Aliexpressで電子工作-8 周波数カウンター&クリスタルテスターキット

電子工作をしていてテスターの次に欲しいものは何だろう?

オシロスコープ?

でも高いよなぁ…

あんまり高い周波数まで測れないやつはそこそこの値段で買えそうだけど、でもPCがあればソフトだけで音声帯域の波形くらいは見ることができるやつあるしな。

とりあえず周波数カウンタの安いキットがあったからそれを作ってみよう。

周波数カウンタは以前は専用のICがあり、それとゲート制御回路、プリアンプ、必要に応じてプリスケーラなどを組み合わせて作られていた。

最近ではPICやAVRを使っていろんな機能を盛り込んだ周波数カウンタが作られている。

それでは、一番安い周波数カウンタでも作ってみますか。

スペックとしては50MHzまでの周波数測定IFオフセット加算減算表示機能付き、クリスタル発振回路内蔵でクリスタルの発振テストができる。

と、こんな感じだった。

オリジナルはこのサイトのもので、勝手にキット化されて回路やファームウエアも勝手に使われて困惑しているという話がどっかにありました。このサイトの開発者は4桁バージョン5桁バージョンを作成しています。また、このサイトの人は6桁改造バージョンを公開しています。

オリジナルはよくできているんですが、このキット化されたものは結構突っ込みどころがあって組み立てた後もなんだかんだとネタを提供してくれる代物でした。

それでは組み立てて見ます。

例によって部品以外の回路図や説明書の類は一切はいっていません。

足の曲がっている部品もあるので慎重にチェックしながら取り付けます。

組み立てるとこんな感じになります。(この画像はAliのサイトから転用しました)

ちょっと気になったことをいくつか書いてみましょう。

最大消費電流はいろんな情報がある。

組み立てた後の実測値では50mAも流れなかったと思います。
LEDの全セグメントが点灯するような表示をさせてみていないので何とも言えないのですが、キットのほうがオリジナルよりLEDの電流制限抵抗を大きくしてあるのでそれで消費電流が減ったのではないかと思っています。
サイトによっては90mA程度流れるという情報もあります。
仮に、90mA流れた場合12VのACアダプターをつなぐと(12-5)*0.09=630mWもレギュレータICで消費することになってTO-92パッケージのレギュレータIC(HT7550)ではもちません
せいぜい150~200mW程度にするべきです。
6~7VのACアダプターが無難という計算になります。
私はレギュレータICを付けずに基板上で直結して5V専用としました。

DCジャックがよくある5.5-2.1mmのものではなく3.5-1.3mmのものです。

私は5V専用に改造したので、このようなUSB-DCプラグケーブルを買って使っています。

トリマコンデンサのつけ方が逆のような気がする

トリマコンデンサは調整するときにドライバーに接触するほうと接触しないほうの電極があります。
一般的にはドライバーに接触するほうの電極をGndに接続するようにします。

このような形のトリマコンデンサの場合丸いほうに金属の部分が少し見えますがこれがドライバーに接触するほうの電極で、平らなほうがドライバーに接触しないほうの電極になります。
つまり、丸いほうをGndに接続されるようにするべきです。

基板上のシルク印刷は平らなほうがGndに接続されるようになっているようですので私は逆に取り付けました。

クリスタルテスト用発振回路が低い周波数で発振しない

広範囲で発振できる無調整水晶発振回路は難しい。

手持ちに4MHz、8MHz、12MHz、16MHz、20MHzのクリスタルがあった(16MHzは1個、その他は各5個)のでテストしてみたところ8、12、16、20MHzは発振してそれなりの値を表示しましたが4MHzは発振しませんでした。

20MHzクリスタル

12MHzクリスタル

8MHzクリスタル

50MHzのクリスタルオシレータがあったのでついでに測ってみました。

キットの回路はこんな感じになっていました。

いろいろ調べてみると低い周波数で発振させるには22pFのコンデンサをもっと大きくしないといけないようです。

また、レギュレータを取って5V専用に改造してしまったので電圧が低くて発振しにくくなったとも考えられます。

周波数カウンタ入力がちょっと変

クリスタルテスト用発振回路の出力が付いているところに入力端子が接続されている。

入力端子は0.001μのコンデンサを通ってクリスタルテスト用の発振回路(1kΩや22pF)につながっているので感度が落ちるかもしれない。

PICの入力が直流BIASされていないので不安定

クリスタルテスト用の発振回路はコンデンサでDCをカットしてPICの入力に、周波数カウンタ入力はダイレクトにPICの入力に接続されている。

このように入力付近の回路が結構気になるので、改造してみました。

基板上にあるいくつかの部品を外してしまう。

クリスタルテストも周波数カウンタ用入力回路も外部に基板を作って接続する。

というように改造してみました。

22pFのコンデンサ2つとクリスタルテスタ用3Pinソケットを取り外します。

増設基板接続用のL型ピンソケットと100kΩ、1μFを取り付けます。

クリスタルテスト用の発振回路はコンデンサを取り外して単なるバッファにしてしまいます。

また、元々周波数カウンタ入力だった端子には外部にDC-BIAS調整用の半固定が取り付けられるようにしました。

また、バッファとPICの結合コンデンサの0.001μに1μを並列に接続して低い周波数まで通過できるようにしました。

一方、クリスタルテスト用の発振回路はなかなかいい結果が得られずに結局低い周波数用と高い周波数用の2つを作ることにしました。

低い周波数用発振回路を使うときちんと4MHzも発振しました

8MHzのクリスタルはどちらの発振回路でも発振しました。

低い周波数用発振回路に220μHのインダクタと22pFのコンデンサを直列につないだものを接続してみたら約1.87MHzで発振しました。

LCをつないだ時は計算通りの周波数になりません。発振回路についているコンデンサやトランジスタのコレクタやエミッタ容量も加わるので計算値より低い周波数で発振します。

いつか1MHzや2MHzのクリスタルが手に入ったらまたテストしてみたいと思います。

 

周波数カウンタ用のプリアンプを作ってみる

その2へ続く

 

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