なめたらあかんで・・・・・身をもって体験 － ニキシー管表示時計工作 －

２０１４／１２／２６　（金曜日）　晴れ


何度も「完成」を宣言しては取り消しをして、これではまるで「狼少年（爺さん？）」のようだが、
昨日、精度不良の原因を見つけて改善したので、今度こそは「本当の」完成だろう。

精度不良の原因は商用電源の５０Ｈｚを正確な方形波（パルス）に整形する回路にあった。
安易に「５０Ｈｚ交流を増幅回路に加えて目いっぱい増幅してパルス状にして、それを
何段かのＴＴＬのインバーターを通して立ち上がり立下りを整形すれば良いだろう」と
思ったのが大間違いだった。

回路には大きなノイズが乗っていて出力に出てくる。
回路付近の温度が上昇すればノイズは更に大きくなってカウンターの数値が狂ってしまう。
このノイズを吸収しようと、コンデンサを付けてみたが、効果はない。
逆に「発振回路」にしてしまう有様だった。

そこで基本に立ち返り、ノイズ対策を施した波形整形回路に変更した。
５０Ｈｚ信号の取り出しはフォトカプラーにして、方形波の整形にはシュミットトリガー
回路にした。
これで正確な１秒パルスを取り出すことができるようになった。

たかだか５０Ｈｚの信号だから・・・・と甘くみて工作したのがいけなかった。

「なめたらあかんで」

ほんとうにそのとおりだった。　


↓　ブレッドボードに５０Ｈｚ信号部分を組立ててテストした。




↓　５０Ｈｚ信号の取り出しはフォトカプラー式に変更。



↓　パルス波形への整形はシュミットトリガー回路に変更。



↓　５０Ｈｚ→１Ｈｚ計数回路は1段目は１/５分周に、２段目は１/１０分周にした。




テスト開始。
確認用ＬＥＤは正確に1秒間隔で点滅している。
ヘアードライヤーで加温してみた。
１分ほどの加温で周波数は０．００１Ｈｚ増加したが、今までに比べたら問題にならない。
よーし、これでＯＫだ。


テストの様子を動画でご覧ください。






↓　基板に回路を移植（配線工作）した。







↓　配線完了後のテスト。




電波時計の秒表示と比べてもＯＫだ。
長時間表示してもほとんど狂わない。
今度こそ「本当」の完成だろう。

テストの様子を動画でご覧ください。






ニキシー管表示時計がやっと出来上がりました。
インターネットのサイトで見たニキシー管時計が数万円もするのを見て、工作にも熱が入りましたが、
なかなか思うようにはいかず、１ヶ月半もかかってしまいました。

「ん、もぉー、そんなことばかりしてぇー！（怒）　明日からは家の仕事を手伝ってちょうだいよっ」
　
「へーい、わっかりやしたぁ・・・」

なーんて返事はしましたが、もし時計がまだ出来上がらなかったらどうなるかわかりませんでしたが、
時計は完成したのでどうやら我が家は無事に年が越せそうです。

長い間応援をくださった皆様、ありがとうございました。
どうぞよいお年をお迎えくださいませ。

商用電源５０Ｈｚを１Ｈｚに・・・・・再挑戦！

２０１４／１２／２５（木曜日）　晴れ



やっと出来上がったと喜んだのもつかの間、ニキシー管表示時計は何時間か
運転を続けると狂いが出てしまう。
どうしてかなぁ・・・・・
ちょっと気になるのは５０Ｈｚ信号の取り出し方だ。
回路動作用の５Ｖ電源のためのＡＣ１２Ｖ両波整流回路の一端から取り出しているのだが
アースは整流回路と共通で直流分が重畳されているはずだ。
ちょっとその辺を調べてみよう。


↓　５０Ｈｚ信号は両波整流回路への供給点から片線で取り出している。



↓　５０Ｈｚの受け取り回路の波形をみてみた。



↓　こんな変な形をしている。　両波整流回路の影響だろう。



↓　材料箱に昔のフォトカプラーがあった。　これを使って５０Ｈｚ信号を取り入れるようにしたみた。



↓　５０Ｈｚ信号の取り出しは「トランス背中合わせ接続」の接続点から並列に（２本線）で取り出した。



↓　信号線が１本増えたのでケーブル？も作り直す。



↓　５０Ｈｚを受けるフォトカプラーを取り付けた。



↓　フォトカプラーの出力。　サインカーブとは程遠いがさっきよりは良い感じだ。




パルス波形は前の回路のままで整形した。
そして時計計数回路に加えて計時してみた。
ところが長時間動作させているとやっぱり狂ってしまう。
どうしてだろう？
温度が上がるのかな？
そうだ、ヘアー・ドライヤーで温めてみよう。


