最終更新: 2017/06/07(Wed)23:56

「つくる」をお題目に、トイラジやらVoltyやら、いろいろゴソゴソやってます -kyu-

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ノイズ…なのか

前回の宿題だったHブリッジのトランジスタは、手元に余っていた純正品を2段積み。トランジスタの2段積みはあまりよろしくないようですが、壊してしまったら違う方法を考えればいいのでひとまずやってみました。

さて、前回の記事で「チャタリング」と表現している内容、もうちょっと正確に書いてみます。
静止している状態ではなにも起きません。ステアリングがびくつくとか、突然クルマが動き出すということもありません。静止したままステアボタンを押すとちゃんとステアリングが切れます。
このステアを切った状態で前進ボタンを押すと、ステアが激しくニュートラルとフルステアを繰り返し、さらに前進も断続的にオン/オフを繰り返します。
静止した状態から前進ボタンのみ押した場合も、距離が近い場合は大丈夫ですが、ちょっと離れてしまうと同じ現象が現れます。

まず、起動時にモーターが電気をバカ食いして制御回路の電圧降下を招いている可能性を疑って、電源ラインに1000μFの電解コンデンサを入れてみましたがまったく現象は変わりませんでした。容量は多ければいいというものではないのでしょうかね。

次にモーター。前回の記事のとおり、カンを開けて内部を清掃しブラシはほぼ新品と入れ替えました。コミュテータとブラシのあたりが悪くて相当なスパークが飛んでいると思われました。コミュ研磨機などというたいそうなものは持ち合わせていないので、変色したコミュテータを耐水ペーパーで磨きます。
ノイズキラーのセラミックコンデンサを積層セラコンに変更。電極~電極のほかにプラス電極~カンとマイナス電極~カンに渡して計3ヶ取り付けます。容量は0.1μF、耐圧50Vのものです。
結局、どれも効果はありませんでした。

走れないのではつまらないので、ひとまず純正ハイスピードモーターに戻してしまいました。

さてどうしたものか。
以前、問題なかったときとの最大の違いは基板です。以前はラジカン基板プラスFETモータドライバ、現在はカスタマックス基板プラストランジスタ2段積み。モーターをドライブする回路と制御回路は分けたほうがいいのでしょうか。それとも2段積みのトランジスタが仕事をしていないのでしょうか。しばらく試行錯誤が続きそうな予感です。

コメント

35件のコメントがあります

>トランジスタの2段積み

実はここが非常に気になりました。
トランジスタをスイッチング素子として使用する場合、十分にベース電流を流す必要があるみたいですが、それ以前に2段積みという事は、ベースを並列にして接続する事になりますから、それぞれのベースに抵抗を付けてバイアス電流を流す必要があると思います。
うまく説明できませんが、インピーダンスが高くなってトランジスタそのものが発振している可能性もあります。
根本的な解決ではありませんが、ベースとグランドの間に0.01μFのセラミックコンデンサを入れるとどうなるでしょうね。
発振防止という意味で。

  • まるは

昨日は大量画像の提供ありがとうございました。
チャタリングについては、以前から研究候補に上げていたのですが、
なかなか手がつけられなくて・・・。

Ni-MHを使用することによる電圧不足+起動電流による電圧低下が原因と
踏んでいるのですが、きちんと見極め出来ていなかったので、自サイトには
アップしていませんでした。

大容量のキャパシタも用意してあるのですが、こちらの検証もまだです。

結果が見えたら、また寄らせて頂きます。

 カスタマックスの基板をルーペで見て、データシートも再度見てみました。
気になったのは、HブリッジのPNP側のベースがプルアップされていません。
基板も同様になっていました。
これですと、PNP側が完全にOFFにならないと思うのですが、時間があればプルアップ抵抗をトランジスタのエミッタとベース間に付けてみようと思います。
とりあえず気になった点でした。

  • まるは

トランジスタの2段積み、どこで聞いてもあまりよろしくないようですね。
実は、注文していた部品がやっと届いたので、2段積みはもうおしまいです。
なにが届いたのかはこうご期待
(っていっても目新しいものじゃないです)

