■このページの目的
本編は、LCDパネルメータ製作・改造編(Part3)です。C-Meter製作編(Part1)、調整編(Part2)の続編です。製作・調整編をまだご覧でなければ、まずは製作編(Part1)からご覧下さい。
表示器なしのアダプタ形式でも十分役立つのですが、やはりスタンドアローン型の容量計は便利です。秋月キットの液晶パネルメータを3レンジの電圧計にして組込んでみました。電池を共用化する工夫を行ない、乾電池1個で容量計測部とパネルメータを駆動します。
■液晶パネルメータと単電池化について
秋月キットの液晶パネルメータを使います。このキットは、液晶パネル用のA/Dコンバータ ICL7136が使われています。ICL7136は一個の乾電池・006Pで動作するようにできています。一個の乾電池で、プラス電圧とマイナス電圧を計測できるようにするために入力のマイナス端子も電池のマイナス側から浮いた状態で使うようになっています。この入力端子は、乾電池のマイナス端子と共通にはできません。このため、液晶パネルメータを単独で使う場合は良いのですが、そのまま他の回路と電池を共有しようとするとうまく動作しません。製作した容量計は、もともとアダプタ形式でスタートしました。しかし、表示器を内蔵したスタンドアローン型が便利です。そこで液晶パネルメータを追加しました。しかし、上記の理由で電池を共有できません。当初は、簡単化のために006P乾電池を2個使っても良いと考えました。ところが、掲示板で途中経過を公開したところ、二個の電池を使う方法はすこぶる評判が悪いようでした。そこで一個の電池で済ませるための検討を迫られたのです。二個電池もそれほど不合理ではないので、パネルメータの改造はしなくても良いかもしれません。改造して一個の電池で済むようにするか、改造はせず二個の電池を使うかはお好みしだいです。但し、電池共有化改造は液晶パネルメータを他へ応用するときにも使えますから、方法を説明することにしました。もちろん電池一個で済む方がスマートです。
■液晶パネルメータの製作・改造の概略手順
基本は秋月キットのLCDパネルメータです。200mV/fsの基本レンジのほかに、2V/fsと20V/fsの測定レンジを追加します。そのほか、容量計測部と電池を共通に使うための工夫を加えます。文章だと複雑そうですがやることは簡単です。
- 製作
キットの説明書に従って製作します。ただし、1箇所だけ後の改造を考慮して組み立てる部分があります。- 抵抗分圧器の製作
液晶パネルメータは200mVの単レンジです。これに分圧器を付けて、200mV、2V、20Vフルスケールの3レンジにします。- 小数点ドライブ回路
液晶の小数点を正規の方法で点灯する回路を追加します。小数点の点灯位置は測定レンジの切り替えと連動させます。- 電池共有のための改造
一つの電池で、容量計測部と液晶パネルメータの両方を動作させるための改造です。パネルメータ部分を小改造し、更に共有化に必要な-5V電源を製作します。
■液晶パネルメータの製作と改造
回路図は組込むための全回路です。以下、順に説明してゆきます。
１・製作
秋月電子通商の液晶パネルメータキットを製作します。基本的にそのまま製作して良いのですが、後に容量計測部分と電源(電池)を共有するための改造をします。改造はジャンパー線を一箇所除去するだけです。しかし、キットの手順通り組み立ててしまったあとでジャンパー線の除去をするのは面倒でした。製作手順ではジャンパー線J2(JD2)はICソケットの下に付くのですが、指定の場所には付けずに、基板の裏側に仮に配線してください。キットの手順に従ってパネルメータの動作確認が済んでから、後で仮に配線したJ2（JD2)を除去します。
注意：秋月電子通商で現在販売されているキットは改良版です。プリント基板が蛇の目型から専用パターンに変更されています．しかし、まったく同じものであることを確認しました．（余分な穴があいていないだけで基板パターンは全く同じ）従って、小数点を正しく点灯するための回路(C)の追加が必要です．電池共有化の改造(B)も同じ方法で結構です．ジャンパー線の呼称が旧版のJ2からJD2に変更になっていますが、それを除けば新版も旧版とまったく同じように使えます。（追記・改訂：May 25 2005）
２・抵抗分圧器の製作と校正：回路図｢A｣部分
パネルメータは、そのままでは±200mV(199.9mV)の単レンジです。容量計に必要な、2Vレンジと20Vレンジを追加して、3レンジの電圧計にします。回路図の｢A｣部分です。デジタル・テスタと安定化電源などを使って各レンジを校正(調整)します。容量計測部のOutputとの接続は各レンジの調整が終わってからにします。最初は200mVレンジからで、液晶パネルメータ基板のVRを調整します。次に、2VレンジはVR101、続いて20VレンジはVR102を調整します。