↓　今はこんなときぐらいしか使い道のないヘアー・ドライヤー。



やっぱり温度が上がると１Ｈｚのパルスの周波数が上がっていく。
これでは時計は狂うはずだ。


その様子を動画でご覧ください。






入力の５０Ｈｚは全然変化しない。（当たり前かぁ・・・・）
この５０Ｈｚ波形を方形波（パルス）に整形してカウンターに送り込んでいるのだが
そのあたりで温度の影響を受けてノイズを計数して周波数が上がってしまうのかもしれない。
今の波形整形回路は単なる増幅器とＴＴＬのインバーターをかましているだけだから
ノイズに対しては無防備の状態だ。
やっぱりここはノイズ対策をしたシュミット回路にすべきだ。
明日は作り直ししよう。

ニキシー管表示時計を水晶時計化するか？

　　

２０１４／１２／２４　（水曜日）　晴れ



やっと年賀状を作り終えた。
新年早々（１月４日）に開始される会合の資料も提出してやっと趣味工作に復帰できた。


先日、完成したニキシー管表示の時計はやっぱり具合が悪かった。
スタートして３、４時間は正確に時を刻んでいるが、それ以上の長時間になると表示が進んでしまう。
部品の温度上昇からだろうか？
それとも回路に欠陥があるんだろうか？
当初、時間の狂いはカウンタＩＣが異常だと思ったが、それは誤りだった。

そこで商用５０Ｈｚから１秒を生成するのは止めて他の方法を試そうと、ジャンクボックスをかき回して
いたら、こんな時計がでてきた。
紙バサミ用のクリップが付いた時計で何かの景品にもらったものだろう。
文字盤に「ＱＵＡＲＴＺ」と書いてある。
そうだ、これを分解してその水晶発振子の部分を取り出して見よう。


（時計を分解してから「ブログねた」にすることを思いつきました。
　画像は分解した後、集めて撮影したので前後しております。）
　



↓　押入れ（物置？）の箱の中にあった時計付き紙挟み。　



↓　この時計は、はめ込み式で組立てられているので分解はできない。　壊して分解した。






↓　これが水晶発振子だろう。　コイルは小さなモーターを回すためのものだろう。






↓　取り外した基板。　こんな大きさのもの。



↓　電源は１．５Ｖ。　乾電池１本で駆動させる。　波形を見てみた。



↓　位相のずれた二種類のパルスが出ていた。



↓　周波数はそれぞれ０．５Ｈｚとなっていた。
　　　多分この位相差のある二つのパルスで小さなモーターを回していたんだろう。



だけど、０．５Ｈｚのパルスでは１カウント当たり２秒の計数になってしまう。
２つのパルスを重ねればいいかな？


↓　２系統のパルスをダイオードを通して重ね合わせた。



↓　１Ｈｚのパルスが出てきた。



ただ、パルスの出力は１．６Ｖ程度で（乾電池１本（１．５Ｖ）で動作するんだからね）ＴＴＬ－ＩＣは
駆動できない。　ちょっとトランジスターで増幅する実験をしてみた。








このパルスで先日、不良ＩＣとして取り外したカウンタＩＣを駆動してみた。
カウンタは全く正常に動作する。
自分の技術の未熟さを棚に上げて、異常動作の原因をＩＣのせいにしてしまって申し訳ないことをした。
　
ＩＣさん、ごめんなさい。


さぁ、ニキシー管表示時計をＱＵＡＲＴＺ化するか？　

どうしようか？　電源は１．５Ｖだしなぁ・・・・

ニキシー管は商用電源で動作させるしかないので、５０Ｈｚから１秒を生成する方が良いのではないか？

もう一度、５０Ｈｚ－１Ｈｚ方式を作り直すか？
まぁ、閑だし、もう一回やり直そう。

精度不良の原因はＩＣの不良でした！ － ニキシー管表示時計工作 －

２０１４／１２／１７　（水曜日）　晴れ



出来上がったニキシー管表示時計は２分間で４、５秒も進んでしまうような
とても精度の悪いものだった。
原因は基本になる１秒パルスがノイズによるカウンターの誤動作でフラついて
いるんだろうと、あれこれノイズ対策をしたが一向に変化がない。
年末の忙しいとき、こんな工作に現を抜かすこともできず、一応完成ということで
けりをつけたが、やっぱり気になってしかたがない。
たまたまテレビで見た「年賀状はお早めに・・・・元日に届くようにするには
２５日頃までにお出しください」というコマーシャルで「なぁんだ、２５日までに
出せば良いんじゃん！」ということになり、早速原因究明に乗り出した。



