またしても押しボタンスイッチを落札しそこねた。終了間際にさらわれた。といってもあれ以上の価格で競るつもりはないのだけれども。

仕方ないので撮り貯めたTR5835の内部写真を公開。



GPIBユニットは邪魔で底部が見えないので取り外してある。高安定基準発振器がファンのすぐ側に見える。発振器の出力は一応TTLレベルになっているが立ち上がりがシャープでないので外付けのバッファ回路でシャープな矩形波に整形して内外に供給している。TR5835は100psとかの単位で計測するので10GHz級の基準クロックを使用しているはずだがと目をやると、アルミ板で囲まれた電磁石のような部品が上から２枚目の基板に搭載されている。YIG発振器だろうか。フィルターとかアナログ回路がびっしり組まれているのでPLLを構成しているのだろう。

実際の押しボタンスイッチの外観を撮影しようとフロントパネルの化粧板を外してみた。



押しボタンとタクトスイッチが実質一体化していた。簡単にはボタンがはずれないようになっている。ボタンと一体で設計された特別仕様であることが容易に想像できる。普通に売られていないわけである。基板の裏にスイッチだけが実装されている。サービス用の隠しスイッチだろうか。



スイッチとボタン部分を拡大したもの。これと同等の構造のタクトスイッチを見つけるのは容易ではない。特にこのスイッチはロングリーチタイプと呼ばれるもので一般に少ない。代用品でごまかすには足らないリーチ部分を合成樹脂棒を切って接着剤でくっつけるとかすればなんとかなるかもしれない。多少ボタンとの結合がルーズでも化粧板がガイドになって外れることはないだろう。

それにしても依然として謎なのでこれだけの数のスイッチが同時期にすべて完璧に接触不良を起こすというのは何が原因なのだろうか？　このスイッチは構造的に容易に分解できる代物でもないし。よっぽど設計か製造上の欠陥があったとしか考えられない。

結局タクトスイッチは一切交換せずに直してしまった。その顛末を記しておく。

交換用の新品タクトスイッチの入手のめどが無くなったので

(1)代わりになりそうなタクトスイッチを見つける
(2)現状のタクトスイッチを分解掃除する

のどちらかしか手はなくなった。(1)についてはやはり使えそうなものは見あたらず。(2)については改善されたという報告もあるが課題はどうやってスイッチを分解するかという点

とりあえずフロントパネル裏についているサービス用の隠しスイッチを取り外して分解方法を探ってみることにした。



外形寸法は先日２度ほどヤフオクに売りに出ていたものとまったく同じ。スペアナと同じ仕様のものがカウンターにも使われていた。



底部を見るとメーカー名とおぼしきものが見える。TOKOとあるので東光だろうか。現在はタクトスイッチはまったく提供していない、もともとはインダクタとかトランス、フィルタとかで有名だ。これで懲りてタクトスイッチは撤退したのだろうか。

いろいろ単体で導通をチェックしながら押していると段々と接触抵抗が下がってくるのを発見。ずっと使われない間にすっかり接触が悪くなっていたものが接触させるたびに改善しているらしい。とすると分解して接触面を掃除すればもっと良くなるのではないかと思われる。しかし爪でロックされていて容易には分解できない。ロッドとケースの間から洗浄剤をスプレーしてやるとかなり良くなる。

基板についている残りのスイッチについてもボタン部分を引っこ抜いて洗浄剤をスプレーしていくと、あるスイッチでボタンと一緒にロッドが抜けてしまった。ロッドを強引に引っ張れば爪が外れて中身が出てくるというのが判明。



内部は意外に単純だった。底部に金メッキされた接点部分があってそこにロッド底部にはめ込まれた導電性ゴムが押されて接触抵抗が下がることでONとなる仕組みである。



導電性ゴムの中央に設けられた突起と周辺との間のフランジ部分がバネになって押した時に弾力が生じるようになっている。反面これが接触面の応力を緩和するため導電性ゴムが経年変化で固くなると接触が悪くなるという結果をもたらしていたようだ。



中には経年変化でとうとう中央の突起と周囲との間をつなぐフランジ部分が破断してバネの役割を果たさなくなったものがあった。これでは接触する部分が少なくなってしまうのでほとんどスイッチが効かない。