>かっちゃんさん
電圧不足だとすると5セルにしてしまえばいい、なんてのは素人考えですかねぇ。ちょっとトライしてみようとおもってます。

>まるはさん
PNP側が完全にOFFにならない、ですか。具体的にどんな症状が出そうでしょう。FWDとBWDのTRの間に貫通電流が流れる、とか。これがチャタの原因だったらホントうれしいです。

  • kyu

Ni-MH5セルという話が出てきたので、試しにオキシ4セル(6.8V)でチャタの様子を見てみましたが、あまり変化はありませんでした。ちなみに、コントローラもオキシです。
定電圧を上げることよりも、起動時の電圧降下を抑止することが関係するのか、やはりノイズの問題なのか・・・
まだまだ探求は続きます。。。

まるはさんのBlogにある”おまじない”が効きそうな気配もあるのですがどうでしょう?

偶然ですね。まだ記事にしていないのですが、わたしも先日ニッケル水素5セルをカスタマに試してみました。ですがほとんど効果は無かったです。
電圧降下対策としてつけてみた電解コンデンサもダメでしたので、電圧というよりは検波回路の問題なのではと思っています。
旧ラジカンはノーマルで2セル仕様。これを4セルで動作させてもチャタの問題はほとんど起きません。4セルにすることで検波回路の増幅率が上がったのではないかななどと、素人発想をしています。
測定器といえばテスタくらいしか持っていませんので、クリスタルイヤホンを入手してRX2の信号入力部に繋いでみようかと考えています。

「おまじない」はキャパシタ+フェライトビースでしたよね。残念ながら職場のジャンクにはFFC用の大きなフェライトコアしかないので、こちらも探してみようかな。

いずれにしても、チャタ対策とはノイズを減少させるか受信感度を上げるかのどちらか(または両方)になると思います。

  • kyu

8月発売のパジェロをママーズに注文したのですが、さっぱり届かず工作に着手できません。せっかく割引があるので、店で買わずにネット注文にしたのですが・・・
 この車の基板で動作検証しようと思っていました。

>PNP側にプルアップ抵抗が付いていない
通常考えられる事は、PNPのベースをプルアップ(バイアス電流を流す)する事で、スイッチング素子として動作しているトランジスタの動作を完全に停止させる事が出来ます。
回路上では、コレクタから電流が流れなくなるため、動作としてはモータへ電気が供給されなくなります。
 ただ、カスタマックスの基板を見ると、受信機用ICからNPNトランジスタで論理反転して、NPNのコレクタがPNPのベースにつながっているので、NPNがONの場合はPNPのベースは0.6V以下の電圧になりますが、NPNがOFFの場合に不安定な状態になるのではないでしょうか。
双方のPNPがこうなっているので、せっかく前進/後進を切り替えようとしてもPNP側は中途半端に動作していると考えたのですが、いかがでしょうね。
 それとステアリングのチャタも見てみたいところです。

回路上で高電圧の件ですが、受信機ICにはツェナーダイオードで定電圧化されているため、3V以上かかることはありませんが、ステアリング/駆動用モータ制御用のトランジスタには、付けたバッテリの電圧だけかかるようです。

>おまじない
これこそ、おまじないですね。(笑

  • まるは

まるはさんの >PNP側にプルアップ抵抗が付いていない を見て、データシートを改めて見てみました。
ふむふむそうですね。基板をジーと見ているだけでは到底気付きませんでした。
B-E間に数kΩの抵抗を入れてみたらいいんでしょうか。ジャンクを探しに行ってきまーす!

>ツェナーダイオードで定電圧化
うーんデータシートは、やっぱり良く見なきゃいけません。。。(教訓)
2.7Vに定圧化されているようですね。
ということは、以前経験したチャタ解決法(電池を入れ替えろ!)は、ただ単に、電池がチビていただけなんですね。

>おまじない
電池にパラに入れていると思うのですが、電圧降下対策というよりむしろ、DC分のノイズ除去(平滑化)に働いているのでしょうか?

