信号発生器の製作（Pa-Lab２号機）

携帯型計測器の４回目は、信号発生器の製作です。
前回、電源を作成したので、順番的に次に必要なのは信号源ですね。オーディオ帯から10MHzぐらいまでは欲しいです。
と言っても、今回の製作記事は以前作ったものの改修になります。

信号発生器の仕様
信号発生器の製作
組み立て
まとめ

信号発生器の仕様

以前作った信号発生器はこんな外観です。
これをPa-Labのケースに入れ直し、実験用のスペースを確保します。

この信号発生器は、サイン波、方形波、三角波を切り替え式
周波数出力は、（一部不安定ながら）50Hz～12MHz程度

昔流行った、金属ケースを加工したものですが、内部は秋月電子の信号発生器キットと、ロジックICで作った切替回路、PICで作った周波数カウンタの組み合わせで出来ています。電源は信号発生器基盤に±5V,100mAが必要ですが、計測器から回収した単電源から正負電源を生成する電源モジュールを使用しています。

信号発生器の主要部品は、販売終了した秋月電子の「広帯域精密波形オシレータキット」です。MAXIM社（現在のANALOG DEVICES社）のMAX038という信号発生チップを使っていますが、現在、チップは製造中止で入手できないようです。（中華製の製品は、なぜかAmazonやAliExpressで販売しています。）

これを、手狭な実験用机で他の機材と並べて使うために、PaLab２号機として組み直すとともに、不具合場所の改善を行います。

信号発生器の製作

まずは、バラす前に機能確認を行います。
出力信号の切り替えは、基盤から無理やり配線を伸ばして外付けでコンデンサを追加して、スイッチを押すとロジックICによりリレーで切り替えて正面パネルにバー状に並べたLEDを点灯させるという力技でした。
キットの説明にもありますが、MAX038というICは、信号出力が不安定になるので、外付けで切り替えてはいけないと書かれています。そのせいもあり、６段階の切り替えが設定されていますが、ちゃんと信号が出力されない部分がありました。
３種類の波形の切り替えも、ロジックICで切り替えて、正面パネルのLEDを点灯させていました。
正面パネルには、BNC端子が２個あります。これは、上が周波数の出力、下はPICで作った周波数カウンタの入力端子になっていました。
調整用のボリュームは、主調整用と微調整用の２個が付いています。

結構な大きさの金属製のケースから、小型のPa-Labケースに入れるために機能を検討します。
１　出力信号を安定させるため、最短の配線で切り替えるよう改修
２　波形切り替えは、スライドスイッチに置き換え
３　周波数の微調整は廃止
４　周波数カウンタの入力も廃止
５　ただし、BNCで50Ωの出力だけでは不便なので、オーディオ用の端子を増設
それでも、現在使っているLCDはそのままではケースに入る隙間がないので、手持ちで小型の物に変更する。

電源部

現在の電源部は、以前、破棄予定の計測器（メーカー・型番は忘れました。）から回収した電源モジュールはCR BOX社のCX225-5という物を使用しています。色々と探しましたが、このモジュールの取扱説明書は見つかりませんでした。
これに+9Vを入力し、出力は±7V位が出力されるので、正と負の３端子レギュレータで±5Vを作って信号発生器基盤に送っていました。

今回、実験用電源で試験してみると、入力を+5Vとすると出力は±5V強でした。「MAX038」の電源の上限は±6Vなので許容値内です。
ノイズも計測器用だけあって少ないです。そのため、出力部の３端子レギュレータは廃止して、入力電圧を9Vから5Vにしました。
ケースの裏側に電源用のUSBタイプCコネクタと配線を取り付けました。

周波数カウンタ部

周波数カウンタは、JK1XKPさんの「本格的周波数カウンター」を使用させて頂いています。このカウンタは、PIC16F84という8bitのマイコンを使用したものです。
他のマイコンで作り直すことも考えましたが、調子良く動いているのでPICはそのまま使います。
プリスケーラを用いて100Hz～2.5GHzまで計測できますが、今回の信号の上限は20MHzぐらいなので、「簡易型１」（100Hz～30MHzまで）にユニバーサル基盤で作り直しました。プリアンプ部は2SK241と2SC1815を使っています。
基準信号は、kyocera社のKTXO-18S（18S-03A-4）というオシレータで、12.8MHz ±3ppm程度ですが十分すぎる性能です。
LCD部で説明する理由から、オシレータの下にLCD用の可変電源を追加しました。

