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# coding: utf-8

# オリジナルの作成：2015/10/17

# # J0-Arduinoで実験（トラ技201510）
# ## LEDイルミネーション
# トランジスタ技術2015年10月号（トラ技2015/10と書きます）で紹介されている 「手を叩くと光り出すフルディスクリートLEDイルミネーション」 を作ってみました。
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# 部品もCQ出版で購入できるので、地方に住む私でも簡単に実験ができました。
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# <img src="images/J0/board.png" width="400" />
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# 実際に動かしている動画が以下に公開しています。
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# - https://www.facebook.com/hiroshi.takemoto.94/videos/877183202388707/?l=4810678554336115820
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# ### 回路
# 全体の回路をトラ技2015/10の図２から引用します。
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# <img src="images/J0/sch.png" width="600" />
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# ### トランジスタの基礎
# トラ技2015/10の特集記事はとても良くできていて、回路の抵抗値がどのようにして 計算されたのか実験とLTSpiceを使ったシミュレーションで丁寧に説明しています。
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# 基本は、以下の３つです。
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# - ベース・エミッタ間の電圧: $V_{BE}$ = 0.6 〜0.8 V（計算では0.6Vで計算しています）
# - トランジスタの電流増幅は: Ic = β Ib（通常β=100で計算します）
# - オームの法則: V = R I
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# これまで、何の疑問もなく$V_{BE}$は0.6と覚えていましたが、 0.6V近辺で頭打ちになる性質を使って、電圧の計算がとても簡単にできることを再確認しました。
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# トランジスタの$V_{BE}$を測る回路をトラ技の図7から引用します。
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# <img src="images/J0/fig7.png" width="300" />
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# この回路をブレッドボードに以下の様に組み立て、Arduinoのオシロスコープと Arduinoを使ったノコギリ波で試してみました。
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# <img src="images/J0/Vbe_brd.png" width="300" />
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# [08-オシロスコープ](https://nbviewer.jupyter.org/github/take-pwave/letsArduino/blob/master/08-Oscilloscope_with_Arduino.ipynb)
# を使ってみるで紹介したArduinoのオシロスコープで、 ノコギリ波とVBEを測ってみました。電圧は１メモリ1V、横軸の時間は１メモリ10m秒です。
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# 上段のノコギリ波は、2.5Vまで直線上に上昇していますが、 下段のVBEは、0.7V近辺で横ばいになっています。
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# <img src="images/J0/V_BE_osc.png" width="400" />
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# このようにArduinoオシロスコープを使うと簡単にトランジスタの実験が できます。

# ### マイク・アンプ回路
# マイク・アンプの回路を図2から抜粋します。
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# <img src="images/J0/mic_amp_sch.png" width="300" />
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# マイクの回路（左の緑の矩形）は、データシートを元にされたと記事にありました。 *2
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# 右の矩形がアンプで、 電子工作/もう一度トランジスタでも紹介したエミッタフォロワーの増幅回路です。
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# これをブレッドボードで実装しました。
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# <img src="images/J0/mic_amp_brd.png" width="300" />
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# Arduinoのオシロスコープで手を叩いたときのA点とB点の波形を取り込んでみました。
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# 上がA点で1メモリが0.5V、下がB点で1メモリが2.0Vで、 時間軸は1メモリ10m秒で表示しています。
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# <img src="images/J0/th_mic_amp_oci.jpg" width="400" />
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# CQ出版からダウンロードしたファイルに付属していた、LTSpiceのモデルを使ってアンプの増幅を計算してみました。
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# 以下の回路で、シミュレーションを実施しました。
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# <img src="images/J0/LTSpice_Amp_sch.png" width="300" />
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# VinとVoutは、以下の様に計算され、Arduinoのオシロスコープで測定されたのと同様の増幅がみられました。
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# <img src="images/J0/LTSpice_Amp_Graph.png" width="400" />

# ## 双安定マルチバイブレータ
# 双安定マルチバイブレータにスイッチ付けた回路をブレッドボードに組みました。
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# <img src="images/J0/th_stable_brd.jpg" width="300" />
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# Arduinoのオシロスコープで黒と赤のスイッチで反転している様子が確認できました。 *3
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# これは、デジタルのフリップフロップ回路と同じ動作をしています。
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# <img src="images/J0/th_stable_osc.jpg" width="400" />
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# これを以下のLTspiceのモデル*4で シミュレーションしてみました。
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# <img src="images/J0/BistableMultiVibrator_sch.png" width="400" />
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# Arduinoオシロスコープの測定範囲が0.0〜5.0Vのため、以下の様なマイナスのひげは みることができませんでした。
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# <img src="images/J0/BistableMultiVibrator_Graph.png" width="400" />

# ## 無安定マルチバイブレータ †
# 最後に、無安定マルチバイブレータの出力波形（OUT1, OUT2）をArduinoオシロスコープでみてみます。
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# 一方が0Vになった瞬間からコンデンサーに電荷が蓄えられる様子が確認できます。
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# <img src="images/J0/th_aStable_osc.jpg" width="400" />
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# ### LTspiceのシミュレーション
# LTspiceで以下の無安定マルチバイブレータ回路をシミュレーションします。
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# <img src="images/J0/aStable_sch.png" width="400" />
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# シミュレーションの出力は以下の様になります。
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# <img src="images/J0/aStable_Graph.png" width="400" />
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# Arduinoオシロスコープの出力は、以下の様になっています。
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# Arduinoオシロスコープの測定範囲が0.0〜5.0Vのため、０Vからの出力になっていますが、
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# 同様の波形が見られます。
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# <img src="images/J0/th_aStable_Ve_osc.jpg" width="400" />
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# とても簡単に作れるArduinoオシロスコープでも、トランジスタの実験には 十分使えることが分かりました。

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