チャタですが、送信機側の出力を上げるという手もありかなと。006Pで9V給電して。
TX2のVDDはツェナーダイオードか三端子レギュレータで3.9Vに降圧すべしなんて記事が海外サイトにありますね。

RX2側も同様に給電電圧は落としておいて、電波を受け取るあたりだけ高圧にしてあげれば…
うーん、検証は難しそうです。

どこかにカスタマ基板の回路図を起こしてくれる勇者はいないものか。
…自分でやれって感じですね(^^;)

  • kyu

>チャタの一件について
こちらもあちこちでresしていますので、どこで何を書いたのか自分でも覚えていなくて申し訳ありません。;;;

>B-E間に数kΩの抵抗を入れてみたらいいんでしょうか
PNP側のトランジスタの足に抵抗を付けてみてください。抵抗値は4.7KΩから22KΩと適当な値で十分だと思います。ただし、左右のPNPに付ける抵抗は、同じ値がいいと思います。
また、2段積みしている場合、トランジスタそのものが発振している恐れもありますが、まずはプルアップ抵抗を付けてから対策するのが賢明ですね。1KΩを付けても十分動作すると思います。
 
NPN側も若干気になります。
受信用ICからNPNトラジスタを介して、そのエミッタが駆動用NPNのベースに直接繋がっています。
欲を言うなら、最初のNPNエミッタと駆動用のNPNベースの間のパターンを切り、100Ωから1KΩの抵抗を入れ、最初のNPNエミッタから10KΩでグランドに落としてみようと思っています。
 これも上のPNPと同様に、動作停止時に駆動用NPNを完全に停止させるためなのですが。
(字にするとわけが分かりませんね;;;)

>以前経験したチャタ解決法(電池を入れ替えろ!)
>おまじない
乾電池(充電できない1次電池)の内部抵抗は、放電電圧が末期になると相当な値になるらしく、回路の電源インピーダンスも高くなり動作が不安定になるようです。
 おまじないは、御指摘どおり電池の両端に入れる格好になります。
モータの電流からしますと、たとえ1000μFでも一瞬しか回せない電荷量ですが、マイクロ秒あたりでの電圧降下にも役に立つと思いますし、電源インピーダンスを低くするため異常発振も起こしにくく(あくまでも)なると思います。
 フェライトビーズも、本来は電源のプラス/マイナスの線に通す物ですので、私の方法は正確には間違っていると言えます。
それでもコンデンサの足に付けたのと付けないのでは、あきらかに差が出る模様です。
(狭い部屋で12バンド使う状況下のみ)
ですから、「おまじない」という事で。

  • まるは

>どこかにカスタマ基板の回路図を起こしてくれる勇者はいないものか。
 回路をざっと追った感じでは、データシートにある回路と、ほとんど変わらない様な気がします。

超再生検波回路は、相変わらず理解不能な状況ですが、データシートを見ると、120KΩを可変にすれば、帰還量を弄れる様な気がします。。。

今注目しているのは、ツェナーとパラに入っている100μFの電解を弄ったらどうなるのかといったところです。

ネタ振りばかりしていますので、この週末には挑戦してみます。。。 ^^)/

 注文していたカスタマックスがやっと届きました。ランクル?。はてパジェロ頼んだのですが、まぁ良しとしましょう。

さっそく以前の基板のトランジスタを外して2段積みにしてみました。

基板をばらしたまま机の上で動作させても、最初から付いていたモータでは全く問題なく。
ターボをキャンセルするのを忘れていてチップ抵抗を外しましたが変化なく。

これは離れなければいけないのかと、組み上げてタイヤも付けて壁越しに数メートル離れてみましたが、全く問題なく動作してくれました。はて?
2段積みにするとさすがにモータの回りも良くなっています。
電池は付属のアルカリ電池(新品)でした。
ここは使い古しをと思いましたが、そういう時に限ってないです。

