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2019年11月18日 (月)

素材力学 ルテニウム振動式整流器の可能性1

111812018年の12月に素材材力学において半金属のシリコンダイオードを追放すべく、ルテニウム機械振動式整流器の発明を考えた。機械式振動の為純銅のようなヤワな接点は使えず、ルテニウム接点と相成った。先ずは音がどうのこうのの以前に果たしてこの方式の可能性はありや?なしや?の実験を行う。以前のエントリーから「その半金属のシリコン整流器を排除するに長い間思案していた。真剣に亜酸化銅整流器を考えたが化け学は苦手で断念した。そこで登場が大正時代(1920年代)のテクノロジーの振動式整流器で、メカニカル整流器なのだ。これだけ古いテクノロジーは団塊より上の世代しか知らないが、日立時代に学んで知識だけは持っていた。サイン波のゼロクロスをリレーを使って切り替えれば電力ゼロで開閉できるから、理論上小容量の超高速リレーを使えば実現可能となる。200khzサーボサンプリングしているのでタイムマネージメントは5μsecとなり20の分解能で余裕がある。サイン波の1/2サイクルが8.33msecでサイン波のゼロクロス点を予測して100μsec(オフは70μsec)手前からカウント、オンオフして完全なるゼロスイッチを行う」
出典:wikipedia
「ルテニウム(英: ruthenium)は原子番号44の元素。元素記号は Ru。白金族元素の1つ。貴金属にも分類される。銀白色の硬くて脆い金属(遷移金属)で、比重は12.43、融点は2583K (2310℃)、沸点は4173K(3900℃)。常温、常圧で安定な結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP)。酸化や腐食を受けにくく、展性に富み比重が大きい。この性質は白金(Pt)と同じである」

11182まあ、毎度ながら理屈は先行しているが中々現実は追いつかない。それでも4種類のsh cpuの開発環境が完璧に戻ったから、実験などは直ぐに出来る。現代オーディオはcpuにdspにfpgaを操らないと、開発出来ない時代に来ている。実際にオーディオメーカは先の先を行っているから、如何なる開発をしているか想像もつかない。当社の社長から大手企業向けの特殊オーディオアンプの検討依頼が来た。その類を調査すると何とデジタルモノアンプ(WONDOM 1 X 2500W Class D Audio Amplifier Board - IRS2092 For Medical equipment and Driving Coil)の2500wが$199で買えてしまいショック、社長に「無理です!」と返事した。特殊アナログオーディオアンプで2500wとなれば50万円位では売れるから、20台となればシメタ!と思ったが...デジタルはオーディオビジネスを崩壊させる。要するにアマチアとプロのギャップが開き切ってしまい、面白くない時代でもある。横道に逸れた、さったと60hzを発生させよう。

11183回路図はこれ。sh7145cpuのoutポートから8.333msecのオンオフ信号を出してCynergy3 リードリレー 3V dc SPNO S2-03PU/RSを駆動する。その駆動信号と接点でledをドライブしてリアル動作を観察する。

11184Cynergy3 リードリレー 3V dc SPNO S2-03PU/RSの拡大画像。コイル両端にはファーストリカバリダイオードを取り付けオフ時のコイルエネルギーを速やかに放電させる。画像のようにコイル直近へ付けるのがLを発生させないポイント。

11185sh7145cpuボード上へリードリレーを貼り付け配線する。電源は+5vなので3vのコイルへ130Ωの抵抗を付けてある。コイル電圧が高ければインダクが増えてスパイクノイズも大きいから、低い電圧のコイルの選択が正解なのでしょう。

11186簡単なフローチャートを描いて、アッセンブラでスラスラと30分くらいでプログラムする。ramのデバックモードで動かすため余分なタスクは即リーターンとしてある。これならばsh7145でも100khzで回る。100khzは10μsecだから(16.666667msec/2(60hzの半分))/0.01=833と出て、833カウント毎にoutポートをオンオフする。1発で動き若干高めの金属音が聞こえて、リードリレーが60hzで振動しているのが分かる。リードリレータイプだから金属音が高めなのだ。これをオシロスコープで波形をサンプルする。さあどうなった...

11187先ずは全体の波形を見る。Cynergy3リードリレーは優れもので60hzのオンオフ動作に問題なく追従している。緑色がコイルの印加電圧で黒が接点の動作になる。

11189問題は動作時間でオンディレイの発生を確認する。Cynergy3 リードリレーのスペックでは「動作時間、バウンス含む 0.1ms」となっているがオンディレイはバウンス時間を含めて180μsecとなっている。0vを検出してからリードリレーをオンしたのでは180μsec遅れるから、オフゼロクロスからカウントを開始して833-(180/10μsec)=815カウントでオンすれば接点は丁度0vでオンできる勘定になる。

11188次にオフディレイの時間だが100μsecの遅れをCynergy3 リードリレーは持っている。これも同様でオンゼロクロスからカウントを開始して833-(100/10μsec)=823カウントでオフすれば接点は丁度0vでオフできる勘定になる。ここのタイムマネージメントは重要でcpuはゼロクロスのオンとオフを割り込み最優先で取り込み、毎回検出して時間の帰還をかけてやれば位相遅れは無い。ここをハードウエアで回路を作り割り込み動作とするか、ac電圧をadコンバートしてその値を微分して方向が変わるポイントでゼロ検出するか。adコンバータはads7800 12bitが搭載されており3μsecでad変換できるから時間遅れは無い。次はここの検討に入る。

 

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