・トランジスタ増幅器の回路設計」を参照して下さい。 入力信号を直流電圧に変換入力交流電圧のレベルに従って変化する直流電圧を作ります。Ｄ２により交流電圧を半波整流して直流電圧にします。Ｄ１は整流する信号の基準電圧をダイオードの順方向電圧（約０．７Ｖ）分バイアスするために設けています。このダイオードが無いとＤ２による小電圧信号の整流動作がうまく働きません。 Ｒ４は入力信号のレベルが下がった場合に直流電圧を下げるための抵抗器です。入力信号の変化は激しいので、そのままではランプを駆動するためのリレーが正常に動作しないので、Ｃ３で直流電圧の変化をゆるめています。Ｒ４とＣ３の値を調整して点滅の状態を調整します。
Ｒ４とＣ３の調整は結構やっかいです。入力信号の電圧、信号の種類（声、音楽）などにより出力される直流電圧の変化は変わります。これらの値の設定にはあまり神経質にならない方が良いと思います。 今回使用した値の場合、少し動作が速いです。 過電圧入力から内部回路を保護信号増幅回路の出力は１２Ｖp-pで変化します。ですから整流した信号は６Ｖp-pになることがあります。 今回の回路はＴＴＬ回路を使用しているために＋５Ｖの電圧で動作させています。そのため、＋５Ｖのツェナーダイオード（Ｄ３）を使用して＋５Ｖ以上の電圧が電圧比較器に加わらないように保護しています。実測した範囲では＋５Ｖを越えることはなかったので、過剰な回路かもしれません。 Ｖp-pとはピーク・ツウ・ピーク(peak to peak)電圧で交流電圧の最低電圧と最大電圧の電位差を言います。交流のＡＣ１００Ｖの場合、半サイクルの実効値が１００Ｖということです。半サイクルのピーク電圧（最大電圧）はそのルート２倍（１．４１倍）で１４１Ｖになります。もう半サイクルは逆の極性の電圧でこの最大値も１４１Ｖです。ですから、ＡＣ１００Ｖのpeak to peak電圧は２８２Ｖp-pになります。 電圧比較回路 信号入力回路から出力される電圧を電圧比較回路を使用してレベル検出をします。 電圧比較器のマイナス入力に基準電圧（Vr）を加え、プラス入力に入力信号を変換した直流電圧(Vin)を加えます。入力信号がＶｒ以上になると、電圧比較器の出力はＨレベル（＋５Ｖ）になり、Ｖｒ以下ではＬレベル（０Ｖ）になります。Ｖｒを調整することにより、電圧比較器の出力が変化する入力レベルを調整することができます。 今回の回路では４つの電圧比較器を使用して４レベルの入力レベルでランプを独立に制御できるようにしました。電圧比較器を増やせばもっと多くのレベルを設定することが可能です。 今回の回路ではそれぞれ独立した可変抵抗器で基準電圧を設定するようにしましたが、抵抗器を直列に接続して電圧を分圧し、基準電圧を作る方法でもかまいません。その方が等しい基準電圧を作ることができます。ただし、その場合には基準電圧を変えることはできませんので、電圧比較器を後から増やした場合、回路の組み替えが必要になります。  等しい値の５本の抵抗器を使用した場合の各基準電圧は以下のようになります。 Ｒ１〜Ｒ５＝１ＫΩ Ｖ１＝５Ｖ x （Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）＝５Ｖ x １／５＝１Ｖ Ｖ２＝５Ｖ x （Ｒ１＋Ｒ２）／５＝２Ｖ Ｖ３＝５Ｖ x （Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／５＝３Ｖ Ｖ４＝５Ｖ x （Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）／５＝４Ｖ ＬＭ３１９の場合、出力はオープンコレクタになっていますので、Ｈレベル出力時に＋５Ｖが出るように抵抗器（Ｒ）を通して＋５Ｖに接続しています。