elm-chan版 デジタル・ディップメーターの製作(基板の作成と動作テスト)

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7月上旬から一月以上、なにも工作をやっていなかったのですが、中波ラジオの製作欲は衰えておらず、お盆すぎからディップメータを作ってました。といってもelm-chan氏の2009年の記事「デジタル・ディップメータの制作」をトレースしただけです。

コイルは適当に巻いただけのものなので、作り直しが必要です。
LCDを装着した本体基板。

同氏のディップメータは、上の写真にあるように、周波数測定・検流回路の本体基板とは別に発振基板をプラグイン化しているところが特徴的です。これによってMWからUHFまでの広域を発振基板プラグイン+コイルプラグインでフォローすることが可能になっています。

とりあえずは、ラジオの調整ができればいいので、本体基板とMW/HF帯域の発振回路・コイルプラグインが動作するのを目標にしました。

オリジナルからの変更としては、MCUをATmega48から上位互換のATmega168Pへ、発振回路の2SK241GRを2SK192A-GRへ、一行16桁のLCDを横幅が一回り小さい二行8桁のACM0802C-NLW-BBH(秋月電子で入手可能)1)HD44780コンパチブルなので、そのまま動作します。にしたこと等がありますが2)他には、2SJ168をFDS4935Aに、検流部のショットキー(1SS108)をBAT43と1SS286に、2SC2712を2SC1815Yに、Vレギュレータを7805CVに変更しました。あとロジックICも別メーカのHCUとかVHCとかで適当に代替。、手持ち部品の関係にすぎません。ソフトウエア的には提供されているソースのMakefileを少し書き換えるだけで動作します3)MCU_TARGETをatmega168pに変更。elm-chan氏の製作記事後、avr-gccのバージョンアップがあってPROGMEN関係の仕様が変更になったので、最近のバージョン(avr-gcc最新は8.2.0)だとavr-libc(同2.0)がらみでコンパイルエラーが出ます。その場合でもMakefileのOPTIMIZEパラメタに -Wno-deprecated-declarations -D__PROG_TYPES_COMPAT__を加えればソースを一切変更なくmakeは通ります.。いずれも軽微な変更で4)なお、2SK241GRと2SK192A-GRでは、発振ゲインコントロールにかかわるゲートソース電圧特性が違いますので、回路定数を一部変更しました。241より192の方がドレイン電流が流れはじめるvgsが深いので(データシート的には241GRで約-1.5V、192GRで約-3V以上、個体差があって一概にいえませんが、ここでは二倍程度違うと見ておきます)MF/HF発振回路図にあるゲインコントロール電圧の分圧抵抗R3/R4を470/680から680/330に変更し、供給するvgsの限界を約-1.6Vから約-2.8Vに広げておきます(本体基板から供給されるゲインコントロール電圧の最大値は4Vなので)。VHF発振回路を作るときも同様にvgsを調整する予定です。、ようするにこの子は劣化コピー品であります。

というわけで、回路図通り組み立てれば動作してくれるわけですが、制作の苦労は配線にありました。

表面。小ぶりのレギュレータの手持ちがなく、仕方なくTO-92パッケージを使いましたが、でかすぎ。いつかは取り替えたいものです。
裏面。ジャンパ線皆無を目指しましたが、バッテリーチェック用の分圧抵抗とMCUのADポート間のスペースが取れず、ジャンパ(左上)で対応。悔しい・・・。

同氏の制作記事は部品の選定を見てもわかるようにほぼ全て表面実装部品をつかってフルピッチ(2.54mm)の蛇の目基板(ユニバーサル基板)上で組み上げるというものですが、これはわたしには難易度が高いです。

SOPですらハーフピッチですし、MCUはTQFPなので0.8mm。となると、よっぽどうまくランド穴使ったり、ICピン間を空中配線のみで繋いだりしないと組み立てられません。さりとてプリント基板化するにはあれこれ部品の変更とかありそうなので、ここは手作業で。

というわけで、最初名人の真似をして配線を試みましたが、小一時間で挫折。結局、ハーフピッチの蛇の目基板で組みました。これだとSOPはそのままランドにハンダ付けしてOKですし、同じ面積ならランド穴の数が最低1.5倍以上、最大4倍近くあるので、ICピンから空中配線でリードを出しても、そのリード線を一旦ランドにハンダ付け固定できます。なおCRのSMDは手持ちの関係で1608(0603)に統一しています。

一方、発振回路プラグインはフルピッチ基板で作りました。1608チップの半田付けはハーフピッチよりフルピッチのほうがやりやすくピッチの狭いICを使わない限りコンパクトさは変わりません。

一応動作確認ができたので、次にケース入れをしなければなりませんが、周波数調整用のポテンショVR(100K)を持っていないので(テストでは100KのVRでやりましたが調整がクリティカルすぎてこのままでは使う気になりません)、それを入手してから、ということになります(というわけで、この項続く)。

References   [ + ]

1. HD44780コンパチブルなので、そのまま動作します。
2. 他には、2SJ168をFDS4935Aに、検流部のショットキー(1SS108)をBAT43と1SS286に、2SC2712を2SC1815Yに、Vレギュレータを7805CVに変更しました。あとロジックICも別メーカのHCUとかVHCとかで適当に代替。
3. MCU_TARGETをatmega168pに変更。elm-chan氏の製作記事後、avr-gccのバージョンアップがあってPROGMEN関係の仕様が変更になったので、最近のバージョン(avr-gcc最新は8.2.0)だとavr-libc(同2.0)がらみでコンパイルエラーが出ます。その場合でもMakefileのOPTIMIZEパラメタに -Wno-deprecated-declarations -D__PROG_TYPES_COMPAT__を加えればソースを一切変更なくmakeは通ります.
4. なお、2SK241GRと2SK192A-GRでは、発振ゲインコントロールにかかわるゲートソース電圧特性が違いますので、回路定数を一部変更しました。241より192の方がドレイン電流が流れはじめるvgsが深いので(データシート的には241GRで約-1.5V、192GRで約-3V以上、個体差があって一概にいえませんが、ここでは二倍程度違うと見ておきます)MF/HF発振回路図にあるゲインコントロール電圧の分圧抵抗R3/R4を470/680から680/330に変更し、供給するvgsの限界を約-1.6Vから約-2.8Vに広げておきます(本体基板から供給されるゲインコントロール電圧の最大値は4Vなので)。VHF発振回路を作るときも同様にvgsを調整する予定です。

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