2015年12月12日土曜日

ブロッキング発振で相互誘導

先日、青森の野呂茂樹先生(物理実験の達人)からご連絡を頂き、
興味深い回路を紹介して頂きました。

大阪 生野高校・宝多卓男先生がWEB検索で得られた、
いくつかの情報をもとに工夫された回路だそうで、
Youtubeにアップされてます。


動画を見て感動し、野呂先生のご指導を頂きながら早速作ってみました。

野呂先生の作品はこちらです。


1次側の回路図です。
トランジスタは2N3904PN22222SC2120など、
トランジション周波数の高いものがいいです。

1次コイルは単2電池程度の太さのものに、
まず15回巻き、少し伸ばして、再度同じ方向に15回巻きます。
(コイルの太さは適当でもいいようです。)

電池から外して、バラバラにならないように留めて
2次コイルも同様に電池に巻きます。
宝多先生は30回、野呂先生は10回巻いたものを使われてるそうですが
私は50回巻いたものでやってみます。

1次コイルを上の回路図通りに、ビーズケースに作成しました。
2次コイルには、赤色LEDを逆向きの並列接続で繋いでいます。

スイッチを入れて2次コイルを1次コイルに接近させると
LEDが点灯(高速で点滅)します。
video
ビデオが表示できない場合はYoutubeでご覧ください。

色々とやってるうちに面白い現象がありました。
LEDの片極をコイルから外し、指でつまんだ状態でも点灯するのです。
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2次コイルをコマにして回してみました。
LEDが点灯ではなく、高速で点滅している様子がわかると思います。
video
ビデオが表示できない場合はYoutubeでご覧ください。

光る永久コマも作ってみました。


<2次コイルの電圧波形>
ここで掲載しているグラフは 
1次コイルと2次コイルがピッタリ寄り添った状態で計測をしています。
コイル同士を離すと 電圧は下のグラフよりどんどん下がります。
また2次コイルの巻き数や1次側に入れた抵抗値でも電圧や周波数は大きく変化します。

①無負荷(LEDを接続していない状態の波形)
だいたいプラスマイナス70Vくらいの変動でした。


②赤色LEDを1個接続
この場合は2次コイルの向きによって電圧波形が異なっていました。
ちょっとわかりにくいですが、
左は2次コイルに白い紙を貼った方が上を向いてます。
右は2次コイルに白い紙を貼った方が下を向いてます。
(紙を貼っているかどうかが問題ではなく、
1次コイルに対して、2次コイルがどのような向きになっているかで変わります。
1次コイルもどちらにベースかコレクタを接続するかで変わると思います。)

光り方はほとんど変わりませんが、逆電圧が大きく違います。

 左の場合
逆電圧は3.8V程度なので、
今回使用したLEDのReverse Voltage=5Vより低く問題はないと思います。

 右の場合
逆電圧は18V程度となり、
今回使用したLEDのReverse Voltage=5Vより大きいので
対策が必要と思われます。


③赤色LEDを逆向きの並列接続
上のビデオのように、赤色LEDを逆向きの並列接続にした場合の電圧波形です。
プラス側約2V、マイナス側約1.8Vとなりました。
ビデオで見ると一方が明るく、もう一方は暗く見えますが
明るい方は2V、暗い方は1.8Vです。



<7色に変化するLEDを点灯>

野呂先生より、「相互誘導で7色に変化するイルミネーションLEDを点灯」
の提案を頂きました。

7色に変化するLEDは電流が流れ続けないと色が変化しません。
電流が切れると、リセットされ最初の色に戻ります。

そのためオンオフを繰り返す発振回路や、
今回のように、正負逆転を繰り返す発振回路では
常に最初の1色のみ(赤色) のみの発色となってしまいます。

そこで、2次回路を「整流平滑回路」にします。
今回は「半波整流平滑回路」でやってみました。

↓2次回路の回路図です。

<コイル>
1次側回路は上の方で書いたものと同じです。(コイルは15回-15回巻き)
2次側コイルは50回巻いています。
10回巻き程度でも点灯しますが、主に赤・青・緑しか点灯しません。
綺麗に7色を発光させたい場合は50回くらい巻いた方が良さそうです。

<ダイオード>
ダイオードは高速スイッチングダイオード(1N4148)を使用しました。
シリコンダイオード(1N4007)でも光りますが光り方は断然1N4148の方がいいです。
(ショットキーバリアダイオードでも1N4148と同様に良く光ります。)

<電解コンデンサ>
色んな容量のものを試しましたが、大きな違いはないので、
特に10μFじゃなくてもOKだと思います。

<抵抗値>
100Ω以上は入れた方が良さそうです。
1kΩでも明るく光ります。

video


2次側のLEDの端子波形です。
(1次コイルと2次コイルがピッタリ寄り添った状態で計測をしています。)
常に正方向の電圧波形となり、7色に光るLEDが点灯します。



(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)

2 件のコメント:

  1. 解説、堪りません。よすぎます。
    また来ます。

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    1. ありがとうございます~♪ 是非ぜひ、また宜しくお願いしま~す。

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