nobuの雑記帳「+バイアスを少し」

近頃なぜか真空管や電子工作に興味を持ちだし、日常生活に少しの刺激と楽しみをプラスしようと、凝り固まった頭の体操も兼ねてこの雑記帳を綴ることにしました。
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gm計 発振器の実験と見直し

 以前製作を計画した直読式の真空管gm測定器ですが、全然進んでいません。

 そこで、DC/DCコンバータの失敗を一時忘れ、途中まで組んでいた発振回路と理想ダイオード回路の基板を引っ張り出して、特性計測を行ってみました。

 gm計に必要な緒特性を理解できているわけではありませんが、今回の発振回路は残念ながら作り直しとしました。
 思ったよりも発振波形の歪み率が高くて、もう少し下げたいと思います。
 また、それに伴い、全体の構成を固めてみました。

ウィーンブリッジOSC_基板


(1) 発振回路基板
 gm測定器の実験用として製作していた基板で、発振器と理想ダイオード回路が載っています。
 発振回路はダイオード(LED)リミッタによるウィーンブリッジ発振回路を使用し、念のため出力にShallen-key3次ローパスフィルターを入れました。
 理想ダイオード回路は、オペアンプ1個の簡単なGeダイオードによるものですが、微小電圧領域の直線性が今一です。もう少しましな回路とすべきでした。
 この基板で旨くいけばこのまま装置に組み上げようかと考えていましたが、全面的に見直しです。


(2) 発振回路の特性
 今の発振回路の歪み率を計測してみました。計測器はUSB接続のSound Blaster Audigy2 NXとWaveSpectraです。

ウィーンブリッジOSC_WS歪率

 発信周波数約1kHzにおける歪み率はTHD=約0.15%、THD+N=約0.22%と、少し物足りない結果となってしまいました。各部定数を調整すればもう少しは良くなるかもしれませんが、できれば0.1%以下に持って行きたいと思います。
 よって、この回路はボツとしました。


(3) 発振回路の変更
 歪み特性が良く回路が簡単な発振回路として、2相(クワドラチャ)発振回路を採用することにしました。
 具体的な回路はトランジスタ技術SPECIALで見つけたものを採用し、周波数が1kHzになるように定数を変更すると共に、リミッタとして用いられていたビード型サーミスタを代用品に置き換える必要があります。

 さすがに今ではサーミスタは手に入らないので、多少の特性低下は妥協してフォトカプラに置き換えることにしました。
 アナログフォトカプラMI0202CLが秋月で売っています(私も低歪み発振器で使用しました)が、今回は作ってみようと思います。


(4) フォトカプラの製作
 要は、発光素子と受光素子をくっつければよいので、赤LEDと小型CDSを使用します。

2相OSC_PC接着  2相OSC_アルミフォイル巻き
2相OSC_PC組立

 赤LEDは砲弾型なので頭を削って平らに研磨し、小型CDSを接着剤で固定します。周囲からの光漏れが無いようにアルミホイルを巻いて、その上から厚手の黒ビニルチューブを被せます。
 LEDやCDSのお尻からも光が入るので、ビニルチューブの両端に黒色の接着剤(セメダインスーパーXブラック)を流し込み、完全に遮光しました。この状態で乾燥させれば、お手軽なフォトカプラの出来上がりです。

 肝心な特性は次のとおりです。計測はマルチメータTR6845です。
  ・LED OFF時  :CDS抵抗=OL.(オーバレンジ)
  ・LED 2.0V時 :CDS抵抗=930Ω
 特性は、まあ使えそうです。


(5) 回路構想
 発振回路も含めてgm計全体の構成を改めて考えました。
 図に示すようなブロック構成として、既に回路案もほぼ出来上がりました。

gm計変更_ブロック図  gm計変更_回路計画

 なるべく歪み率の小さな発振回路で計測用AF信号を作り、1kHz 100mVrmsを試験対象真空管のグリッドに印加して、プレート電流の変化を20Ω抵抗の両端からコンデンサ経由で取り出します。
 この抵抗は感度の面から100Ωとしたいところですが、真空管の内部抵抗を考えるとなるべく小さい方が誤差が少なくなるので、妥協案として20Ωとしました。実際に作ってみて、カットアンドトライが必要かもしれません。

 検出信号は差動増幅回路で受け、ノイズ除去のためにバンドパスフィルターを通して全波整流型理想ダイオード(絶対値)回路でDC電圧に変換し、31/2桁のDPMで表示する予定です。 なお、必要な電源は全て外部電源として真空管実験用電源から給電します。


(6) 次は
 基板製作ですが、時間のあるときにチマチマと作っていかないと、なかなか纏まった時間がとれないので辛いです。
 さあ、完成は何時になるか?気長に作りましょう。

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