そこで考えたのが元々は突起部分が底の接点部分を向くようになっているが、実はそれだと接点との接触面積が狭くある方向に偏った力を与えて押した時だけ接触抵抗が一番下がるという状況を生んでいるが、裏返すと導電性ゴムの接触面積がもっと広がるので接触抵抗がぐんと下がることを見つけた。ただしそうすると弾性が無くなって、ペタペタするような感触になるがまったく効かないよりはそれでも効いた方が良い。

それと接点は金メッキしてあるものの導電性ゴム側も接点も長い間に経年変化で表面が汚れている。洗浄剤を吹き付けてぐりぐりとロッドを押しながら導電性ゴムを接点に押しつけてしごいてやるとテスターで抵抗を測っているとぐんぐんと抵抗値が下がって数百Ωぐらいまで下がる。これなら十分である。

接点と導電性ゴムの間の接触抵抗を良くなるように洗浄して導電性ゴムをひっくり返して接触面積を広くすると改善されるものはそのようにすることでやっと全スイッチが実用上困らない程度に押せば応答するようになってくれた。元通りにケースに納めて、操作してみるとちゃんと使える。それまで効かなかった機能も使えるようになった。



同じ要領でTR5823Hの効かないスイッチも直せるかもしれない。

それとTR5823HやTR5822の押しボタンスイッチはTR5835のように弾力が無い。ペタペタしている。それまでの持ち主がスイッチにそうした問題があったので応急対策として導電性ゴムを上下ひっくり返して使うという処置が施されているのかもしれない。

またひとつ誰も知らなかった真の不具合の原因にたどりついてしまったようだ。

→キーがほとんど効かないTR5823Hを分解してスイッチの状態を調べてみたところ、やはりそれまでの持ち主の誰かが応急処置を施したようで突起部が無くなっている導電性ゴムが出てきた。

とりあえず化粧板を外した状態では或程度機能するものの化粧板を元にもどしてしまうとロッドの移動方向が制限されるためにほとんど効かなくなってしまうことが判明。

導電性ゴムが萎縮しているので十分接点部分に接触しない状態になってしまっている。何か導電性ゴムとロッドの間に小さなワッシャーとかを入れれば少し良くなるかもしれないが、当面は←キーが使えるのでそのままにしておくことにしよう。

ほったらかしにしていたわけではないものの動作周波数が10MHz〜1GHzと高い回路なのと部品がSOPなので簡単にブレッドボードとかで実験回路を組んであれこれ試すわけにもいかないので躊躇していた。

前回まではICソケット上に仮にプリスケーラーICとその周辺をハンダ付けして動作を確認したが、やはり空中配線ではIC自体が取り付けが不安定でICの足がコネクタに接触したりして短絡したりして問題だった。

そこで小さな蛇の目基板を買って来てそれからICソケット上に乗るぐらいの大きさを切り取ってその上に部品を載せようと考えた。

その場合に基板に8本の足をつけないといけないが、手持ちのICソケットに差し込める細さのピンヘッダーを切ってハンダ付けすることにした。どうもカウンター側のプリスケーラー基板上のICソケットには手持ちのICソケットがうまく刺さらない。ICソケットが安物で足がもう古くて錆びているからかもしれない。今度のは金メッキなので錆びは無いし別のICソケットにも問題無く刺さる。

足を曲げないように別のICソケットに挿した状態で部品を慎重にハンダ付け。顕微鏡下の作業で神経を使う。ピン配置の関係から接触しているのではと心配する部分もあるがルーペで見て問題無いことを確認。



実験用電源をつないで、シグナルジェネレーターの出力を入れてプリスケール出力をオシロで確認して壊れていないことを確認。ハンダ付けの時の熱で壊れてしまわないか心配だった。

1.1GHzまで1/10プリスケール動作が問題ないことを確認。

あとはプリスケール出力のPECLからTTLへトランスレートするためのトランジスタ回路を実験してうまくいったら追加するだけ。

それと今回わかったのはGOULDの200Ms/sec 100MHzのデジタルオシロでは100MHzの出力がまともに観測できないことが判明。どうも干渉波形のような形になってしまう。HPの2Gs/sec 500MHzのオシロなら問題ない。当面は40MHzまでの方形波ならGOULDで十分だが、それより上の周波数はHP16500Bで見ることにしよう。最新のサンプルレートが高いデジタルオシロならそんなことはないのかもしれない。

