静電容量計を作ってみる

ここ数日、部品や基板の到着を待つ製作の谷間に入ったのでその間に以前から欲しかった静電容量計を作ることにしました。

でも一から設計したら時間がかかりすぎてしまいます。以前から気になっていた ELM のページのデジタル容量計の設計と製作記録を使わせていただくことにしました。

ELM のページには単純で効果抜群の設計が多くそれをなぞるのはとても勉強になります。この容量計も回路はシンプルですが設計は非常に巧妙で、かなり高い精度で測定ができるようです。充放電の仕方とか比較器の使い方など「うまいなー」とうなってしまいます。僕は設計をごてごてにしてしまいがちで見習いたいです。

回路図は以下の通り。ほぼ元の回路と同じですが、手持ちの部品だけで作ったので、持っていなかった部品を補うために少しだけ変えてあります。

元の回路と違うのは

• AT90S2313 の代わりに ATTiny2313 を使っている。ATTiny2313 は AT90S2313 の上位互換なのでいけるはず
• クロック周波数が 10 MHz から 20 MHz に変わっている
• Q2 以降デジタルトランジスタがなかったので PNP と抵抗器に置き換えてある
• リセット IC がない。誤動作するようならフューズビットを変更し BOR と起動時の立ち上がり遅延で対応予定
• 回路図には書かれていないが電源は MC34063 の昇圧回路を使っている

元記事では、コンデンサのホルダにはバーンイン用 IC ソケットを使ったとありますが、手持ちにないし DIP のバーンイン用 IC ソケットの入手は今や非常に難しいので普通の IC ソケットの仕切りを切り取る改造を施して使いました。チップコンデンサの取り付けも何とか可能です。

クロック周波数がもと回路の 10 MHz から 20 MHz に変わっていますが、ファームウェアは変更なくそのまま使えました。ファームウェアをざっと読んでみましたが、コンデンサの充電時間をタイマカウンタを使って計測し、既知の容量を使った校正により記憶した充電時間からの相対値で容量を計算するのでクロック周波数が計測値を狂わすこととはありません。ただ測定可能な静電容量の範囲が 1/2 になりますが、測定値は校正できる範囲内に収まっていたのでファームウェアは修正せずにそのまま使いました。

校正のためには高精度のキャパシタが必要ですが手持ちにないので誤差 5% のコンデンサでとりあえず校正を行い、動作確認します。

真ん中の桁の表示が薄いですが、どうも7セグディスプレイが古すぎて中の LED が劣化している模様。20年ぐらい前に今は店舗がなくなってしまった鈴商で買ったものですし LED は古くなると劣化することがよくあります。桁ごといっせいに劣化というのが不思議ですが。昔懐かしい部品を持って眺めるのも良いですけどほどほどで使わないと使う前に

以上、なんとか動くものが出来上がりました。まずは収納箱の中で混じってしまい使えなくなっていたチップコンデンサの仕分けに使えそうでうれしいです。

あと、8ビットマイコンの工作は楽しいですね。小規模のコントローラをアセンブラで動かすと潜在能力を使い切っている感じがして良いし実際かなりのことができてしまいます。