ここふと。
新しい基板の方は全く解析していない事に気づきました(笑
近日中に何が違うのか見比べてみる事にします。

  • まるは

言葉が足りなかったようです。
いわゆる「チャタ」は、社外品のモーターを取り付けたときに起きています。こちらで確認できているのはタミヤのミニ四駆用「パワーダッシュ」です。
標準でついてくるモーター2種ではまったく問題ないです。

  • kyu

 パワーダッシュモータに換装して、症状が発生しました。
走行させなければ、この状況にならないようです。
走行用トランジスタにプルアップ抵抗をつけましたが、あまり効果なさそうでした。
という前にステアリング用にも同様の対策をしてみる必要がりそうですね。
試してみます。

  • まるは

 抵抗を追加してみました。
しかし、芳しくありません。
5分ほど部屋を走らせアルカリ電池に触るとかなり熱くなっていました。
電力不足も考えられるので、Mini-Zで使っていた単4ニッ水電池にしてみました。
少し改善された程度でした。

先は長そうです。;;;

  • まるは

ノイズ対策として、0.1μFをモータリードを接続している基板側のポイントに取り付けたところ、操作距離限界ぎりぎりの位置において、ステア単独・走行単独でチャタる現象は抑え込むことができ、結果、操作距離限界も、かなり広くなりました。

しかし、ステアを切った状態からRUNさせようとすると、以前の限界とほとんど変化がありませんでした。
走行系・ステア系のプルアップ抵抗も、手をプルプル震わせながら取り付けてみましたが、効果はなく「うーん」といった感じです。

近距離ではステア+RUNでも全く支障がないところを見ると、単に電圧降下対策だけでは済まなさそうです。

kyuさん説の、「受信感度を落とさない&送信出力を上げる」が効きそうな気配・・・

DataSheetを見ると、作動電圧は
TX2C:1.5-5.0V
RX2C:1.5-5.0V(no using DC-DC) 1.0-3.0V(using DC-DC)
と規定されていますので、
コントラーラ側を3セル化するのと、レシーバ側の「ツェナーダイオード」撤去(ちょいヤバ?)をやってみようと思います。

コントローラ側もツェナーが入っているようですね。
3セル化して、これも撤去じゃー ・・・ ってやっぱりヤバイんでしょうかね。

 昨日からいくつか試してみましたが、大体満足できる改造方法が分かりました。
詳しくは私のBLOGに写真入りでアップしています。
 ポイントは受信用ICに積層コンデンサを取り付けた事でした。
原因ははっきり分かりませんが、ハイパワーモータ搭載でノイズが回り込んでいたのかもしれませんね。
送信機側にも手を入れ、なぜか3m付近だけで発生するノーコン状態も改善されました。

ただ走行させて思ったのは、モータパワー(パワーダッシュ)にステアリングが負けてしまいます。特に前進した時に一瞬ステアリングが戻りかけてしまいますが、今まではここでブルブルと動き続け、全く曲がってくれなかったのか、対策後はとりあえずどちらかの舵角を保持してくれるようです。

  • まるは

RX2Cの2番~14番ピンに積層コンデンサを入れる方法、検証してみましたが、結果はあまり芳しくありませんでした。
かえって受信距離が狭くなってしまい、前進/後退や右/左単独でもチャタるような始末です。

まるはさんの場合との違いは1)積層セラコンが104(0.1μF)であること、2)HブリッジのTrをSANYOの2SA2014/2SC5567に換装していることの2点です。

特に2)の影響が大きいのかもしれません。

  • kyu

RX2C 2-14間に、0.022μFを取り付け好結果を収めました。
元々の考えは VDD-GND(2-13)に入れるつもりでいたのですが、ミスって2-14に接続しており、結果として、まるはさんと同じことをして好結果につながったようです。やれやれ。

初めは私もkyuさんと同じように0.1μFを入れてみたのですが、私もチャタ悪化を経験しています。

セラコンは、一桁小さい位で丁度良いと思います。

VI1~GND(14~2番ピン)間の積層セラコンを0.01μFに変更してみました。
良くはなりましたがまだまだ満足できるレベルではありません。まともに操作できる範囲は距離にして3m位でしょうか。はて、何がいけないのでしょうか。いわゆる「バズレ」を引いてしまった予感。なお、コンデンサを入れる場所はVDD~GND間ではまったくだめでした。

