さて、みなさんこんにちは。
ATTINY用Sounds Player基板を作って動作確認しました！(Part1) の続きです。
前回音声がでるところまでの確認でしたので、今回は残りの部分、ピエゾマイクを
叩いて起動するところと、演奏中はモータを回す仕様の部品実装と動作確認をします。
ピエゾマイクとは？
トドお父さんもみたことはないのですが、圧電マイクとして部品があるのでしょうか？
この記事を参考にしました。 圧電サウンダってブザーとかに使う部品があるのですが、
それを使って、マイクにするのですね。
仕事では、圧電加速度センサというもののアンプを作ったことがあります。
ピエゾ素子は等価回路的にはコンデンサと同じで、叩くと起電力が+/－に発生する
原理でした。入力回路としてはコンデンサでカップリングしてFETアンプで増幅する
ようになっていました。
また正確な測定のためにはチャージアンプというものを作りました。
(参考資料：クレハKFピエゾセンサー）
FETの電源には、24V 1mA程度の定電流源を用意します。
ソースフォロワ回路になっているので、増幅率は1です。
こちらはチャージアンプといわれる回路ですね。センサから出力される何ｐQ（クーロン）と
いう電荷を電圧に変換するように構成します。これは、現在の案件とは関係ないですね。
また、回路図が間違っていますね。センサで発生した電荷ｑがCｆに流れて、V=ｑ/Cｆで電圧が
発生するのが原理ですから、センサの出力はOPアンプの－側に接続して、+端子はGNDにつなぐのが
正しいですね。増幅率はセンサの静電容量Cpとフィードバック容量Cfの比Cp/Cfになります。
閑話休題：ここでおもちゃ修理用のピエゾセンサーとピエゾアンプの話に戻します（滝汗）。
ここは、つつじが丘おもちゃ病院の大泉さんのピエゾアンプ回路をそのまま使わせてもらいます。
これですね。自己バイアス回路になっています。コレクタ電圧が下がるとベース電流Ibも下がる
フィードバックがかかるようになっています。ただし、増幅率はトランジスタのhfeによって変わります。
固定バイアス回路と自己バイアス回路の違いは下記のリンクに詳しいです。
このサイトの計算だと、ゲインAvは120くらいになるようです。
470ｋΩの先にトランジスタのコレクタがつながって、コレクタ電圧は電源電圧Vccの半分1.5Vとすると
コレクタ電流Ic＝（3V-1.5V)/470k ＝ 3.2uA、 Vbeを0.7Vとすると、ベース電流 Ib=(1.5-0.7)/2M＝
0.4uA 計算上の消費電流は合計3.6uAになりますね。電池駆動でスイッチを付けない場合、この消費電流は問題になるかもしれません。電池３本、電源電圧4.5Vでの運用（LDOの消費電流)も考えると電源スイッチは付けたほうがいいかもですね。
さて、こちらがトドお父さん版のピエゾアンプ回路図です。
ピエゾ素子は、落としたりすると高電圧が発生して後段の回路を壊す恐れがあるので、保護用の
スイッチングダイオードを+側と－側に入れました。
また、スリープ時の消費電流がCPUも含め 6.5uAもあったので、R9を470k→1MΩに変更しました。
これで、スリープ時の消費電流は3.5uAに低減しました。オシロで動作波形も確認して、OKでした。
まず、手元にある圧電サウンダ―（圧電スピーカ）の試験をします。
オシロのプローブをつないで、机に軽く叩きつけて出力電圧を確認しました。
一番左側のサイズが大きい素子が、一番出力電圧が大きかったです。 真ん中は全く出力でず。
(圧電ブザーなのかもしれません）右端は、サイズが小さいので出力は少し低いです。
左の圧電サウンダでピエゾマイク（センサ）の試験をすることにします。
こんな感じで消費電流を測定しながら、ピエゾマイクの動作確認をしました。
信号が入ってない時のバイアス電圧はだいたい1V～1.5Vになります。
信号が入ると、電源電圧の3Vまで振れますので、スイッチとしては正論理で動作させることになります。
センサを叩くと、音声再生が始まります。どうやらうまく動作しているようです。
アンプのボリュームにもよりますが、演奏中は30～60ｍAくらい流れているようです。
演奏中は赤LEDが点灯し、演奏が終わると消灯してSleepモードに入ります。
このLEDと同期して、外部モータを駆動するためのトランジスタQ1 SS8050がONします。
モータが回転すると、消費電流はもっと大きくなりますね。
またSleepモードの電流は、このピエゾアンプを実装する前は0.5uAでしたが、実装後は6.5uAでした。
アンプの消費電流がわりと大きいですね。
試しに、R9 470kΩを1MΩにしてみました。 電流値は3.5uAに減りました。動作も問題なさそうです。
これで、ファイナルアンサーにします。回路図も書き直しました。
注意点として、電池３本のときは電源電圧が4.5Vになりますので、3.3VのLDO AMS1117-3.3をいれて3.3Vに落とす設計です。このとき、なにもしなくてもAMS1117はIq＝5ｍAくらい消費するので、電源スイッチを入れる必要があります。
これで、今回のおもちゃ病院の案件、獅子舞タイプのクリスマスおもちゃのCOB基板入れ替えのための
置き換え基板の作成プロジェクトは一応完了です。
これをデモすると、他のベテランドクターさんから『アンパンマンタイプの要望があり、アンパンマンの
曲を演奏するようにできないか？』 と言われたので、これもやってみますね。
また、今回のATTINY402(4kB)ではオルゴールだと１曲しか実装できないので、ATTINY1614(16kB)を実装した基板も作りたいですね。
実装面積を重視したもっと小型の基板も需要があるかもしれません。
色々と課題も出てきますね。
これらは、次の宿題にしますね。 それでは、またね～～
