実験用定電圧電源の設計と製作～その2：トラッキングレギュレータの製作～

2021年9月20日の日記

 現在テスト中です。

さて，今回は最終的に設計を完了し，プリント基板を作ってテストしてみたいと思います。

前回，LTspiceでシミュレーションをして，回路の定数を決めました。最終回路は下記の通りです。

トラッキングレギュレータ全回路

基本的にはシリーズレギュレータなんですが，±電圧が出力できるよう，トラッキングレギュレータとしています。また，整流は両波倍電圧整流とし，平滑用コンデンサの中点で接地し，±出力としています。よく，真空管のOTLアンプで用いられる回路ですが，一般的なブリッジ整流とすると2次側巻線が倍になり，トランスが大きくなるので止めました。

トラッキングレギュレータについては，前回の解説をご覧ください。

今回，出力電圧は5段階＋可変出力とし，出力電圧範囲は3V～22Vとしました。3Vや5VはC-MOSやTTLのテスト用，9Vは006Pの代わり，15VはOPアンプ用，可変出力はDCプリアンプの実験用です。これだけ広範囲に電圧可変ができて，±出力できるものはないと思います。

最大電流は200mAくらいにしようかと思いましたが，小型化のため，100mAで保護回路が動作するようにしました。まあ，OPアンプの実験用なら十分すぎる容量ですし，もし，被測定回路に誤配線があっても，最大でも流れる電流は100mAで制限されるので，助かる確率が高いと思います。前回紹介した，中国製の大容量可変電源は5Aとか，10Aのものも多く，かえって危険だと思います。

また，単なる可変定電圧電源としてではなく，DCプリアンプの実験用にノイズ対策も考えてあり，整流はファーストリカバリ，また，基準電源はテキサスのTL431を使い2.5Vとしました。これは最低出力電圧を3V以下にするためです。かつ，この前紹介した本の通り，出力にπ型フィルタを入れてみました。

さて，いつものようにプリント基板を作って試験します。本では万能基板を使っていますけど......これだけ複雑な回路なのに，万能基板を使う人が特に特注測定器を作るプロの方には多いようなんですが，よくやるよな～～って，いつも思います。iruchanは正直，失敗や故障のもとだと思っています。金田氏も昔から万能基板なんですけど.....。

 完成したプリント基板。

　感光フィルムを使った自作基板です。きれいにできました。

制御素子は部品箱に眠っていた，東芝の2SB753，2SD634にしました。同じTO-220ですが，コンプリじゃありません。どちらも定格はVCEO=80V, Ic=7A, Pc=40Wと大きなものです。あらためて規格表を見てみると今ごろ見てるんかい2SD634はダーリントンです。特に問題ないと思います。

 2SB753/2SD634

東芝のPチャンネル素子が緑色だった頃のもので，懐かしいです。昔はよかったな～～～

さて，基板をチェックしたあと，慎重にスライダックで加圧しました。特にケミコンがパンクしたり，抵抗から煙が出たりすることもなかったのでまずはひと安心

すぐに出力電圧を調べてみますが，12Vくらいが出ており，－側も同じ値なので，問題なさそうです。VRを変化させると電圧もスムーズに変化するので，成功のようです。

ただ，最大出力電圧は22Vくらいになるはずなのに，12Vしか出ません。ちょっとまずいです。

調べてみると，VRに50kΩを使っていました。103と書かれていないといけないのに，503と書いてあり，部品箱から取り出すときに間違えたようです.....orz。

気を取り直して10kΩにして正常に動作しました。

　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆　　　　　　　　　☆

ケースはタカチのSYH-110Bを使いました。サイズは110（W)×76（H）×140（D)mmで，やはり少し小さすぎました。トランスは東栄のJ2403にしました。24V，0.3Aの容量があります。

可変出力もあるので，メータをつけようと思い，秋月で売っている，台湾DER社製のDE-2645を使いました。有効数字3桁なので，6.35Vなどと表示してくれるのはありがたいです。

ただ......。

電源は電圧測定端子から取るので，測定する電圧によってLEDの輝度が変わります.....

