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秋月「8ケタ万能周波数カウンタ」改造2 ~プリアンプの定数を変更

先のエントリーの続きです。
 ■ 8ケタ万能周波数カウンタキット 改造1 ~アナログをちゃんとしないと動かない --> こちら

 測定結果が全桁においてパラパラと変化し続けてしまい、
周波数カウンターとしては実用にならなかったですが
その原因を探っていくと、入力アンプ部にあることがわかりました。
 オシロスコープや各種機器が揃っていればもっとスマートに原因まで辿り着けますが
あいにくそんな洒落たものはありません。
なので、あり合わせのモノを使い、あとは脳みそを全開で働かせて探るほかありません。

 トラブルシューティングの手順を考えていくなかで、すくなくとも
 (1) 5桁くらいが信頼できる周波数カウンター
 (2) 周波数の精度がわかっていて、変動が少ない発振器(水晶発振子でOK)
の2つは最低必要だということになり
5桁カウンターの方はキットでつくり、Crystal Oscillatorはジャンク箱から探し出しました。
ようするに、表示された数値の確からしさを確認するにはどうしても比較する確かなモノが必要となるからです。

 当初、電源まわりのノイズも考えられるのでパスコンを追加したりして万全を期しましたが
それでも表示のパラパラは収まりません。
 そこでプリアンプを電気的に切り離して、
カウンターICの入力ピンPin28に直接、信号を送り込めばキチンと測定できることがわかり
IC・ICM7216Bの側ではないことが判明しました。

となればあとは、波形整形回路とプリアンプです。
オシロも持っていないので、どっから手を付けようかとアレコレ考えました。
「お手上げ」といっては芸がないので、脳内オシロスコープで波形をイメージするほかありません。

 そこでキット組み立てマニュアルを読むと「AMPout電圧調整」がでてきます。
30年前のことははっきり思い出せませんが、この電圧調整に問題はなかったというような記憶もあります。
が、「パラパラ表示」は当初から存在していたので、その調整もちゃんとできていたのかは、甚だ疑問です。
オリジナルの回路定数ではポットを絞りきっても1.6vしか出ず、2.6vには到底届きません。

この2.6vにはとても重要な意味がありまして、マニュアルには次のように説明されています。
・・・・
AMPoutの電圧が2.6vになるようにDC VAL VRで調整します。
*AMPin-outのジャンパ線は外しておきます。
AMPoutのDC電圧を調整する理由は74HC14のヒシテリシス電圧の中心が2.6vであり、ヒシテリシス電圧幅がほぼ1vであるため中心電圧から0.5vp-pの振幅で作動させる為です。
実際には、74HC14/Eに負帰還抵抗が入っていて、もっと低い電圧振幅幅で作動します。
*州力感度(*1)について
オシロスコープなどで測定入力波形と74HC14/8番ピンを交互に観測しながらDC BAL VRを厳密に調整してDC作動点を追い込んでゆくと、感度を最高20mVp-p程度までもっていけます。

74HC14ヒシテリシス特性
aki8digitFcounterPreAmp_2.gif

秋月「8ケタ万能周波数カウンタ」 入力アンプ部回路図と改造方法  クリックで原寸大
aki8digitFcounterPreAmp_s.gif

マニュアル全ページは、
 ◇ICM7216を使った8桁周波数カウンタ | enotai.com --> こちら さんのサイトにアップされています。

ということなので、回路定数を変えることにしました。改造です。
プリアンプの回路図にあるように、
2SA1015の負荷抵抗が82Ωなので2.6vを得るには31mAを流す必要があります。
となればRV:5.1kΩでは大きすぎるのでこれを1.5kΩに取り替えます。
そもそもが、トランジスタのhfeには個体差がありまして、
設計の段階ではオリジナルの定数で問題はなかったと推定されますが
hfeが小さいトランジスタも存在することですし、
結果的に設計通りの動作点を得ることができず、問題が起きるわけです。
 
 1.5kΩに改造することで、
10kΩのポットで調整することが可能となり、2.6vの動作点を得ることができました。
期待通りに表示がパラパラする現象が消え、期待値が正常に表示されるようになりました。
ふぅ・・・

 やっとこさ、周波数カウンターらしくなってきました。
大きな問題を乗り越えました。
が、この問題の他にも周波数が安定しないという別の問題もあり、
それは10MHz水晶発振子がきちんと発振できていないことがわかり
その対策などは次回以降に取り上げよと予定しています。
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