手持ちのトランジスタでいろいろ高周波でのスイッチング動作を実験してみたところ結局UHF帯まで使えるチップトランジスタである2SC5064が一番良いスイッチング性能を発揮することがわかった。



2SC1815はftが80MHzと低いのでTTLのレベルでスイッチングできるのは80MHzぐらいが精一杯。それ以上になるとON/OFFしきれないため出力振幅は狭くなってTTLの条件を満たさない。

2SC2120はftが120MHzと2SC1815より高いのでそれよりはましだがやはり100MHzぐらいになるとギリギリという感じが否めない。入力のレベルが下がると当然ON/OFFしきれないのでスイッチング動作も不安定となり大きなジッターが伴う。

2SC5064は高周波トランジスタなので周波数的には問題無いがあまり電流が流せないのとコレクタ損失定格が低いのでコレクタ電流制限抵抗を少し大きめにする必要があるがスイッチング性能は申し分無い。

125MHzを入力しても実用レベルなので1.25GHzまで測れるはずだ、これをPECL-TTL変換回路に使うことにしよう。

単体では申し分なかったけどいざプリスケーラーと接続してみると思ったようにはいかなかった。

まず500MHzから上の周波数ではまったくカウントされなくなる。トランジスタの出力波形を見るとLowの時のレベルが高すぎる。DCオフセットが1Vぐらいかかった感じ。500MHzあたりでカウントしている状態でオシロで出力波形を見ようとするとプローブをつないだ時点でカウントしなくなってしまうので負荷条件が影響しているのは確か。低い周波数ではほぼフルスイングで申し分ないのだが。

それと10MHz以下の周波数で実際よりも高い周波数や２倍の周波数が表示される。これはプリスケーラーの出力とのACカップリングしているコンデンサの容量が大きすぎてノイズが混入していたため。カップリングを浅くしたら1MHz以下まで問題なくなった。

500MHzから上は相変わらず。プリスケーラーの出力は仕様通り綺麗に出ているがトランジスタのスイッチングが鈍っている。ほとんどは出力側の回路の負荷が単体でテストしたのに比べて条件が悪いためである。これ以上電流を流すとトランジスタが持たない。

以前手持ちのGOULDでは100MHzの波形がまともに観測できないと書いたが実はちゃんと125MHzまで安定して見えることがわかった。

といっても見えない時もある。

理由はプロービングの仕方だった。

波形が乱れてまともに観測できなかったのは伝送路の途中にプローブをあてて見たためだった。

sabtronicsのカウンターのプリスケーラーとカウンター回路の間にはダンピング抵抗とシールドケーブルそれにスライドスイッチが途中に入ってまたシールドケーブルという伝送路になっている。あまり関心できないがしかたない。

プリスケーラーの出力ピンかカウンター回路の入力ピンのどちらかにプローブをあてて観測する分には問題ない。

問題なのがプリスケーラー基板のダンピング抵抗(50Ω）とシールドケーブルの間にプローブをあてた場合である。まったく信号がでたらめなノイズ波形のようになってまともにトグル波形が見えない。

よく考えたら、プローブの先端からオシロに信号が流れてそれが反射して元の信号と混じってしまってめちゃくちゃになっていたのである。いわゆるスタブ回路を形成して反射が起きていたのである。

普段はもっと低い周波数の信号しか観測しないのでわからなかったが、いやはや実際に経験すると納得する。

以前直流回路の実験をした際に予想外にブレッドボードの接点の接触抵抗が高いのを経験したが、久々に実験回路を組むのに使用したところボードに付いている陸式端子とそれ用のジャンパーワイヤーの差し込み口の間が断線していることが判明。

まったく断線しているわけではなく数M〜数KΩと変動する。何故だろうと思い裏側を見てみることにした。

ブレッドボードの裏側は板とかに貼り付けて固定できるように両面テープが予め貼られている。シールを剥がして板に接着すれば固定できるという配慮である。しかしこれが邪魔してなかなか問題の端子の接続状況が見ることができない。

