電子オルゴールを作ってみました。CdSセルで光を検知し、明るくなったらメロディICを起動して、圧電スピーカを鳴らします。
孫が遊びにきたおりにメロディICを鳴らして遊んだのですが、こいつをオルゴールにして小物入れとか引き出しとかに入れておいたら、ちょっと楽しいかなぁって。で、いろいろ回路を考えているうちに、これまでに使ったことのない回路になっちゃったので、まいどの俺的備忘録です。
回路図
仕様的なことと回路図
小物入れなどに入れておいて、蓋を開けて光が入ったらメロディが流れる電子オルゴール。
電源は、ボタン電池 CR1220 が家にいくつかあったので、これを使う。寿命は 1年ぐらいほしいので、待機電流 4μA以下にしたい。鳴動時電流もできるだけ少なくする。
ということで作った回路が、図1 です。
CdSセルとトランジスタ Q1
CdSセルは 5mmタイプ (MI527) です。
テスタで実測した暗抵抗は 2MΩ以上、テスト用の小箱の中でも 1MΩ以上になります。明抵抗は、曇天の太陽光で 100Ω、あまり明るくない室内でも 2KΩ程度まで下がりました。
100KΩ (R1) を直列につないだとき、出力電圧 Vo は、
Vo(dark) = 3 x 100 / (100 + 1000) = 0.27 [V] Vo(bright) = 3 x 100 / (100 + 2) = 2.9 [V]
この電圧を入力しているはトランジスタ Q1のエミッタ。これはベース接地回路です。
ベース電圧は R2、R3で分圧された 1.5Vなので、ベースエミッタ間電圧を 0.5Vとして、エミッタ電圧が 2.0Vを超えるとオンになります。
電流などのこまかい計算は省きます、ややこしいから。結果だけ。
暗いとき、エミッタ電圧はほぼ 0Vなので、Q1はオフ。明るくなって Q1がオンするとベース電流が 1μAほど流れます。そいつが R3を流れるので、ベース電圧は 2.4Vまで上昇、エミッタ電圧 2.9Vとつり合う。ベース接地回路のコレクタ電圧も 2.9Vになります。
ちなみに、エミッタ電流が 1μA流れても、CdS出力電圧にはほとんど影響ありません。
トランジスタ Q2
Q1がオンするとコレクタ電圧が 2.9Vになる。それが Q2のベースに入り、Q2がオン。メロディICへ給電されます。Q2 はコレクタ接地 (エミッタフォロア) 回路ですので、ベース側のインピーダンスが高い。メロディICの動作電流は 60μAだけど、ベース電流はほとんどゼロです。
ちなみに、ここをエミッタ接地のスイッチング回路にすると、ベース電流が必要になってしまいます。電流、もったいない (^_^;)
コレクタ接地回路の欠点は、出力電圧が 2.4Vになってしまうこと。でも、メロディICの動作電圧は 1.5~4.5Vなので、問題ないです。1.5Vまで落ちるとテンポも音程も下がってしまうけど、そのときはすでにボタン電池の寿命、尽きてますから。
圧電スピーカ
つなぐだけ、です。けど。
1KΩ (R4) は保護抵抗です。圧電素子は、指で弾くだけでも 10Vぐらい発電してしまいます。ICを壊さないように、必ず入れておきましょう。
製作後記
現在、ブレッドボード上で試験運用中です (^_^;)
ブレッドボード中央にあるタクトスイッチは鳴動テスト用なので、回路図にありません。必要ないです。
圧電スピーカは、回路図の品番製品ではないです。テスト用ですけど、同じムラタの製品です。品番はもっと直径の小さいものですが、変わりないでしょう。
なお、圧電スピーカーをブレッドボードに挿すと正常な音がでないことがあります。基板にしっかり固定すると、ちゃんと鳴りますよ。
電流値はテスタによる実測で、待機時 2μA、鳴動時 100μAになりました。CdSに流している 30μAがなぁと思うんですけど、エミッタ電流も流れるんで、減らさないほうが良さげでした。通常は長時間鳴らすことはないでしょうから、まぁいいんじゃないでしょーか。
しばらく使ってみて、問題なければ基板に組もうかな。飽きたらやめるかもしれない (；´Д｀)
