何気なくまた周波数カウンタキットをAliexpressで買いました。
10mhz周波数計,avr周波数カウンター,シェルカウンター付きcymometer,周波数測定,解像度0.000 001hz
AVR Frequency with Shell Counter Cymometer Frequency Measurement 0.000 001Hz Resolution
特徴:
最大30vの測定可能な信号振幅。
7ビットの高精度解像度。
手動切り替えなしの自動範囲変換。
広い電源範囲、ユニバーサルusbインターフェースで電力を供給することも、外部電源5-12vまたは9vバッテリーを使用することもできます。
スイッチスイッチングサイクルとパルス表示。
すべてのインラインコンポーネント、いくつかのコンポーネント、シンプルで試運転。
仕様:
材質: pcbアクリル
アイテムサイズ: 75.5*60.5 * 17mm / 2.97*2.38 * 0.67in
アイテム重量: 85g / 3.00oz
パッケージ重量: 92g / 3.25oz
パッケージサイズ: 13*10 * 2cm / 5.12*3.94 * 0.79in
パッケージリスト:
1 * 周波数計
1 * usbケーブル
1 * マニュアル (英語)
注: 周波数計はdiyキットで、自分で組み立てる必要があります。
最大30vの測定可能な信号振幅。
7ビットの高精度解像度。
手動切り替えなしの自動範囲変換。
広い電源範囲、ユニバーサルusbインターフェースで電力を供給することも、外部電源5-12vまたは9vバッテリーを使用することもできます。
スイッチスイッチングサイクルとパルス表示。
すべてのインラインコンポーネント、いくつかのコンポーネント、シンプルで試運転。
仕様:
材質: pcbアクリル
アイテムサイズ: 75.5*60.5 * 17mm / 2.97*2.38 * 0.67in
アイテム重量: 85g / 3.00oz
パッケージ重量: 92g / 3.25oz
パッケージサイズ: 13*10 * 2cm / 5.12*3.94 * 0.79in
パッケージリスト:
1 * 周波数計
1 * usbケーブル
1 * マニュアル (英語)
注: 周波数計はdiyキットで、自分で組み立てる必要があります。
送料込みで、1200円ちょっとです。今持っているやつよりずいぶん高いです。
http://danyk.cz/avr_fmetr3_en.htmlの内容を利用した製品だと思います。
1．プリアンプが必要
この手のキットは何度か組み立てたことがあるので、添付のマニアルを見ながらサクッと組み立てました。
さて、カウント性能についてですが、XR2206ファンクションジェネレータからの信号をカウントさせてみました。
矩形波はちゃんとカウントしますが、サイン波ではダメなようです。多分、ロジックは矩形波のような波形を読み取るのだと思います。
そこで、プリアンプを前段に追加することにしました。
実験１７: 周波数カウンタ用プリアンプというブログを参考にさせていただきました。
ここでは、 2SK241とシュミットトリガーインバータが使われています。回路の詳細は当該ブログで詳しく説明されています。
これをコピーして作ろうと思いましたが、２SK241はもう市場にないらしく、一方で自分にとってはシュミットトリガーって名前はかっこいいけど何？というレベルです。
一から情報収集と勉強を始めます。
シュミットトリガー低周波領域での誤動作を防ぐために入れているそうです。
2．２SK241 互換FET
やはり２SK241はありません。代わりに店にあったFETの２SK192Aと２SK369というのを買ってきました。使えるかどうか店主は何もコメントしてくれませんでした。我流でGoogle先生にひたすら相談します。
２SK241と２SK192Aについては、マルツにこのような表が載ってます。ポピュラーな2SK30Aもあったので、ついでに載せておきます。
スペックを比較してみても、意味ある特性が何かすらわかりません。
「互換」をキーワードでGoogleで調べてみると、かって「秋月電子で２SK241で検索すると２SK192がでてきた」とか、他の互換情報もあったので、２SK192を使ってみることにしました。
3．シュミットトリガー
シュミットトリガーは上記のショップに置いていなかったので、勉強兼ねがねトランジスタで疑似的なものを作ることにしました。
a) なぷすのハード製作記 「シュミットトリガ回路」の解説
で学ばせていただきました。信号の入力において増減の過程でヒステリシスを持たせて発振を防止する役目だと理解できました。
おのおの説明されている回路とパラメータを使ってLTspiceで計算してみました。ただし、b)のケースのパラメータ値は実測値です。また、NPNトランジスタは手持ちのS9018で計算しました。
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| a) のケース |
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| b) のケース |
なんとなくb)の特性が感覚的にしっくり来たので、こちらを使うことにしました。
4．回路のシミュレーション
引用させていただいたプリアンプ回路に2石のS9801で構成したシュミットトリガ回路を入れてシミュレーションしてみました。
低周波の0.1Hzでもしっかりとプリアンプ部で矩形波に変換され、カウントできるであろう様子が伺えます。また、2SK241と2SK192Aでの違いは見られませんでした。
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入力信号0.1Hz 2SK241とSK192A 比較 入力信号1000kHz 2SK241とSK192A 比較 |
5. 実測、失敗。ああ！限界
実際に回路を組んで確かめてみます。
どうもうまくいきません。発振が出たり出なかったり、安定しません。
NPNでシュミットトリガを組んでいましたが、74HC14を入手したのでこれに変えてみました。不安定な発振は収まったように思いますが、矩形波の立ち上がり時にチャタリングが発生しています。74HC14でも発振もまだ起きているようにも思います。
チャタリングはオシロのFFTで見ると40MHz位に1次の山があります。
この状態で信号の周波数を1Hzから1MHzで振ってみました。信号とは全く違う数字がカウントされます。
ダンパを入れたり、LPFを入れたりして対策するのでしょうが、そこまでの気力が今はありません。ヒステリシスカーブの立ち上がりをなだらかにするのかもしれません。ただ、今はその熱意が湧いてきません。
つぶさに見たわけではないのですが、プリアンプを通さずきれいな矩形波を入れるとちゃんと正確にカウントしているようです。
当初の計画はこの周波数カウンタの利用目的は、今作っているDDS（AD9833）を使ったファンクションジェネレータの周波数のモニタ用にと思っていました。
上述した問題点はこのジェネレータから出力した波形を計測しようとしたときのものです。このカウンタ（プリアンプ付き）をつなぐとファンクションジェネレータの波形が歪むこともあります。周波数カウンタ側のインピーダンスの問題なのでしょうか。
いづれにしろ、見よう見まねで作っているので、現段階ではちょっと限界です。手の出しようがない。