しかたなくべりべりと両面テープを粘着部ごと剥がしていくと問題の端子とジャンパーワイヤーの接点部が姿を現した。

見た瞬間驚いた。端子とジャンパーワイヤー差し込み口の接点はバラバラの導体で金具が端子に接触しているだけだった。

しかも大部分がジャンパーワイヤーを差し込んだ時の力で押されその接触部分がずれて今にも外れそうな状態になっていた。これでは接触抵抗が高いはずである。



ハンダ付けで固定しようと思ったが端子の導体が丁寧にクロムメッキしてあるためハンダがまったくのらない。しかたないので外れかかったところだけ押し込んで接触抵抗を改善するしかなかった。

時々ブレッドボードで回路を組んでいると動かなかったりたまに動いたりするのはこれが原因だったのかもしれない。

結局最初に考えていたPNPトランジスタを使ったPECL-TTLトランスレート回路を実験してみることにした。

低い周波数ではどれも良く機能する。しかしFt付近の高い周波数になるにつれて動きが鈍くなる。というのも当たり前でPNPトランジスタを使う場合には常時ほとんどOFF状態（電流が流れない状態）から入力信号のマイナス側の振れでONさせるというものだから。

トランジスタは或程度電流が流れて居る状態であれば電流増幅率は高いが流れていない状態では低くなってしまう。変化が遅い信号ならまだしも周期が数十nsとかの信号になると十分にONする前に入力信号は＋の方へ変化してしまう。

なので振幅もふるわなくなる。高周波でスイッチングするにはFtが高くなおかつ電流増幅率Hfeも或程度高いランクのものを使う必要がある。

手元にある2SA1015, 2SA950, 2SA933を試してみたところ2SA950だけが唯一100MHzまで実用レベルでスイッチングしてくれることがわかった。ブレッドボード上に回路を組んでシグナルジェネレータから100MHzまでの信号を入力しスイッチング動作をさせてその出力をsabtronicsのカウンターのプリスケーラーの出力の代わりに与えて10倍の周波数が表示されるのを確認し、どこまでいけるか試してみた。すると101MHzまではこんないい加減な結線でも動いてくれた。





あとはこれを同じ回路を自作プリスケーラー基板上に実装して試して見るだけだ。

2SA950はもともと以前万年カレンダー時計を製作する際にLEDドライブ用に購入したもので余分に買って余った１個だった。もっと性能の良いPNPトランジスタがあれば良いのだが秋月とかでは見あたらない。

100MHzまでスイッチングしてくれるとはなかなか優れものだった、最初は期待していなかった黒馬である。

千石電商にもっと性能の良いPNPトランジスタが売っているのを発見し、さっそく買ってきた。

2SA562は型番からして古いものだが性能的には2SA950より上ということになっている。

2SA1145はちょっと丈の長いパッケージで元々は電流スイッチング用。小電力パワートランジスタとしても使える。

2SA950で動作していたブレッドボード上に2SA950を引っこ抜いてそれぞれ差し込んで動作を確認してみた。同じ回路でほぼ同様に動くが2SA562は2SA950とさほど違いを見いだせなかった。2SA1145は若干それらよりも性能が伸びている。100MHzまではフラットにスイッチングをしてくれる。

問題はPECL-TTL変換回路をシグナルジェネレータの安定して綺麗な入力信号で動作させた場合は良くても、実際のプリスケーラーのノイズの多い信号を与えた場合にどうかが心配だ。

いきなりプリスケーラー基板上にハンダ付けするのではなくまずブレッドボード上で両方をつなげて今と同様に出力をカウンターに食わせてやれば失敗のリスクは軽減できる。

あとでやってみよう。

それとヤフオクでAdvantest(タケダ理研）のスペアナやカウンターに使われている寿命の短いプッシュボタンスイッチの交換部品が売りに出ていたので早速入札。需用が有ると見て複数出品で今回は希望落札価格付きという良心的な配慮。さっそく１セット落札。１個おまけしてくれたらしい。今朝届いた。sabtronicsのカウンターの件が一段落する明日あたり手持ちのカウンターのスイッチを交換しよう。カウンターに使用されているのとは形状は同一だが細かな構造は違っていてメーカーも異なるようだ。