ブレッドボード上の2SA1145の回路はそのままにして隣にプリスケーラー基板を載せてつないでみた。結果的に983MHzまではカウントできた。その証拠写真。



プリアンプが無いのでシグナルジェネレータの出力をプリスケーラーに入れ、その出力をDCカットして2SA1145のベースに与えスイッチングさせ、その出力をオリジナルのプリスケーラーの出力の代わりにカウンターへ注入。

ブレッドボードの配線は高周波を全然意識しないめちゃくちゃな配線のため途中所々まったく正しくカウントできない周波数が現れる。たぶんカウンターとブレッドボードの間をつないでいる信号線が長いのが影響しているだろう。より対にすることでこの状態に持って来れたがそうしてないとまったくだめである。同軸ケーブルとかにすればもっと良くなるのかもしれない。たぶんSWRが悪いのだろう。

プリスケーラーの出力は入力さえちゃんとしていれば安定しているのでそれに準じてTTL変換結果も安定する。低い周波数ではプリスケーラー自身が不安定（ノイズやジッターが多くなる）になるので10MHz以下は実用的でない。

シグナルジェネレータとの間のケーブルを短いものに変えたら1GHzまでカウントできてしまった。今まで5mとかをつないでいたし。あとはプリスケーラー基板上にトランジスタ回路を載せればもっと回路条件は良くなるはず。この状態でブレッドボードとカウンターの間で100MHz超えるTTL信号が伝わっているというのはちょっと信じられないが本当である。

ブレッドボード上のトランジスタ回路を新プリスケーラー基板の上に実装してみた。部品数があるので結構込み入って難しかった。ルーペで芋ハンダや天ぷらハンダ、ハンダブリッジが無いのを確認しテスターで電源ショートが無いのもチェックしてカウンターへ装着。



電源を入れてみた、信号が入力されていない状態やレベルが足らない状態では新しいプリスケーラーは出力にランダムノイズが出てくるためでたらめな周波数が表示される。これは致し方ない。

シグナルジェネレータの電源を入れるとブレッドボードでテストしたときの周波数が表示された。動いたよかった。基板に過密実装したことによって配線が短くなり少し高い周波数までカウントできるようになった。ちなみにケーブルを長いのをAdvantestのカウンターのほうにつないでみたらやはりある周波数でまったくカウントがされなくなる。なので波長とケーブル長の関係で定在波が生じるのだろう。



たまたま同じ値を表示した瞬間。Sabtronicsの基準周波数の安定度はAdvantestのより悪いので下二桁はぱらぱら変わる。Advantestの方は下一桁が変わる程度の安定度。

ちなみに感度の方は低い方の周波数ではAdvantestよりもSabtronicsの方が優れていた。-30dBmぐらいまでになるとAdvantestの方はほとんどカウントしなくなる。逆に高い方の周波数はAdvantestは優秀でシグナルジェネレータの出力できる最大周波数の1.1GHzまで問題無い。Sabtronicsの方はプリアンプが900MHzまでの仕様のものなのでそれ以上はやはりゲインが不足して安定した測定が困難になる。プリスケーラー自身は1.1GHzまでは確認してあるがこれも致し方ない。

とりあえず仕様上の10MHz〜1000MHzまではカバーできたので良しとしよう。

原理動作はうまくいったのでカウンターの上蓋を閉めた正規の状態でエージング動作していたところしばらくして表示をチェックしてみたら1GHzのカウント値が不安定になっていた。

蓋を閉めたので内部の温度が上昇し温度ドリフトが生じたと思われる。予想はしていたが実際に体験するとがっくりくる。

とりあえずトランジスタの動作点がもともとギリギリのところで調整してあるのでトランジスタのベースバイアス電圧調整用の可変抵抗器を微調整し再び安定してカウントすることを確認。

しかし温度が変わるたびに再調整というのはアマチュア的には我慢できても実用的ではない。なんらかの温度補償回路を加えないといけないことは確か。

カウンター内部のプリスケーラーの真下にはかなり発熱する３端子レギュレーター7805が鎮座しているというのも問題だ。蓋を閉めると更にトランジスタ周辺の温度が上昇する。

昨夜はうまく動作して、あとは温度補償型の基準周波数発振器でもつけようかとか上機嫌だったのにすっかり落胆してしまった。今朝の天候が良くなかったせいも加わっているけど。それどころではない。

今朝再度電源を入れてみたら1GHzをまったくカウントしない。バイアス電圧を再調整して復活。使えない。

温度ドリフトはトランジスタ１石回路の典型的な弱点であることは理解しているが、実際に体験してみるとかなりショックである。

まあこれを機会に温度補償回路に取り組むという課題が出来た。

今回トランジスタ１石で組んだPECL-TTLトランスレーター回路は常温では良好な性能を示すもののケース内で近くにある三端子レギュレーターの熱であぶられたり蓋を閉めて高温状態になると出力レベルに大きな狂いが生じてTTLのレベルを満たさなくなる。

これはトランジスタが温度が高くなる程コレクタ電流が流れ易くなる方にVbe特性が変化するという典型的な性質によるものである。なのでトランジスタの熱暴走というのは昔から知られているためその対策が必要となる場合が多い。

トランジスタの動作を温度の影響を受けずに安定させるためには温度補償回路を追加することになる。考え方としては温度が変化した場合にはそれによってトランジスタの電流が流れ易くなる傾向を打ち消すようにバイアス電圧を変化させる必要がある。

