2009年2月13日金曜日

光るバラ

出身高校の定期演奏会が近づいてきた。いまだに、毎年、様々な形で関わらせていただけるのはありがたいことだが、今年の依頼はけっこう難しい内容だ。

顧問からのリクエストは、「光るバラの花を宙に浮かせたい」とのこと。

考えなければならない点を洗い出してみると、だいたい以下の通りだ。
  1. 光源をどうするか
  2. 電源をどうするか
  3. 造形をどうするか
それぞれ相関関係にあるが、まず「光らせたい」という以上、何らかの形で光源が必要になる。あまり電力を食ったり、発熱したりするのは問題だし、中高生にも扱いやすいものを作るとなると、やはりLEDがいちばんだろう。

電源は、宙に浮かせるなら電池だが、ON/OFFが利かないのと、1時間以上は安定して光量を保ってほしいので、100VからACアダプタで取る方が確実だ。文字通り「浮かせる」のは技術的にも難しいから、黒い台の上に生けるような格好にするのが良いところだろう。

花弁、茎、葉を光らせようと思うと、LEDでまず問題になるのは、どうやって全体に光を拡散させるか、ということだ。ホールに置くのだから、遠くからでもハッキリ見えることが必要だし、舞台の照明はかなり明るいから、それなりの光量も確保したい。いわゆる高輝度LEDは、レンズで光を中心に集めることで光量を稼いでいるから、拡散させるとそれほど明るくないものが多い。

ところで、LEDは、定電流で使うのが原則だ。LEDは、順方向電圧降下を超えると急激に電流が流れだすが、定格電流を超えると急激に寿命が縮んでしまうし、破壊に至ることもある。だから、常に順方向電圧降下より大きな電圧をかけつつ、電流は一定以下に制限しなければならない。

参考になりそうな例をネットで漁っていると、LM317を定電流で使う方法が見つかった。Vout-adj間に生じる1.25Vを抵抗にかけて定電流特性を得る、という訳だ。他の作例を調べてみると、トランジスタによるカレントミラーを組み合わせたものがあったので、これもそのまま採用する。

光量を調整しやすいように、LM317による定電流回路は、固定抵抗と可変抵抗とを組み合わせた。R1が68オーム、VR1が200オームなので、最大で約18.4mA、最小で約4.66mAということになる。

カレントミラーが安定動作するためにエミッタ抵抗に0.8 - 1.0Vくらいは食わせたい。18.4mA時にエミッタ抵抗両端に0.8Vが生じるためには、約43オームということになる。もっとも、4.66mA時には約170オームが必要になるが、これだと18.4mA時には3.2V近くの電圧がかかってしまい、LEDに割ける電圧が極端に下がってしまう。

Q1はダイオード接続なので、コレクタ・エミッタ間は0.6V、エミッタ抵抗に0.8V、LM317のOut-adj間が1.25V、In-Out間が最低3.0Vなので、0.6+0.8+1.25+3.0=5.65Vとなり、電源電圧12Vだと6Vほど余裕ができるから、VR1 - Q1間にパイロットランプを入れても良い。

被制御系は、Q2 (Q3) に0.6V、エミッタ抵抗に0.8Vなので、合計10V強までならLEDを駆動できる。逆に、LEDにかける電圧が少ないと、その残り全部をトランジスタと抵抗で受け持たないといけないので、発熱が多くなってしまう。公称1.9V程度の赤色なら5個、公称3.2Vの緑色なら3個くらい、というところだ。

さて、最大の問題は、これを活かせるバラの造形ができるか、というところだが・・・

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