正電源と負電源

正電源と聞いても、ぱっとしないと思いますが、つまりプラスの電源ということになり、DC0V以上の物をさします。逆に負電源というのは、DC0V以下の電圧を差し、PC組み立てで電源ユニットに「-12V」という風に書かれているかと思います。負電源は必要あるの?と思われますが、オペレーションアンプ(以下、オペアンプと略す)という部品を駆動させるには、だいたい正負両電源を使用します。このオペアンプの働きは、色々とあり、単純にいうと微弱な信号を数十~数万倍に増幅させたり、電圧の比較を行ったり(コンパレート)できます。セキュリティーのセンサーライトも赤外線センサーと4回路入りオペアンプで構成されています。オペアンプは、オーディオにも使われており、ヘッドフォンアンプなどに内臓されています。

正電源のみでオペアンプを駆動させることもできます。じゃあ負電源は必要ないのでは?と思われるかもしれません。しかしDC0V~12Vまでの正波形よりも、マイナス12V~プラス12Vのほうが、波形の高さは正電源のみの場合より、はるかに正負両電源のほうが大きいですよね?

では、実際にどのようにマイナスの負電源を作るのか。
それには、何種類もありますが、代表的なものを紹介します。

上の写真は、AC100Vから降圧させAC17Vを生成するトランスです。
AC100V側には、安全の為にヒューズを入れてあります。
尚、100V入力側には、ZNR(サージアブソーバー)をいれています。

出力側のAC17Vが2つ、そして中央に0Vがある事に注目してください。これは、センタータップ(CT)といわれており、正負両電源を作るのに必要となります。出力側にセンタータップが無ければ正電源用と思ってください。トランスを2つ使って両電源を作ることもできますが、推奨はしません。

上の写真のようなトランスを使う場合は、下の回路の接続3を使います。
Lのコイルはなくてもかまいません。ブリッジダイオードに入ってきた交流からは、ブリッジダイオードによって直流成分が取りだされます。このブリッジダイオードから取り出された直後の直流成分は、以下のような感じになっています。

このような波形のままでは、きれいな直流とは言えませんね。これを電解コンデンサーを使い、波形の平滑を行っていきます。耐圧は十分にある物を。容量は負荷に応じて選ぶ必要があります。ただ単に大きな電解コンデンサーを繋げればいいのでは?と思われるかもしれませんが、コンセントに差した時に大きな電流が電解コンデンサーに流れ込む為にトランス自体も変更を考える必要性が出てきます。

私は、トランスが17Vの為、正電源側に 35V 4700μF x 2。負電源側にも同じく 4700μF x 2を取り付けてあります。(接続図3のCの部分となります)

接続3によって取りだされた正電源, GND, 負電源は、そのまま使用すると危険です。17Vのトランスであれば無負荷時には20V近く出ていることと思います。これを正電源用と負電源用の三端子レギュレーターにて16Vなどに落として(ドロップアウト分を配慮してください)使用します。極端に電圧を落とし過ぎると、三端子レギュレーターの放熱が追い付かず、モコモコッパチッとなる事がありますのでご注意を。IN/OUTの差分は熱になる事を配慮して部品選びをしましょう。

尚、負電源の作り方とし、接続図1が使用されているサイトをよく見かけますが、これは負電源ではなく、抵抗分圧のバイアス点をGNDと見せかけている底上げ回路です。いわゆる底上げですね。負荷によっては抵抗分圧のバランスが保たれなかったりしますのでお薦めしません。この場合、乾電池が4本ですので、バイアス点はDC3Vの電圧となり、VCCはDC6Vです。

接続図2も、接続図1と似ています。ただ単に4本あった乾電池を2組ペアで、中心をGNDと考えているものです。しかしながらこれにも欠点があり、正側と負側の電圧が同じでなければなりません。

つまり、接続図1の回路は負電源を作った訳ではない抵抗分圧回路ということです。騙されないように。

Filed under: ハードウェア — Daisy 04:58
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