まあ，輝度が変わると言ってもそれほど変化は大きくないのですが，さすがに3VくらいではLEDの輝度が低く，見にくいです。また，2.5V以下だと完全に消えてしまいます。

一体，なにを考えて設計しているのか......。

と言う次第ですけど，一応，試験もOKそうなので，次回はケースに収めて完成，としたいと思います。

2021年9月29日追記

しばらくテストしていたんですけど.....30分ほどしておかしなことになりました。

出力電圧が22Vくらいになり，調整できません。

う～～ん，何か壊れたな......

まあ，普通，こんなことはあまりなくて，壊れるならすぐに壊れるものですけど....。

OPアンプを触ってみるとあっチッチ

NJM2147Dが壊れたか，と思いました。

確かに，規格表を見ると最大定格500mWと書いてあり，LTspiceでも400mWくらいの消費になっているので，ちょっとギリギリです。

でも，NJM2147Dを取り替えても現象は同じなので，OPアンプが壊れたわけではなさそうです。

次に疑うのは制御Trですが，2SB753/2SD634とも問題ありません。

なにが原因かわからなくなってしまいました。

ただ，オシロをつないでみるとOPアンプが不安定で，やはり発振気味のようです。OPアンプの入出力間に入っている100pFを大幅容量upで0.1μFにして発振が止まりました。

と言うことで，なにが原因かわからないのですが，どうもインバーテッドダーリントンに使っている2SC1815が怪しいと思い，交換してみると直りました。

と言う次第で，若干パワーアップして，2SC2655と交換しました。ついでに，2SD634もダーリントンTrなので，もったいないので松下の2SD317Aにしました。

これ，LEDの調光器に使っていたんですが，fTが25kHzと鈍足で，リストラした余りものです。レギュレータなら問題ないでしょう。2SC2655もオリジナルは東芝ですが，部品箱にあった台湾UTC製のいらない子を使いました。

OPアンプはやはり多少発熱するので，何か放熱器を，と考えて秋月で売っているラテパンダ用のヒートシンクをエポキシでくっつけちゃいました。LF356HなどのメタルキャンOPアンプなら，TO-5用の放熱器が使えますが，DIP8ピンのOPアンプだといいものはありませんが，これはなかなかよさそうです。

 ラテパンダ用ヒートシンクをつけました。

と言う次第で，ようやくテスト終了です。制御Trに取りつけた放熱器もほんのり熱くなるくらいで問題ありません。

コメント 4

理解できませんでした(@^▽^@)
by U3 (2021-10-03 11:38) 

U3さん，どうもコメントをありがとうございました。回路については，前回，書いております。よろしければご覧ください。
こういうのを1台，作っておくと便利だと思います。
by iruchan (2021-10-03 19:32) 

毎度興味深く拝見しております。

DE-2645ですが、下記改造し別電源とすることで1.5Vから表示可能になります。
http://www7.plala.or.jp/jh1ndm/ps.htm

尚、平滑コン不足で発振音が気になる場合は下記で対策可能とのことですが、
中年な自分はモスキート音が聴こえないので不要でした。(爆)
http://jo3xgr.blog.fc2.com/blog-entry-199.html

以上、ご参考まで。
by 行灯猫 (2021-10-09 12:45) 

行灯猫さん，どうもコメントをありがとうございます。

DE-2645の件，どうもご教示ありがとうございました。なにかできるのではないかと思い，同社のWEBを見たのですがなにも出ていないのであきらめていました。

また，オシロで波形を見るとこのユニットのノイズが出ていますので，測定時は切ろうか，と考えています。これならアナログメータの方がよかったか，と言う気もしますが，今時アナログ式か，と思って止めました。

どうもご教示ありがとうございます。
by iruchan (2021-10-09 12:55)