↓　原因探索には半田付け部分を外したり付け替えたりで、基板をいろいろ動かす必要がある。
　　　出っ張っていて邪魔になるニキシー管を壊したりしたら大変だ。　空き箱を切り抜いて平らに置いて
　　　作業ができるように作業台を作った。



↓　原因の探索中。　



↓　ストップウォッチを使って秒の進み方をチェックした。



↓　使用しているＰＣオシロの様子です（これは先日の工作中の画像です）



↓　たまにこのような乱れたパルスが出てくる。
　　　でもこの時は数秒ではなく大幅に進むので真の原因ではないだろう。



↓　これが正常な１秒間隔パルス。
　　　先ず５０Ｈｚを１０進カウンタで１/１０にして更に５進カウンタで１/５の１Ｈｚ（１秒パルス）を作る。



探索中、１秒パルスの周波数が１.０２Ｈｚになっていることに気がついた。
（ノイズ対策中にもこの辺の値には気がついていたが、ノイズの影響と思い、気に留めなかった）






試しに二段目への出力（二段目からみれば入力）を外して無負荷にしてみた。
するとどうだろう！
周波数は正しく１Ｈｚになるではないか。　負荷を繋ぐと１.０２ＨＺになる！





もしかするとＩＣが不良なのかもしれない。


↓　予備のＩＣと交換してテストしてみた。



そのテストの様子を動画でご覧ください。





なんてぇこった！
原因はＩＣの不良かぁ・・・・・・
今までＩＣの不良に出会ったことはあまりないなぁ・・・
でもまぁ、原因がわかってよかったよ。
最終的なチェックをしておこう。


その様子を動画でご覧ください。






↓　出来上がったニキシー管表示時計を本棚に飾った。



これでほんとうにこの工作記事は完結です。
長らくのご愛読ありがとうございました。
皆様どうぞ良いお年をお迎えくださいませ。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　何でも実習生

ニキシー管表示時計完成

２０１４／１２／１５（月曜日）　晴れ


今日も良く晴れたけど寒い一日だった。
朝、起きたときは屋根は霜で真っ白、庭には大きな霜柱が立っていた。

さて、１１月の１４日から工作を始めたニキシー管表示時計が完成した。
完成した・・・とは言っても時計の命ともいえる精度がイマイチではあるが・・・



↓　３階立て基板の取り付け配線が完了した。



↓　基板（時計本体）と電源・操作スイッチ部とは束ねたワイヤをコネクターで接続するようにした。
















↓　表示部にケースを被せて一応「完成」とした。　　　スイッチを入れて点灯させてみた。







リセットや時刻合わせは設計どおりに機能してくれた。
最後の仕上げに時刻が正しく計数できるかを電波時計の秒数に合わせてチェックしてみた。
ところが・・・・・・


そのテストの様子を動画でご覧ください。





たった２分間で６秒も進んでしまうという結果だった。
時計の命は精度だと思う。
これではまったく時計の役目はしない。
この時計は商用電源の５０Ｈｚを分周して１Ｈｚのパルスを生成してそれをカウンターで
計数することで時計になっている。
商用電源の周波数は正確なはずだ。　こんなに狂うはずがない。
きっとカウンターがノイズの影響を受けて誤動作しているんだろう。
あのめちゃくちゃ込み入った配線、長いワイヤを束ねて作った接続ケーブル、どれを考えても
ノイズが乗らないわけがない。
原因を追究して正確な時を刻むようにしたいが、時期はもう１２月の半ば過ぎ、年末を控えて
いろいろ忙しくなる。

こんな工作に現をぬかしていたら、またお代官のカミナリが落っこちる。
原因追求は後日、閑になってから始めることにして今回はこれで完成としてケリをつけることに
します。

長らくお付き合いいただいた読者の皆様、またいろいろアドバイスをくださった皆様、誠に
ありがとうございました。
またテーマが見つかりましたら工作に励みますのでどうぞ応援をよろしくお願いいたします。