2010年5月12日水曜日

負電圧、両電源って何!?

OPアンプを使って発振回路を作ろうと思って電子工作をしていたところ、「負電圧」「両電源」などという耳慣れない言葉に出会いました。そもそも電気というのは、+と−があって、電流は+から−へ、電子は−から+へ流れると記憶していましたが、「負電圧」とは何か、「GND」との違いは何かがわかりませんでした。さらに、正負の電圧をもつ電源を「両電源」というらしいのですが、どうやったらそんなものができるのか、全くわかりませんでした。

そもそも、電池やACアダプタを使って10V前後(以下が理想)の電源で動くものを作ることを目指している(小学生の子どもたちに使わせることを前提に研究をしているので、電池で動くというのが理想だと考えています)ので、難しいことなら止めた方が良いと思っていますが、いろいろと調べてみて、次のようなことがわかりました。
  • 2本の電池を直列につないだ時、+と−が接しているところを「GND(0V)」とすると、直列につないだ電池の両端の内、+側が「V+」で−側が「V-」になる。
  • このとき、本来2本の電池をつないだ時の電圧は、1.5V×電池2本=3Vになるが、+側のV+は「+1.5V」で−側のV-は「-1.5V」になる。
  • 理論上は上記の通りだが、現実としては安定した両電源を作るためには、電池だけでは心もとないので、電子部品を使って電源回路を組む必要がある。
さてここからは、実際に両電源を作る作業に入ります。採用した方法は2つ。

1つ目は、OPアンプを使う方法です。『すぐに使える!オペアンプ回路100』という本に紹介されていた方法で、抵抗とトランジスタを含めて数点の電子部品を使って、両電源を作るモジュールを作ってみました。OPアンプを動かすためにOPアンプで電源を作るというのは、ちょっとおもしろいと思いましたが、無事に両電源を作ることができました。この方法なら、回路数の多いOPアンプを使って、電源回路と発振回路を一緒に作ることができるのではないかと思いました。(素人考えかもしれませんが…)

2つ目の方法は、DCコンバータICを使う方法です。この存在を知ったとき、「こんなに便利なものがあるんだ!」と感動しました。今回は、リニアテクノロジーの「LTC1144」を使いました。これを使うと、追加部品は電解コンデンサ2個だけで両電源が得られます。モジュールを作るにしても、非常にコンパクトに作ることができました。しかしこのICは、OPアンプよりも若干値段が高いので、OPアンプを使って安価に発振回路を作りたいのに、余計な出費になってしまうのがジレンマです。

安価でコンパクトで簡単にというのが理想なのですが、なかなかうまく行かないというのが現実のようです。とはいえ、負電圧を作り、両電源を使ってOPアンプを動かすという当初の目的は達成できました。でも、子どもたちに使わせる教材としては、まだまだ改良の必要が有ります。ハード/ソフト両面を検討しながら、さらに研究を進めて行きたいと考えています。

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