３・小数点ドライブ回路の追加：回路図｢C｣部分
キットの説明にある小数点点灯方法は簡易式です。小数点の位置が固定された用途なら、それでも良いですが、測定レンジを切り替えるので、小数点位置も移動します。小数点の焼き付きを防ぐ液晶ドライブにします。回路図｢C｣の部分を追加します。写真は小数点ドライブに使った2SK422です。エンハンスメント型のNch-MOS-FETならなんでも使えます。写真の2SK422は生産中止品のため、2SK982、2SK1061などをお薦めします。足ピンの配置は2SK422と同じです。何れも100〜200円程度。なお、2SK241、2SK439等はディプレッション型なので使ってはダメです。この部分は、FETと抵抗各一個なのでパネルメータ基板の空きスペースに組込みました。
４・電池共有のための改造：回路図｢B｣部分
ICL7136を使ったパネルメータキットは、006P乾電池1個を使って動作するようにできています。しかし、入力端子マイナス側を電池のマイナス側と共通にできないので、容量計測部分と接続することができません。パネルメータを改造したうえで、+５Vと-５Vの2電源を用意すれば電池を共有化できます。
改造方法ですが、液晶パネルメータ基板のジャンパー線を1箇所除去します。そのままだとパネルメータのマイナス入力端子の接続が切れてしまうので配線を追加します。更に、回路図｢B｣のような-5V電源を製作します。容量計測部から+5Vをもらい、電圧反転用のIC、ICL7660を使って-5Vを作ります。写真はICL7660CPAです。他にJRCのNJU7660が同等品です。・・・ICL7660のデータシート：(240KB)
■組み合わせ配線
以上で200mV、2V、20Vのレンジ切り替えができるデジタル電圧計が完成しました。容量計測部と一緒にケースに収納すればスタンドアローンな容量計になります。容量計測部と、デジタルパネルメータ、抵抗分圧器、電池共有化回路（マイナス5V電源）を相互配線します。図に全体を示します。液晶パネルメータを追加し、全体の配線が終わったら、もう一度調整と校正をしておきます。
■各測定レンジの使い方
なお、CALポジションはmax19.99pFレンジなのですが、最小桁（0.01pF）は十分な安定性がないので測定レンジとしては使いません。従って、本来は下から3桁目の小数点をつけるべきなのですが、省略しています。
- 200mVレンジはADJ-Zero(VR1)ツマミでゼロ点調整をするときに使います。写真のCALのポジションです。
- 2Vレンジは、199.9pFまでの測定レンジです。小数点は、下から2桁目を点灯します。
- 20Vレンジは5Vまでを使って、500pFまでの測定に使います。最小桁は1pFですから小数点は点灯不要です。
■Part3：DPM製作改造編のエピローグ
最初はデジタルテスタと一緒に使うアダプタ形式でも良いと考えていました。液晶表示器（パネルメータ）は後から追加してみたものです。そのため、回路全体で見ると冗長な部分ができてしまいました。最初から表示器内蔵で設計すれば不要な部分があるわけです。しかし設計はそのままにしました。アダプタ形式で製作するなら表示回路のための部品は不要だからです。回路各部の独立性も高くなるので、部分ごとの確認も容易になります。やはり実際に使ってみると表示器内蔵は便利です。すこし費用は掛かりますが、最初から表示器内蔵型で製作されるのをお奨めしたいと思います。表示器を内蔵しても、上手に部品を集めれば5,000円以内で製作可能でしょう。
小容量計は前から製作したいと思っていました。今では良いものも出ていますから、キットの購入も考えました。しかし、このくらいの物なら十分製作可能ですから自作することにしたのです。測定の安定性・再現性、低消費電流などの点で微少容量計キットとして売られているものよりもマシなものができたと思っています。
RF回路の自作では、数pF〜数100pFのコンデンサを良く使います。共振回路などは精度の良い部品を使って組み立てると再現性が向上します。以前はDELICAのミニブリッジなどを使っていました。しかし、ブリッジは直読計器ではないのでたくさん測定する必要があるときには不便でした。やはりデジタルで直読できる計器は便利です。コンパクトで、手軽に使える計測器ですから、デスクサイドに置いて実験や試作の必需品になりそうです。 おわり。
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