（「抵抗器で＋５Ｖに吊る」とも言います） 抵抗器を入れないと出力がＬレベルの時に電源を直にＬＭ３１９で短絡することになり、ＬＭ３１９が壊れてしまいます。 出力制御回路 電圧比較器の出力の内、最大レベルを検出した出力のみを選択する回路です。４レベルの内、最大レベルのみを出力する回路です。この回路は設けなくても良いかもしれません。その場合には最大レベルを含めてそれ以下のレベルのランプも点灯する動作をします。あなたの好みでどちらでもＯＫです。ただし、その場合でもＮＡＮＤ回路またはインバータ回路は必要です。高レベル検出回路のＮＡＮＤ出力と低レベル検出回路のＮＡＮＤを接続している線を切断し、低レベル検出回路のＮＡＮＤの入力を＋５Ｖに接続すればＯＫです。
当初、動作イメージは上図のように考えていましたが、そうはなりませんでした。 １レベル、２レベルまでは想定通りの動作ですが、３レベル、４レベルは違います。
 すなわち、３レベルと４レベルでは２つの出力がＯＮになります。 今回の装置ではランプが１つだけである必要はないので、このままの回路としています。 どうしても最大レベルのＬＥＤのみを点灯させたい場合には下位レベルのＮＡＮＤゲートを３入力および４入力にして制御する方法になります。多入力のＮＡＮＤを使用すると部品の実装スペースが多く必要になるので、ダイオードを使用したＡＮＤゲート回路が便利です。  左の図はダイオードを使用した簡易ＡＮＤゲート回路です。IN1とIN2の両方がＨレベルの場合のみOUTはＨレベルになります。 ただし、この回路は電圧の補正をしていませんので、何段も直列に接続することはできません。ダイオードの順方向電圧は約０．７Ｖですので、３段に接続するとOUTはＬレベルでも約２Ｖになってしまいます。 入力数を増やすのは問題ありません。２０入力ＡＮＤゲートでも１００ＡＮＤゲートでも作れます。 今回の回路でダイオードによるＡＮＤゲートを使用して最上位レベルのＬＥＤのみを点灯する回路を以下に示します。
リレー駆動回路 リレーの動作を制御するために７４ＬＳ０７バッファＩＣを使用しました。このＩＣはオープンコレクタタイプのＩＣでバッファ内部の出力用トランジスタのコレクタがオープン（内部で接続されていない）になっています。ですから、＋５Ｖ以外の回路の制御も可能になります。制御可能な最大電圧は＋３０Ｖまでです。７４ＬＳ０７と同じ機能で７４ＨＣ０７がありますが、７４ＨＣ０７の場合、出力に流せる電流が４ｍＡと少ないのでリレー制御にはむいていません。７４ＬＳ０７の場合には４０ｍＡまで流せます。リレーと並列に接続しているダイオードはリレーのコイルの電流をＯＮ／ＯＦＦしたときに発生する高電圧からバッファＩＣを保護するためのものです。 今回使用したリレーの接点電流容量はＡＣ１２５Ｖで０．６Ａです。ですから、外部に接続するランプは約４０Ｗ以下にした方が無難です。 ２つある接点を並列に接続していますが、各接点の動作するタイミングが若干ずれる可能性もあります。ずれた場合にはＯＮまたはＯＦＦする瞬間には結局１つの接点に負荷がかかるので、２倍の電流容量になると思わない方が良いです。今回の回路ではリレーの動作頻度が多いので２つの接点を並列にして寿命を延ばしています。 電源回路今回の回路は＋１２Ｖの電源で動作するようにしました。そのため、ＩＣ用の＋５Ｖは３端子レギュレータ（７８Ｌ０５）を使用して作っています。７８Ｌ０５は最大出力電流が１００ｍＡのＩＣで今回の回路を動作させるためには十分な性能です。 今回使用したリレーの駆動電流は４０ｍＡですが、＋１２Ｖで直接駆動しているので７８Ｌ０５にはその電流は流れません。  |