本来はVbeの変化を打ち消すようにベース電流を阻止すれば良いがこれは微少電流で入力信号にも比例しなければならず容易ではないので間接的にバイアス電圧をベース電流が流れない方向へシフトさせる方法が一般的。温度補償回路には温度変化に対して同じ性質を持つサーミスタ抵抗やトランジスタやダイオードが使われる。

温度変化によってベース電流がわずかづつ流れやすくなるとそれは増幅されてコレクタ電流の大きな変化として現れる。トランジスタの電流増幅率も温度によって上昇するのでちょっとややこしい。いずれにせよ信号入力の無いアイドル時のコレクタ電流のドリフトを打ち消すことが温度補償回路の役割ということになる。

以下はとりあえず今回実験したPECL-TTL変換回路。



動作をシミュレーションすると良好な結果が得られている。実際の動作も温度ドリフトが無ければ良好そのもの。



同じ回路を温度特性シミュレーションしてみるとアイドル時の出力レベルに驚愕の事実が。



下の緑の線がアイドル時の出力レベルで温度が上がると共にコレクタ電流が増加しアイドル時の出力電圧が上昇し波形全体が高電位にシフトしてしまうことを意味する。

なのでこの温度特性を打ち消すようにベースバイアス電圧を温度によって変化させる回路を追加すれば良いことになる。その場合、温度変化の傾きにあわせてベースバイアス電圧の温度変化の傾きを調整できるようにしておく必要がある。実際の温度係数がどれくらいになるかはトランジスタのばらつきによっても変わるので調整する必要がある。

同一のトランジスタを使って温度補償する以下の回路をシミュレーションしてみた。



出力波形は温度補償回路が無い時とほぼ同様。



問題の温度特性は、ほぼ平坦となった。



ちゃんと計算するやり方があるが、今回はカット＆トライでシミュレーション結果を見ながら調整。

後日ちゃんと計算してみよう。原理的にはこれでうまくいくはず。

先日ヤフオクでタケダ理研やAdvantestのスペアナ等に使われていて短寿命なことで知られるタクトスイッチの交換部品が売りに出ていたので希望落札価格で１セット入手。



先週届いていたが別件で忙しかったので手つかず。寸法や形状はカウンターに使われているのと一緒なので共通仕様らしい。メーカーはカウンターに使われていたものとは異なる。おそらくタケダ理研というか現Advantestの特注仕様なので一般売りはされていない。

一応一個だけ導通チェックしてみたらON時に数百Ωと問題なし。

よく使うボタンでダメなものだけを交換しよう。

アルバイト先の事務所に持って行ったままだったテクトロのアナログオシロ475を自宅に持ち帰って来た。

シグナルジェネレータの出力を観測してみると結構の高い周波数まで観測できることがわかる。475は垂直バンド幅が200MHzなのでその当たりまでは安定してトリガーもかかる。300MHzぐらいまでは不安定だがトリガーがかかり波形も確認できる。それ以上は振幅だけがわかる程度。500MHzを超えるとさすがに振幅も怪しくなって来る。



Rohde and Schwarz SMLUのAM変調波形を観測するとちゃんと仕様通り60%変調になっている。前にデジタルオシロで見た時はもう少し浅いように見えたのはなんだろう。



正弦波もデジタルオシロで見るようなギザギザが無く綺麗である。

意外にもAM変調がかかった波形を綺麗にトリガー表示するのがディジタルオシロに比べて難しい。A-Triggerモードではかなり不安定で、B-Triggerモードだとうまく行く。何故かは不明。

いろいろ試してみたらわかったこと。

・R & S SMLUは高いバンドで出力パワー制限があるためAM変調をかけたまま出力を最大にするとエンベローブがクリッピングされ歪む
・AM変調波なら1GHzまで確認できないことはない
・600MHzぐらいまでは十分な振幅があれば安定してトリガーがかかりAM変調波もくっきり観測できる。
・垂直帯域の仕様外では正と負側の振幅にアンバランスが出てくる（チャネルによっても特性が異なる）

なので仕様を超える領域では少し振幅が正と負とで歪が出てくるものの高周波の繰り返し波形を観測するにはアナログオシロは捨てがたいということになる。

デジタルオシロでも2Gs/sec程度あって垂直帯域が数百MHzあればそれなりに高周波を観測できるのかもしれないが到底手に入れられる価格ではないことからすると中古のオシロは価値がある。

今度暇を見て475のオーバーホールをしよう。そうすれば少し性能が若返るかもしれない。

実は新しいプリスケーラーに変えたカウンターでHP8640Bの内部doublerで２逓倍された出力レンジの周波数を測定するとプリアンプのセンスレベルの設定によっては1/2の値しかカウントされない時があるのを発見。タケダ理研のTR5823のchan Cにはセンスレベルとかの調整要素が無いのでそういうことはない。

その原因がアナログオシロ475で波形を観測してみてやっと判明した。



HP8640BはCavity Tuneオシレーターによって256-512MHzを発振させ、低いレンジではそれを分周したものをフィルター出力、その上のレンジではdobluerで２逓倍したものをフィルター出力する。

分周する分には問題ないが２逓倍した波形は写真の様に歪んでいる。それも一周期毎に中心オフセットが上下する感じ。これは逓倍回路を通した結果こうなるためだろう。ちょうど同一周波数をダイオードでミキシングしたような波形だ。

この微妙なピークの凸凹のレベル差によってカウントされるしないということが起きていたのだろう。

この波形はさすがに普通のデジタルオシロでは見ることができない。