アナログエンジニア

Sachi ←我が家の「さち」のアーチェリーフォーム

今日は我が家のさち,娘(孫娘同伴)でアーチェリー場へ。

娘は始めてのアーチェリー。近射場で基礎訓練。

最初は1mから開始。矢の放し方を習得させる。次に安定しない引き手の位置を修正。距離1mから始めて1.5hで近射場の制限距離(4-5m)まで射距離を伸ばした。距離を伸ばす条件は6射,オールゴールド。

弓は14ポンド。

結果は4-5mで6射50点UP。

子守で一緒に来ていた「さち」も30年ぶりで弓を握る。

最初から安定な射。

結婚した頃,一緒に付き合ってくれた。当時は32ポンドまでの弓を引いていた。アンカーは時々浅くなるが,顎の少し下から上げるように弦を顎に固定している。弦は鼻にかすかに触れている。

数10射後,5mで6射53点。

帰り際,30mで夫妻と娘がコンパウンドボウでの練習風景を見た。フォームは全く同じハイアンカー。

リムさえ代えれば,私のリカーブボウの道具が使える。我が家のさちが日曜日の練習会に付き合ってくれればとても幸せなのだが。30mを安全に射てる状態にはすぐなるだろうが。

何がともあれ,私の当面の課題は,9/28から始まる初心者講習会に参加させるように我が家のさちを口説くことだ。射場のルールで距離を点数に応じて順次伸ばし30mが射てるようになれば移動的の設営の手間なくみんなと一緒に射てる状態になる。我が家のさちは仕事持ちなので,私が家事の分担を私が今までより負担しても構わない。

家族アーチェリー:うらやましい光景である。

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_2345 先日から,娘が生後満4ヶ月の孫娘を連れて滞在中。水曜日には片道120kmの私の母のところへ初訪問。

孫は,かわいい子の子供だし,おじいちゃんとしては育てる責任がないのでひたすらかわいい。健康状態が良いらしく,必要なとき以外にはほとんどなかない。あやして貰うと,孫娘は結構愛嬌を振りまき反応している。

娘は一年間の育児休暇中で,今は育児専業である。

基本的に母乳だけで育てているので,授乳設備のある大型店への外出には制限がない様子。

茨城の地元は今強い雨が降っているが,今日は近くに住んでいる友達のところへお邪魔する予定らしい。

←写真は娘と孫娘のツーショット。最初で最後のUPかな。

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オペアンプを用いた反転加算器はn入力でも使用できる。

しかし,回路定数の最適値は2入力の場合とは少し異なる。

入力の重みが等しければ,オペアンプのバイアス電流は1/(n+1)で影響し,オフセット電圧の影響は(n+1)倍される。従って,抵抗値の選択およびオペアンプの選択は当然異なってくる。

また,実際に符号の異なる入力信号群を扱う際には,実質的に大きな減算を行うので,抵抗比はより精密さを必要とする。

素子感度が1以上になる箇所は,実質的に大きな減算を行う部分では必ず生じる。その場所に,必要な精度を持つ抵抗とオペアンプを使えるのがプロとしての技量である。

低レベルの大きな減算を行い増幅する回路の切り札は計測増幅器である。オペアンプを3個使用しても引き合うだけの場面もある。

実質的な減算やレベルシフト回路などは慎重に扱うべき回路の代表例と言えよう。

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居間に小型の家庭用空気清浄機を置いている。

D社製のもの。洗浄ランプが点燈していたので,取扱説明書に従って作業開始。

イオン化部,放電部は中性洗剤で1h漬け置き,流水洗浄,ふき取り,流水洗浄,さらに清水で漬け置き,陰干し乾燥の手順で行う。

初めてストリーマ放電部の構造を見た。放電部は針電極 対 平面電極だが平面電極の材料は良くわからない。プラスチックで覆われた金属かも知れない。針電極は合計4本あるが,1本曲がっていたので綿棒で修正しようと試みたが,折れてしまった。タングステンかもしれない。

イオン化部は網電極と,0.1mm前後の細いワイアの線状電極。

大きい部品があり温水が必要なので,浴槽で作業した。

以上の作業は購入してから初めてである。(3年くらい)取り扱い説明書には丁寧に記載されているのだが,細い線や針電極が繊細なので細心の注意が必要だ。その分,脱臭・集塵効果は高い。

線状電極にはカーボンがびっしりと付着していたし,網電極はこげ茶色にさまざまな付着物があった。

それにしても,高電圧放電装置を家電品に良く組み込んだものだ。ちょっとデリケートなメインテナンス作業がいるが,効果は抜群と思っている。

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ベアボウでない限り,アーチェリーでは照星を用いる。照門は自分の顔の特定位置である。

照門を基準点として,照準器で的を狙う。基準点が安定であれば,照星であるサイトの位置に依存して,着弾の位置を調整できる。

基本は,的の中心から外れた方向にサイトを移動して調整する。では,どの程度サイトを移動すればよいか?

