Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋
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ＧＭ管ＬＮＤ７１２使用 カウントしかしないガイガ−カウンタですの巻
１．背景
「ＧＭ管Ｊ３０４βγ こりゃカウンﾄするわの製作」ではＧＭ管Ｊ３０４βγの外形寸法が大きく、高電圧電源も「蝿取りラケット ＤＣＤＣコンバータ基板」を使用していたため電源 の効率が悪く、消費電流が１００ｍＡを越えていました。 可搬性を高めるためは、小型化・消費電力低減が必要であり、そのためにＧＭ管としてＬＮＤ７１２、５００Ｖ出力のＤＣＤＣコンバータを入手して製作してみました。
また、センサ部分だけでガイガーカウンタ機能を有するようにしました。 はい、カウンタです。 単位はパルス回数です。 決して世の中でまかり通っているＣＰＭや何とかシーベルトでは測定できません。
２． カウントしかしないガイガ−カウンタの製作
２．１ カウントしかしないガイガ−カウンタ 回路
今回製作した「カウントしかしないガイガ−カウンタです」の回路図を下記に掲載します。
（クリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。）
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 回路図 】
回路構成は基本的に「ＧＭ管Ｊ３０４βγ こりゃカウンﾄするわの製作」を踏襲しています。 前回同様に高電圧電源出力電圧の安定化を行っています。
ニッケル水素電池４本での駆動を考慮して入力電圧を有効に利用するように変更しています。
(a) 逆電圧印加防止用のダイオードＤ１を配線で短絡しています。
(b) ５００Ｖ出力のＤＣＤＣコンバータへの入力を３．３Ｖ電源から電源入力から直接とるようにしています。
この変更のため、Ｑ０１、Ｑ２１の回路に変更しています。
上記対応で、ＮＪＭ７０４４Ｄの１回路が余りましたので万歩計の電源供給回路に利用しました。 基準電圧が１．５Ｖに近い電圧ですので基準電圧をそのまま利用するバッファ回路で使用しています。 なお、電源オフですぐにカウンタ数値が消えることを防止するためにＣ２２（４７μＦ）を設けています。 この回路は手抜きしていますので、少なくともＤ２１は設けておく必要があります。
パルス幅設定の７４ＨＣ１２３Ａに使用するコンデンサを前回はフィルムコンデンサにしていましたが、今回はセラミック積層コンデンサ（チップコンデンサ）に変更しました。 それほど厳密に時間設定する必要もないので、フィルムコンデンサにするまでもなかったと思います。
万歩計用の７４ＨＣ１２３Ａバルス幅時定数は今回見直しています。 万歩計でカウントできる程度にパルス幅を短くしています。 実際にはコンデンサの大きさの問題で、０．１μＦのチップコンデンサを用いることができるようにしています。 事前確認（マージン確認）不足でチップコンデンサ０．１μＦ１個で回路製作をしましたが、環境の変化に対してのマージン不足でカウントできない場合があったので、チップコンデンサを２段重ね（Ｃ４４，Ｃ４５）としました。
検出回路（Ｃ４６，Ｒ４５）に電流制限抵抗を設けていませんのでＺＤ４１は意味がありません。 回路図にも製作品にもＺＤ４１を設けていますが、次回作成するならばＺＤ４１は不要です。
ＬＮＤ７１２はアノード検出が推奨されていますが、今回は前回と同様にカソード検出方式としています。 まだ実感はありませんが、耐ノイズを考えればアノード検出方式に変更すべきだと思います。
ＤＣＤＣコンバータ出力に接続されているＲ０２，Ｒ０３，Ｒ０５の１０ＭΩの抵抗、Ｃ０９の１０００ｐＦは定格５００Ｖ以上の部品を使用します。 Ｃ０９は１ｋＶ品を持っていましたが、Ｒ０２，Ｒ０３，Ｒ０５は手持ちの関係で今回は３００Ｖ品を使用しています。 自己責任、自己責任。
２．２ 「カウントしかしないガイガ−カウンタ」 製作例
上記回路をベースに製作した実例を以下に示します。
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 全体外観 】
今回は、ＳＯＰやチップ部品を使用しますので秋月電子通商の「ユニバーサル両面スルホール・ガラス・ユニバーサル基板Ｂタイプ１．２７ｍｍピッチ（９５ｘ７２ｍｍ） [AE-2M]」を利用しました。 この基板上に回路、ＧＭ管ＬＮＤ７１２、万歩計を実装するようにします。 １．２７ｍｍピッチのためランド径が小さく接着力が弱いので両面スルーホールタイプのユニバーサル基板を使用します。 片面タイプもありますが、今回の製作では適さないと判断しています。
ＤＩＰタイプのＩＣ０９は外形が大きいのでＳＯＰの部品をできる限り利用しました。 ７４ＨＣ１２３ＡなどのＳＯＰ部品は鈴商で入手することができます。 鈴商の品揃えにはとても助かります。