LCD部

周波数表示部はケースが大きかったので通常の16文字2行のLCD（SC1602、幅85mm）を使っていましたが、小型化するためにaitendoの福袋に入っていた小型の物（PX160242、幅66mm）に入れ替えます。（Amazon等で手に入る「HD44780」は約80mm）

ブレッドボードでLCDの機能確認です。まずは資料収集ですが、「PX160242」の取扱説明書は見つかりませんでした。
このLCDはaitendoで入手したものですが、同様のLCDはAliExpressでも購入可能です。バックライトはELらしくインバータ回路を作るのが大変なので使用しません。
ピンアサインは、それぞれの部品のページから拾いましたが、そのままでは動作しませんでした。たまたま、私が入手したものの配線が違っていたのかもしれませんが、動作したピン配置を「実際」の欄に記入しました。ご参考まで。（Pin1はNCです。）

	aitendo	AliExpress	実際
2	3.3V	3.3V	4.1V
3	GND	GND	GND
4	DB7	DB0	DB7
5	DB6	DB1	DB6
6	DB5	DB2	DB5
7	DB4	DB3	DB4
8	DB3	DB4	DB3
9	DB2	DB5	DB2
10	DB1	DB6	DB1
11	DB0	DB7	DB0
12	E	E	E
13	RW	RW	R/W
14	RS	RS	RS
15	LED_G_A	LEDG_A	LED_G_A
16	LED_G_K	LEDG_K	LED_G_K
17	LED_R1_K	LED_R2	LED_R2_K
18	LED_R_COM	LEDR_COM	LED_R_A
19	LED_R2_K	LED_R3	RED_R1_K
20	LED_R3_K	LED_R1	RED_R3_K

まず、電源は3.3Vでは真っ黒で何も見えません。しかたがないので、「TL431」で+5VからLCDが表示される4.1V程度に可変できるような電源を作りました。
ケーブルは1mmピッチのフラット・ケーブルですが変換基盤があったので、それを使いました。

信号ラインはDB4～DB7の4本とその他を合わせても6本（電源を含めると8本）です。変換基盤がなければ直接ハンダ付けしたほうが早いかもしれません。

表面パネル

３Dプリンタで作ります。すでにPa-Lab1号機を「Autodesk Fusion 360」で作っているので、コネクタなどを追加するだけで簡単に出来ました。
（Pa-Labケースは下をクリック。戻るにはブラウザの「戻る」ボタンで。）

電源の製作（Pa-Lab１号機）

携帯型計測器の第３回目は、電子工作には必須の電源を作ります。そして、今回から自宅計測器のサイズを標準化するために「Pa-Lab」（パラボ）を企画します。 Pa-Lab標準ケースは、どこでも手に入るアレを使います。

信号発生器基盤

秋月電子の「広帯域精密波形オシレータキット」は、そのまま余裕でPa-Labケースに入ります。
信号出力は、基盤に直接BNCコネクタを付けたので、基盤を正面パネルに固定できます。
周波数切替は、基盤から最短距離で小型の切り替えスイッチにつなぎます。
小型のロータリースイッチに基盤をカットして取り付けて周波数切替用のコンデンサを付けました。コンデンサは、SMDタイプを４つ付けました。これで50hz～20Mhz位まで可変できます。（取説には周波数切替用のコンデンサは直付するよう指示があります。）

コンデンサ値	周波数レンジ	採用
470uF	0.1Hz～1.5Hz
100uF	0.5Hz～7.5Hz
10uf	5Hz～75Hz
1uF	50Hz～750Hz	○
0.1uF	500Hz～7.5kHz	○
0.01uF	5kHz～75kHz	○
1000pF	50kHz～750kHz
82pF	610kHz～9.2MHz	○
20pF	2.5MHz～20MHz