サイトと目の距離は,成人だと70cmくらいである。射の距離を70mとすれば比例計算で,的の中心から外れた距離の1/100だけサイトをその方向に動かせばよい。70mで3時方向,5点と6点の境界に着弾中心があれば,30cm右方向に外れているので,サイトを3mmだけ右に動かせばよい。

照門の位置(顔向け,押し付けなど)調整はアンカーと呼ばれるるが,腕の立つ方ほど安定である。リリースと呼ばれる弦の離し方にも依存してばらつくので,着弾中心は統計的変数である。ばらつきが大きいと当然サイトの位置調整は精密にやっても意味がない。

90mで,1/130,70mで1/100,50mで1/70,30mで1/40,18mで1/25が照準の調整の目安となる。

初心者の方は10mで外れた距離の1/15程度だろう。

80cm的で10mの射距離で的を外すか外さないかの状態なら,外れた方向へサイトを2cm以上動かすことになる。しかし,このような方向に矢が飛ぶことは用具の能力からして考えにくいので,照門である弦を構える位置が大きくずれている可能性が高い。矢を放す瞬間に引き手が顔からかなり離れているケースもある。

いずれにしても,その他の調整項目も自分の技量以上には調整できないのが,アーチェリーの宿命である。

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Photo ホィートストンブリッジはR1:R2=R3:R4が平衡条件で,ブリッジの2つの中点に抵抗R5が接続されているときにR5を流れる電流Iが0となる。

この回路を一般形(文字式のまま)解く問題は,キルヒホッフの法則の演習問題として適切な規模である。他の知識も必要としない。

テブナンの定理を使えば1分で解けるが,アナログの中級者が真面目にキルヒホッフの法則を使って解けば20-30分で解ければ十分である。要領よく立式すれば5-10元連立方程式になると思うが,この程度の規模の文字式連立方程式を解く技能がなければ,アナログ回路を本格的に扱うことができない。

図の回路は,R5が無限大であれば,単なる分圧回路の差電圧を求める問題になる。結果の式はその結果を反映しもう少し複雑な式となる。(ヒント)

この問題,有限の抵抗を持つガルバノメータ(検流計)でブリッジの平衡状態をどこまで測定できるかの評価式ともなっている。

この問題では,求める変数はR5を流れる電流Iである。

何がともあれ,このクラスの問題を現実的な時間で解く能力がなければ,キルヒホッフの法則を理解したといえないと感じているアナログエンジニアである。

しかし,大学での基礎教育,基礎訓練が十分ではないので,電子系卒業生の方でも解けない方は多数存在するのも事実である。

初心者の方にはぜひこの問題を解いていただきたい。また,中堅の方にも回路の手解析がどのような手間と工夫が必要か再確認する意味で手がけていただきたいと考える。

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Dcdc_2 昇圧形DC-DCコンバータは,たとえば5Vから同極性の12Vを得るときに使われる。

一般的な解法は,インダクタンスL1に流れる電流が断続せず,C1は十分大きく,Voに含まれるリプルは小さいとの仮定を設ける。

定常状態では,L1を流れる電流の1周期ごとの変化はないので,

ΔIon=VpTon/L1 , ΔIoff=(Vp-Vo)Toff/L1が成立し,かつΔIon+ΔIoff=0である。

SWのオン期間TonにはL1にVpの電圧が掛かり,オフ期間Toffには,ダイオードの電圧降下を無視して,L1にかかる電圧が(Vp-Vo)となる。

これを解くと,Vo=Vp(Ton+Toff)/Toff=Vp/(1-D),DはSWのオン時比率である。

仮定が成立する負荷領域では,出力負荷が変動してもDは変化しない。

しかし,広い負荷,特に軽負荷時の場合にはこの仮定が成立しない。軽負荷ではL1の電流が断続するので,1周期のエネルギー収支に基づいた解析が必要になる。(この解析を記述した書物は少ない)

計算仮定は複雑になるが,昇圧比が大きい場合にはVo≒VpD√(RL/(2L1f))となる。

実際のDC-DCコンバータでは,軽負荷になるとDを小さくして,出力電圧を一定に保つ必要がある。

また,回路はダイオードの入ったLCR回路となるので,少なくとも起動時の共振を防ぐ必要も生じる。負荷変動に対しても配慮することにより,L1などの主回路の定数が決まってくるのである。