また、受信基板のツェナーダイオードを手持ちの4.3V品に交換してみましたが、かえって状況は悪化。ニッ水4セルでVDD~GND間電圧は交換前は3V、交換後は3.5Vなのにもかかわらず、です。
ツェナーダイオードはその原理上、ただのノイズ源になっているような気がしてなりません。

みなさんのようにはやく成功事例を写真付きで記事にしたいものです。はぁ~

  • kyu

>操作できる範囲は距離にして3m位でしょうか
2-14間にコンデンサを入れるということは、受信感度を下げる方向に向かうと思います。
ですから誤動作は減りますが、電波が届く範囲も狭くなってしまうのかもしれません。

 送信機側の対策もしてみて下さい。
単3電池2本を006Pに交換して部品を追加する方法も考えてみましたが、また着手していません。
アンテナ線。念のために交換してみて下さい。

>ツェナーダイオードはその原理上、ただのノイズ源
 ツェナーダイオードも、十分に電流を流さなければ異常発振する事もあります。
通常は数mAも流すと多すぎですが。
ただ、ツェナーダイオードの電圧を変更すると超再生検波回路の電圧も変わってしまうため、発振状態も変わると思います。
 回路の特性上、異常発振する寸前で最高感度になるらしく、簡単な回路だけに1度バランスが崩れると動作さえままないようなので、逆にどう対応しようかと頭抱えています。

  • まるは

> kyuさん
私の場合、コントローラの改造は未着手ですが、ロッドアンテナを長いものに替えているのが効いているのかも。。。
その時同時に、基板から出るANT線を0.75sq線に張り替えたりもしています。

微妙な差ではありますが、御二人がVI1に取り付けた0.01に対して、私は0.022μFというのも意外とポイントなのかもしれません。
受信側のツェナーは弄らない方が良いようですね。超再生検波のクエンチング発振は相当微妙な様で、「ここ!」というポイントを外すと急激に感度が低下してしまうのだそうです。(以前のマルチバンド化研究を断念したのも、結局このバランスが分からなかったからですし・・・)

連レス済みません。

これまで行ってきた受信機側の改造により、操作可能範囲は大きく拡張されたのですが、チャタリングが全く起きなくなったわけではありません。

屋外では10m以上離れていても、楽々操作が出来るのに、屋内では(無改造)2-3m程度なんて酷いと思いませんか?
(確認した最長距離は、屋外で40m以上です)

もっとも、屋内には怪電波を発する電化製品が一杯ですし、邪魔な壁も存在するしで、屋外とは比べるまでも無いのでしょうが、もう少し何とかせねばと思っています。

取り敢えず、コントローラの回路を書き起こして、自サイトのBBSに公開しました。(定数は削除しています)

これを見ると、TX2Cの電源規格内(5V)である「3セル化」が、最もお手軽な出力アップ法かと・・・

最終目標は006P(9V)対応を目指します!

お二人の言うとおり、超再生検波回路はかなり微妙なもののようですね。発振する寸前が一番感度がいいのだから、その領域を無理やり作り出してやるなんて、かなりぶっ飛んだ発想のシロモノのようですから。でもすごいですよね。真空管ラジオの時代からの回路だとか。

送信機に006Pの件ですが、RM250がまさにそれです。この送信機で(在りし日の)カスタマを操ってみましたが、チャタに関してはあまり影響はありませんでした。
まあ、バラして確認していないので、TX2Cに何ボルト供給されているのかまでは分かりません。