コネクタＣＮ１はハーフピッチコネクタ「１．２７ｍｍ（ハーフ）ピッチコネクタセット [P-01151]」を使用しています。 実際に製作したところハーフピッチコネクタが必要なほど部品が込み入りませんでしたので、このコネクタに拘る必要はありませんでした。
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 回路図部分部品面 】
今回は電源ラインのハンダ充填不足気味です。（手持ちハンダのストック切れ間近です。）
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 回路図部分部品面 】
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 回路図部分部品面斜視１ 】
【 「カウントしかしないガイガ−カウンタです」 回路図部分部品面斜視２ 】
２．３ 「カウントしかしないガイガ−カウンタ」 調整例
ＧＭ管ＬＮＤ７１２の高電圧調整方法を記載します。
Ｓｔｅｐ１ ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出回路特性を測定します。
ＤＣＤＣコンバータ出力電圧とＩＣ０２の７番ピン電圧の関係を同時に測定します。 そのために電圧計（テスター）が２台必要になります。 なお、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧を測定するためには７５０Ｖｄｃ以上を測定できる入力インピーダンス１０ＭΩ程度の電圧計が望ましいです。 また、必ず同時に測定して下さい。 １台で交互に測定すると測定誤差が大きくなります。 この電圧の関係をもとに、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧はＩＣ０７の７番ピンの電圧から推測するようにします。
測定に際して、電源電圧５Ｖｄｃ程度、ＤＣＤＣコンバータ上の可変抵抗は７５％程度（可変抵抗矢印上無期状態から左へ約３０°回転）にしておきます。 その後、ＶＲ２１を調整して０％側にして、徐々に電圧を上昇して電圧計の値を読み取ります。 測定に際して５５０Ｖｄｃを超えないように注意して下さい。
今回の製作例における測定結果例を下記に掲載します。 動作電圧４７５Ｖの場合、下記よりＩＣ０２の７番ピンが０．５１４Ｖになるように電圧調整をすればよいことがわかります。 なお、この電圧は使用部品のばらつきによって変わります。
| ＤＣＤＣコンバータ出力電圧 ［Ｖｄｃ］ | ＩＣ０２ ７番ピン ［Ｖｄｃ］ |
| １００ | ０．１１２ |
| ２００ | ０．２２０ |
| ３００ | ０．３２７ |
| ４００ | ０．４３４ |
| ４５０ | ０．４８８ |
| ４６０ | ０．４９９ |
| ４７０ | ０．５０９ |
| ４７５ | ０．５１４ |
| ４８０ | ０．５１９ |
| ４９０ | ０．５３０ |
| ５００ | ０．５４１ |
| ５２５ | ０．５６８ |
Ｓｔｅｐ２ ＤＣＤＣコンバータの出力調整をします。
電源電圧が低下した際に、電源電圧が何Ｖまで高電圧出力を維持させるかをＤＣＤＣコンバータの可変抵抗で調整します。 今回使用するＤＣＤＣコンバータは、出力電圧ではなくＤＣＤＣコンバータのこの可変抵抗の調整で決まります。 消費電流はこの調整で決まります。
３〜５Ｖｄｃ程度を調整できる可変電源を準備します。 この可変電圧から本回路に電源を供給します。 また、ＤＣＤＣコンバータ上の可変抵抗は７５％程度（可変抵抗矢印上無期状態から左へ約３０°回転）にしておきます。
電源電圧を５ＶにしてＶＲ２１を調整してＩＣ０２の７番ピンが０．５１４Ｖになるようにします。
電源電圧を本回路の最低動作電圧まで低下させます。 今回の製作例では４．４Ｖに設定しました。
ＩＣ０２の７番ピンが０．５１４Ｖを維持できるところまではＤＣＤＣコンバータ上の可変抵抗を右側に回します。 これで調整完了です。
３ その他
３．１ 完成状態
本回路の消費電流は約３０ｍＡとなりました。 ＧＰＳ部分と合わせて消費電流は１００ｍＡ以下にすることができそうです。
「ＧＭ管Ｊ３０４βγ こりゃカウンﾄするわの製作」と「カウントしかしないガイガ−カウンタ」の外形寸法を比較してみました。 基板外形自体は少ししか小さくなっていませんが、万歩計も実装できるようになっています。
【 「ＧＭ管Ｊ３０４βγ こりゃカウンﾄするわの製作」との比較 】
３．２ 万歩計の改造
万歩計の改造は「ホール素子買っちゃた！ チャリンコ万歩計を作っちゃえ！ 」に掲載のダイソーのデジタル歩数計Ｂ縦型の改造品を使用しています。 但し、＋Ｖｃｃラインと信号入力ラインに２２ｋΩのプルアップ用抵抗を追加しています。 これは「カウントしかしないガイガ−カウンタ」回路の逆電流防止のＤ２２に起因するもので、Ｈｉｇｈレベル電圧入力時の信号入力ライン電位確定のためです。 この抵抗は万歩計内部ではなく、「カウントしかしないガイガ−カウンタ」回路側に設けてもよいかと思います。
【 万歩計改造状態 】
【 万歩計動作状態 】
End of This Page.