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工学では,エンジニアの一生のうちに形を変えて幾度か同じ課題に出会うことが多々ある。

一度はその問題を回避する形で設計しても,回り回って数年後にその問題に直面して,逃げずに解決を迫られることがある。

このような問題は,その分野の基本的課題であると言っても過言ではないと思う。

そして,モノつくりでは,このような問題の解決方法は中堅の方もベテランの方も取得しておかなければならない。アナログ回路教育での課題にもなる。

私の場合の一例には,プッシュプル自励発振回路がある。

その転流を決める条件と,起動時の挙動の追跡ができていなかったのだ。

この点が理解できるとともに,効率を低下させることなく同じ半導体素子で発振周波数を1桁UPを実現できた。飽和形自励発振回路は高周波化には不利とされ,通常,数kHz以下で使用されることが多いが,動作機構の理解とそれに基づく設計式ができると,それなりの定数選択により100kHzを越えてのDC-DCコンバータが実用になるのだ。

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昨日は家には誰も不在。

この間,家猫のチャー君が暇つぶしに電源コードで遊んだ模様。

家に戻ったとき,20W電源コードが2箇所で噛み切られていた。20W,AC100Vの並行2芯コードは細いので,噛み易いらしい。

このクラスのコードが居間にたくさんあるが,AC100Vラインを噛み切られて,半断線状態でショートすると火災の可能性もなくはない。これまではもっと細い2次側の線は切られたことがあるが,今度はもっと危険性が高い。動物に齧られてプラントが停止に追い込まれた例はたくさんある。

早速,大型電気店のパソコンコーナーで,ケーブル整理用品を大量に調達。(息子が調達)

数時間かかって,ケーブル類を整理,補強。危ない太さのコードは2重にガード。

今まで飼った猫はコードを齧らなかったが,チャー君は,今回で3度目のトラブル。前回より危険度はより高い。

猫の成長とともに,やられるコードの太さが太くなってきている。ハインリッヒの法則からすると,過剰なくらいの対策が必要な感触だ。3度もやられれれば,猫の歯の成長を見越しての家中のコード類の保護を考えざるを得ない。

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精密アナログ回路の使命は,いまや物理/計測の世界の信号を如何にきれいな形でGND基準の数Vの電圧信号に整えてADコンバータに引き渡すことにあると思う。

センサの多くは,励起電力に依存した信号を出力する。

センサ入出力関係は,定電圧励起,定電流励起,出力依存性のある電圧励起などの励起方式でも変わる。

出力される信号は,電流,電圧,位相などに計測情報が埋め込まれている。

このような信号を効率よく検出する信号処理系の基本がアナログ回路である。このようなアナログ回路は現実世界,物理・化学世界と深くかかわりを持っているので,デジタルの世界のようにアルゴリズムで表現することはかなり難しい。

センサの関係するアナログ回路では,素養として,どうしても大学レベルの物理・化学の知識が必要となる。

しかも,アナログ回路では,連続量を扱っているにも係わらず,結果はあるレベルを超えなければ意味を成さない結果0,1の世界である。

デジタルの世界は0,1で表現されているが,結果は案外連続的である。できるできないの問題に直面することは少ないように感じている。

結果0,1の世界では,新人,ベテランに関係なくある水準をクリアしなければ製品にならない。それだけに,新規参入が難しい世界となっている。この壁を新人,中堅に乗り越えさせるお手伝いをするのもアナログエンジニアの使命であると考える。

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大きな世界的うねりを感じる。

モノの価値の世界的再編成と思う。

生きていくためには,食料がなければやっていけない。

日本の食料生産は漁業・農業も含めて輸入資材に頼っている。肥料で言えば,リンが特に高騰している。

ハウス栽培なら,石油と肥料が必須。これにより日本では年中,さまざまな食材が手に入る。

鉄はモノつくりの基本資材であるが,鉄鉱石や石炭も大変な値上がりとなっている。

プラスティックは石油そのものであるが,当然これも遅かれ早かれ原料高に見合った値段に落ち着く。

日本は資源も食糧も自給率は低い。

この中で,資源と食料の相対的価値が上がれば,日本の付加価値は逆に下がる。

食料と燃料と工業製品の物価上昇は避けられない。この場面で,たとえば漁業用燃費補償など論外である。

日本は何を持って切り札として国際社会で生きていくのだろうか。

人的減少(少子化)が急激に進む中,未来の現役に過酷な負担をさせる政策にはアナログエンジニアとしては猛反対である。

自然科学・工学といえど世界動向と無縁ではない。そしてアカデミア人の行動に影響する科研費などの査定は文科省が握っていると聞く。

かって作った社会インフラの保守にも金がかかる。この状況を踏まえて限られた金と資源を有効に使う必要があると感じる。

あなたは,現在のモノ,消費エネルギーを1/2以下にして生活する覚悟はありますか。

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1石エミッタ接地回路で,電源Vccが変動する場合を考えてみよう。