>屋内では(無改造)2-3m程度なんて酷い

確かにおっしゃるとおり。カスタマは外で遊べということなのでしょうかねぇ。TAIYOさんのカスタマサイトにあるムービーも、メインは屋外でオフロダだし。

  • kyu

 223の積層コンデンサは。。。これまた手持ちにありませんでした。
次回、購入してきて交換して見ることにします。
 部屋の中の3mの謎。不思議ですね。
送信機側に手を加えて、部屋の中での現象は改善された模様ですが完璧ではありません。
怪電波にいとも簡単に負けます。

受信が弱いなら、送信パワーアップで対抗するしかありませんね。

  • まるは

コントローラの出力アップ改造(9v化)が、ほぼ完了しました。(残件:電源SW&電池Box加工)

結果として、チャタリングを完全に抑えることは出来ませんでしたが、操作可能範囲が大きく広がり、通常操作する範囲(5-6m)+αにおいては、全く問題ありません。

検証の際に分かったことなのですが、Normalのコントローラの場合、アンテナの向きによって、チャタの発生状況が結構変化し、以外に指向性があることが分かりました。
しかし、出力アップ改造後は、アンテナの向きに、ほとんど影響されなくなりましたので、この点からも出力が上がったことが実感できます。

仕事が速いですねぇ。
電源SW要とのことですから、ツェナーか三端子レギュレータで降圧したのでしょうね。
Wikiへの記事のアップ、期待してます。

こちらはまた仕事が忙しくなってきてしまい、まったくラジいじりできてません(;_;)

  • kyu

>仕事が速いですねぇ。
結局3連休の間は、家族サービスであっという間に過ぎていきました。 ^^)

9V化の前に、単四3セル化の実験も行ったのですが、受信機無改造車の、ステア/RUN単独動作時のチャタが、多少改善された程度で、ハッキリとした効果は確認できませんでした。

お手軽改造としては「アリ」かなとも思いますが、効果を求める向きにはチョッと・・・

TX2Cの定格内ということで、3セルとしているので、コントローラ自体は全く問題なく作動しました。
* オキシ(1.7V*3=5.1V)です。

>9V化の際のTX2Cへの給電
Datasheetの回路例は、3Vツェナーを使用していますが、少しでも安定方向にと考え、5.1Vツェナーを選択しています。

>少しでも安定方向にと考え、5.1Vツェナーを選択しています。

耐える限度ので高電圧が、動作安定に繋がるようですね。
手元に100mA程度の3端子レギュレータがあるので(78L05)、より動作安定のために取り付けようと思いつつ・・・

また、元からのアンテナでは、効率云々いえる物ではありませんので、適度な長い線か、ロッドアンテナにするのが正解でしょうね。

  • まるは

乱筆ながら「コントローラ出力UP」の記事を、自サイトにアップしましたので、御覧下さいませ・・・

様々な御意見をお待ちしております ^^)

そちらのサイトに書き込むのが筋のような気もしますが、BBSにスレ立てるのもアレなのでこちらで。
きれいな改造ですね。パターンカットと部品の追加って、どうしても雑になりがちだと思うんですが、そのあたりかっちゃんさんはウマいですよね。情報のまとめ方などもすばらしい。
気になるのは、パターン面に部品を実装したという最初の基板のその後です(笑)

  • kyu

お褒め頂きありがとうございます。(照)

本当は最初に作成した基板の方が、見た目は綺麗にまとまっていたのですが、底板が下がった関係で基板との隙間が2mm位減少してしまい、否応なく上面への配置となりました。
しかし今度は、FWD/REVボタンと干渉する有様で、結構無理があります。
特に基板固定ねじの脇を通るリードが気に入らないので、もう少し手直しをするつもりでいます・・・

電池BOXが裏側にあるため、部品を基板上面に配置するのは、正解ですね。
 そのため、基板に穴開けをしなければなりませんが。
綺麗な配置で関心しました。

  • まるは

R9のリード修正と同時に、LEDも変えちゃいました。
本当はCoolに青とするつもりだったのですが、ただのPowerインジケータに
無駄な電力を使うのもどうかと思い、緑で我慢です。

部品ストックが古いため、いずれの部品もサイズが大きいのが
クラシカルな雰囲気を醸し出していて、御恥ずかしいです。

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