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プロフィール

剣菱P

Author:剣菱P
剣菱Pと申します。
性別:男
年齢:27
二兎を追って一兎も得られないタイプ

マイコンやプログラミング、ニコニコ動画、雑記等
方向性は見えずとも、ちょっとずつ更新していく予定です!

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うーん、ハイパスフィルタが難しい


1kHzにだけ反応するような光センサを作りたいので

フィルタの勉強をし始めたが…

どうにも思うように行かない

1kHzだけに反応してほしいので100Hz 10kHzでは反応をしてほしくない

とりあえず前回ハイパスフィルタの勉強をしたので
1kHz以上は通すハイパスフィルタを設置してみたが、

100Hzの方形波の高周波成分が通過してきてしまう。

どうしてもこれが消せないので、先にローパスフィルタを試してみることにした

ローパスフィルタをかませて10kHzに反応しないようになるかを試してみたら、
これはすんなりうまく行った。

ここで
「ローパスフィルタをかませたことで100Hzの方形波の高周波成分も消されたってことは、
この後ハイパスフィルタかませればうまくいくかも!!」

とテンションがあがったのはいいが

実際に試してみると100Hzの方形波のうちの1kHzくらいの成分が残ってしまっている。

そりゃそうだよなぁ…


ローパスフィルタはあっけなくうまく行ったけど、
ハイパスフィルタで僕の目指す波形を得ることが中々難しい


どうやらもう一工夫必要なようだ まだ解決策はイメージできてないけどオペアンプでの演算で何とかなったりしないだろうか とぼんやり考えてみる。


オシロスコープ キャリブレーション


ずっと気になっていたけど

オシロの信号の基準位置がずれてる!

s-Picture 80
左端の赤い矢印と0vのラインが一致しない

気になってはいたけど、ずらして調節すればいいやと思って
しばらくはこうやって基準位置を手動で補正してごまかしてきたけど

やっぱりちゃんと直さなきゃダメだな
直流ならまだしも、交流だと基準がどこかわかりにくすぎる

で、いろいろいじってみたところオートキャリブレーションなる項目を発見

s-Picture 86
うむ、あっさり位置が補正された

こんなに簡単なことなのに、ずっと直さずにいたのがバカみたいだ


フィルターのお勉強


今回はハイパスフィルターの勉強をしてみたい

前回1kHzのに反応するためのフォトトランジスタの抵抗を決めたので
1kHzより下の周波数を切り捨てるためにハイパスフィルターをつける
Picture 75

さて、ハイパスフィルターを使ったことが無いけど、本当に低い周波数は通さないのかな

まずは実験して確かめてみよう。

Cを0.1μF Rを1.8kにするとカットオフ周波数はだいたい1kHz位になる計算
(本当は1.6kΩって計算だったけど)

まずは1kHzの方形波を入力してみる。
s-Picture 76

カットオフ周波数は-3dBになる周波数だから 出力が入力の半分くらいになるってことだよな
なんとんなく想像していた波形と違うけど

回路を見てみると、確かにこうなるよな

0-5vの方形波は2.5v基準で+2.5とー2.5の波といえるわけだから、
コンデンサを通したことで直流の基準2.5Vがカットされてマイナス側にもふれてしまうわけか

方形波の立ち上がりでコンデンサが充電されて出力の電圧が一気に上がって
充電が進むと電流が流れなくなっていってOUTの電圧が下がり始める
方形波の立下りでコンデンサが放電を始めるので出力がマイナスに変わる
放電がすすんでマイナスから0vに戻ってくるってわけだよな

ふむふむ
とりあえず次は100Hzの方形波を入力してみるか
s-Picture 77
うん1kHzの時より波形の面積が小さくなってる

ただ、イメージしてた感じだと100Hzくらいになると波形が見えなくなると思ってたけど
そうじゃないのか
方形波はいろんなサイン波の重ね合わせだからその中の高い周波数成分が現れちゃってるって事でいいのかな?

次は10kHzでいってみよう
s-Picture 80
おお、だいぶ元の形に近い出力になってる
コンデンサの充放電の時間より信号の変化のほうが早いって事か

次は100kHz
s-Picture 79
ますます方形波っぽくなった


なるほどね、ハイパスフィルタというものがちょっとだけわかった気がした。


フォトトランジスタの感度


リモコン用の赤外線受信モジュールのように、特定の周波数にだけ反応するような光センサが作りたい。
ただ、リモコン用のように光の強弱にかかわらず一定の出力をだすのではなく、
光の強さで出力も変化するものが必要。

ってなわけで、実験をしていこう。

まずはフォトリフレクタをつくって実験。
Picture 69

Rの値をいくつか変えて試してみる

とりあえずRを大きくすれば感度はよくなるよなぁ… でも応答速度は落ちそうな気がする

まぁ、何はともあれやってみよう 応答速度と感度を確認するためにこんな感じで実験。
Picture 67
フォトトランジスタはL-51ROPT1D1
赤外線LEDはOSI5LA5113A

Rが1kΩの時
s-Picture 71

赤がLEDのPWM信号(1kHz)
黄色がフォトトランジスタの出力

Rが10kΩの時
s-Picture 72
感度が上がってるけど波形が丸くなってる

Rが100kΩの時
s-Picture 73
感度はまたあがったけど、上のほうは飽和しちゃってる
波形はまた方形波から遠のいてのこぎり波に近くなってきてる

Rが1MΩの時
s-Picture 74

飽和しちゃってパルスがあまり確認できなくなってる。

予想通りの結果が得られた。

特定の周波数に反応するようにするためには、まずフォトトランジスタの出力が
その特定の周波数を再現できなきゃいけない よね

今回の実験につかった1kHzをその周波数とすると、信号をつぶさずに1kHzを出力できていた
10kΩが目安か

次はフィルターをつくって特定の周波数に反応するようにしよう。


ラズベリーパイで遊ぶ準備


わずかだけどお金が入ったので
ラズベリーパイで遊ぶための安いキーボードとマウスを買ってきた
DSC_1302.jpg

あとついでに別のSDカードも購入

これで遊び始められる



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