エミッタ接地回路では,電源Vccの変動がバイアス回路経由で,バイアス条件を変化させる。これは,入力換算ノイズとなるので,Vccの変動(交流分)がバイアス条件に影響しないように,バイアス回路のVcc側の抵抗を分割してコンデンサで交流分をカットする。この時定数は電源のノイズ周波数に対して十分なローパスフィルタになるように選ばれる。

出力のコレクタ側は抵抗負荷として,Vccが基準電圧ラインなので,Vccの変動はそのまま出力に反映される。

このように1石エミッタ接地回路においては,2つのノイズ伝播経路がある。アナログ回路においては,電源品質が入力換算ノイズレベルを決める大きな要因となっている。

電源ノイズの流入を回避しようとするなら,電源を安定化するか,回路規模の増大を代償としてノイズを受けにくい回路構成にする必要がある。

近年,多く使われるスイッチング電源やDC-DCコンバータのスイッチング周波数は100kHzを越え,しかも高周波のSWノイズが含まれる。高周波ノイズはアナログ系に使われる半導体デバイスの非線形性により回路のDC誤差となりえる。この現象を回避するため,精密アナログ回路では,できるだけ「静かな」電源を使用する。

アナログ回路においては,XX[V]±Y%では電源の評価はできない。その周波数スペクトルも大きな評価項目となるのである。

たかが電源,されど電源しかしアナログ回路にとっては重要なファクターであり,かつ回路設計のさまざまな要素を含むのでその設計は意外に難しい。内作しているアセンブリメーカが次第に減少しているような印象を受ける。

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バイポーラトランジスタの電圧対電流特性は,ほぼ60mV/桁である。式で表現すると

IB=Is・exp(VBE/VT)・・・・・(1)

なので,ln(IB1/Is)=VBE1/VT,ln(IB2/Is)=VBE2/VT VTは熱電圧でkT/q(k:ボルツマン定数,T絶対温度,q:電子電荷)である。常温で26mV。

2式から

ΔVBE=VBE1-VBE2=VT・ln(IB1/IB2)=26mV・ln(I1/I2)=26mV・2.30・log(I1/I2)

であり,60mV/桁となる。(最近では対数の底の変換できない学生・新人が多い)

従って,ある電流でのVBEとIBのデータがあれば,任意の電流値でのベース・エミッタ間電圧VBEが推測できる。

バイポーラトランジスタの標準的な使い方では,データシートの10倍から1/100倍なので単体トランジスタのVBEは0.75V〜0.5Vの範囲であることが多いが,アナログ集積回路中では0.8Vを越えることもある。

たとえば,コレクタ電流1mAでのVBEが判明しているなら,およその有効チップ面積の見当がつく。

極端な使い方,たとえばVBEが0.1V近くまで使う対数増幅器などでは(1)式ではなく,

IB=Is・exp{(VBE/VT)-1}で厳密に計算する。

また,熱電圧VTは+の温度係数を持っているので,VBEそのものの温度係数と打ち消す回路を構成できる。

これが,バンドギャップ形基準電圧源である。種々の回路形式がある。

なお,このような特性はトランジスタが能動状態で動作しているときに成立する。

B・C・Eの一端子を開放して測定すれば,異なる勾配となる。

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居間のサークライン蛍光灯を一斉に交換した。

天井灯なので案外交換が厄介で,机を移動させて長めの脚立を使う。

蛍光灯の実寿命には,ばらつきがあるので色もまちまち,切れたものや風前の灯の物がある。

×ばつ28W。5灯とも長寿命と称するサークラインに交換した。

今回は,少し高価だが長寿命を売りにしている製品を購入した。

通常品:定格寿命6000h 高グレード品:9000h そして長寿命品13000hと称している。

定格寿命を80%光量になるまでの時間と定義しているので,実寿命はもっと長いものと期待したい。

1日10h点燈(居間兼仕事場なので)として1300日,3-4年は大丈夫だろう。

一般に高信頼度や長寿命は製品として付加価値を付けて売りにくいのが通例である。すぐには結果が出ないので,ふつうの消費者はこれまでそのような製品を買いにくかった。このような製品が堂々と平積みで(流通業では売りたい製品を平台の上に並べて売るのです。本も同じ)

結果は3-4年後にでる。そのときに,まだこのブログが継続できていて「蛍光灯その後」の記事が書ければよいなと考えているアナログエンジニアである。

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