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前回は動作原理を説明しました。 |
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今回は、実際の設計、製作について解説します。 |
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◎設計 |
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(1)概要 |
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図11に回路を示します。 |
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IC2-Aは「出力用バッファーアンプ」、IC2-Bは「周波数カウンター用バッファーアンプ」です。 |
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電源は外部ACアダプターからDC12Vを供給または、内蔵の乾電池を選択します。内部で±6Vに変換し、 |
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オペアンプはこれにより両電源で動作しています。 |
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(2)振幅検出回路 |
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振幅検出回路の回路と各部の波形を図12に示します。 |
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この回路は「両波整流回路」で、入力信号のプラス、マイナスの波形をマイナスのDC電圧に変換 |
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するものです。出力されるDC電圧は入力されるAC(交流)の振幅レベルに応じたものになります。 |
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(3)増幅部 |
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増幅度Avは発振持続時に Av = 3 にする |
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必要があります。 |
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図15のようにFETの抵抗を0.8KΩとし、R2 = 3.3K |
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とすればこの部分の合計は3KΩです。 |
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したがって、R1とVR1の合計が6KΩに |
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なれば Av = 3 になります。 |
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ここでは、VR1に5KΩを用いて、利得調整 |
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できるようにしています。 |
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(4)発振部の定数 |
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発振周波数は@式で決定され、CとRの組み合わせは色々考えられます。 |
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ただし、CRのインピーダンスはオペアンプの負荷にもなりますので、、以下を目安に考えます。 |
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・抵抗 数KΩ〜数100KΩの範囲 |
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・コンデンサ 数100pF以上 |
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コンデンサは100pF以下では基板のストレー容量で発振周波数に誤差が出るかもしれません。 |
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また、コンデンサは温度変化特性の良いものを使用する必要がありますので、なるべく、「フィルム系」 |
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のコンデンサが使用できる定数を選びます。 |
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今回は周波数を可変にしたいので、抵抗部に「2連ボリューム」と固定抵抗を使用すると図16の |
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周波数可変範囲になります。 |
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◎製作 |
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○最初の構想 |
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図17に最初の構想を示します。写真1の機種をモデルにして、周波数目盛を入れるつもりだったのですが、 |
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実験基板を製作後に、おおまかなダイヤル位置と周波数を測定してみました。 |
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結果、図17のようにダイヤルの最初は周波数変化が緩く、最後は周波数変化が激しくなり、目盛が |
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「つまり」ます。 |
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これでは目盛を入れても実用的ではありません。 |
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この原因は前述の発振周波数の計算式(分数)を見れば分かることなのですが、「どうにかなる」と思い、 |
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エクセル等で計算しなかった結果です。(少し、あまく見ていました) |
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図18にこの場合の「周波数変化特性」を示します。 |
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周波数変化(設定)用のボリュームは「Bカーブ」です。 |
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Bカーブは抵抗値が直線に変化しますので、 |
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図18の特性になるのはあたりまえです。 |
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「Cカーブの2連」の手もありますが、部品調達の |
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点から現実的ではありません。 |
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しかたないので、周波数のアナログ表示(目盛) |
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はあきらめて「デジタル表示」にするしか方法が |
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ありません。 |
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仕切り直しかなと思い、周波数表示にはPICでも |
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使おうかなと色々検討しているうちに「少し面倒くさく」 |
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なってきました。 |
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「簡易治具のつもり」が少し本格的になってきそうなので、ここで、思いつきました。 |
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周波数のデジタル表示は「デジタルテスタ」で行えば簡単です。 |
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それほど精度が良くなくても良いので、デジタルテスタの周波数カウンター機能を使うのが |
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手っ取り早いです。 |
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写真2、3に完成した試作機の外観と内部の様子を示します。 |
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○製作 |
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基板は写真3のように「片面72×47mm」のユニバーサル基板です。 |
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実験時のものをそのまま使っていますので、かなり汚いです。 |
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配線で注意する部分は無いと思います。(これだけ汚く作っても、そこそこの性能が出ました) |
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電源はDC12Vとし、内蔵乾電池(単3×8本)と外部DC(ACアダプター等)を切り替える構成です。 |
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DC12Vにこだわる必要はありません。このままの回路定数でDC15Vでも動作します。 |
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消費電流が10数mAと少ないので電池動作を思いついただけです。 |
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なお、DC9Vでは動作不安定でした。 |
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OUTPUT端子および周波数カウンター用コネクタは「BNC絶縁コネクタ」を使ってください。 |
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ケースは好みのもので良いです。この例では「電池BOX」を収納した場合にサイズがぴったりだった |
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TAKACHIの「YM-150」を用い、カバーのみ市販の「アクリルラッカー」で塗装してみました。 |
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発振回路のコンデンサCoは図16のとおりですが、「0.34」等の数値は市販品にはありません。 |
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この場合、 |
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0.34μF → 0.33μF+若干の容量 |
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で作ります。0.33μFは市販の系列です。これを「Cメータ」で容量を測り0.33μF近辺のものを選別し、 |
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これに小容量のコンデンサを並列に接続して0.34μFにします。 |
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写真4にCメータを用いての測定風景を示します。 |
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最終的に追加(並列)コンデンサによりCoの値を |
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Co±1% |
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にします。 |
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当初の計画では周波数表示がアナログ(目盛)でしたので、共通の目盛にするために、なるべく、 |
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レンジ間の誤差を少なくする目的でこのような容量誤差にしています。 |
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デジタル表示であればレンジ間誤差は気にする必要はありません。ただし、Coは「ペア」に |
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なりますから、0.34にこだわらず、ペア間誤差を極力少なくします。 |
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いずれにしても、写真4のような「Cメータ」は必要ですし、この機種に限らず、「Cメータ」を所有 |
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することをお勧めします。 |
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Coは「フィルム系」のコンデンサです。340p(330p)はフィルム系の手持ち部品が無かったので、 |
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一般的なセラミックコンデンサにしています。 |
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筆者は330pのものをCメータで選別し、残りの10pF分は配線の容量(ストレー容量)を期待して、 |
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合計340pFと想定しました。 |
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