汎用ガイガー検波ユニット 組立て説明
GM管むけ高電圧生成と、アノード検知をモジュール化したボードです。
ただいまワケアリ初期ロットを 無償頒布してます。
| DIP版(コッククロフト最終段のコンデンサのみSOP) | SOP版(抵抗やコンデンサなどリード部品もあり) |
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外部インターフェース
外部とのインターフェースは僅か４ピンのみとなってます。
| ピン番号 | ピン名称 | モジュール側からみた入出力 | |
| 1 | VCC | 入力 | 4.5〜5.0V (電圧が高いと低温耐性が上がるが高温耐性が下がる) |
| 2 | VREF | 入力 | アノード電圧の1/501 380V：0.76V 400V：0.8V 900V：1.8V |
| 3 | SIGNAL | 出力 | 放射線検知ごとに正論理の方形波を出力 |
| 4 | GND |
VREFピンはモジュール内部で 10kΩ で GND にプルダウンしています。
mbed 互換機として使う場合など D/A コントローラでアノード電圧を指定するときはジャンパー、D/A を使わずに固定で使うときは下記の抵抗値を経由して 3.3V に接続することでアノード電圧を指定できます。
D/Aコンバータを壊してしまった mbed でも後者の方法で再利用できます。(私は２個ほど壊しました)
| 希望するアノード電圧 | R1 | VREFの接続先 |
| Mark2互換機で使う場合 | 0Ω(ジャンパー) | mbed p18 |
| 900V | 8.2kΩ | 3.3V |
| 400V | 30kΩ | 3.3V |
| 380V | 33kΩ | 3.3V |
Mark2互換機で使うときは、ファームウェア側で、ゆっくり昇圧する制御がソフト的に働きますが、固定抵抗で決め打ちするときは、急激な昇圧に回路が追いつかずうまく昇圧できない可能性があります。
中央 R1 の近傍にある 0.1μF に 470μF くらいパラるか交換すると、数秒〜十数秒かけてゆっくり確実に昇圧します。
あとは SIGNAL ピンから出力される正論理の方形波をカウントするだけで手軽にガイガーカウンターを作ることが出来ます。
部品集め
以下の部品を使用する前提で設計しています。
| 種類 | 規格 | 数量 | 参考価格 | 備考 |
| 抵抗 | 100MΩ | 2本 | ＠105円 | 本当は ±1％品 がいい |
| 10MΩ | 3本 | 100本で105円 | ||
| 1MΩ | 2本 | 100本で100円 | ||
| 200kΩ | 2本 | 100本で100円 | 本当は ±1％品 がいい | |
| 100kΩ | 1本 | 100本で100円 | ||
| 10kΩ | 2本 | 100本で100円 | ||
| 100Ω | 1本 | 100本で100円 | ||
| コンデンサ | 0.1μF | 19本 | 10本で420円 | 耐圧100V |
| 2個 | 50個で2500円 | 耐圧1000V | ||
| 0.1μF | 4個 | 10個で100円 | ||
| 1000pF | 1個 | 10個で100円 | ||
| 100pF | 1個 | 10個で100円 | ||
| 5pF | 1個 | 安いとこ探し中 | 耐圧1000V、カップリング 1〜10pF 程度 | |
| 1pF | 1個 | 10円くらい | ||
| ダイオード | 1N4148 | 20本 | 50本で100円 | |
| 発光ダイオード | 任意 | 1個 | 10個で100円 | |
| コイル | 100μH | 1個 | ＠30円 | |
| MOSFET | 2SK4020 等 | 1個 | ＠53円 | VDS100V超 |
| IC | 74HCT14 | 1個 | ＠84円 | |
| LMC662 | 1個 | ＠80円 | フルスイング品 | |
| 端子 | ピンヘッダ | 4ピン | 40ピンで40円 | メスがいい人はピンソケット |
| ヒューズホルダー | 1組 | 1組で52円 |
組み立て説明
初版はシルク印字の指示に失敗して部品の規格が基板に印字されていませんので、以下の図を印刷して組立て下さい。
この図はクリックすると更に大きく見えます。(600dpiなので印刷に耐えうる画像です)
上部、コンデンサとダイオードが並んでいる部分がコッククロフト回路です。
コンデンサは 0.1μF、ダイオードは 1N4148 などを使います。(ともに耐圧100V)
コッククロフトの右側、2SK4020 と薄く刻印してますが、2SK2962 でも耐圧ギリギリ(ややオーバー？)ですが辛うじて使えます。2SK2962 の場合は、2SK4020 と G-D-S の配列が反対なので、向きに注意してください。
(2SK2962 では部品の刻印がコッククロフトの側を向くようにします)
コッククロフト回路の左側、0.1μF と書かれた SOP 向けスペースですが、2220 サイズで設計したかったところ 1210 にしてしまったため、サイズ面で 0.1μF は使えません。
今回の版では 0.022μF/1kV などで代用して下さい。
R1 と書かれた箇所に先に書いた、アノード電圧に応じた抵抗をセットすることができます。
mbed と組み合わせて Mark2 互換機 として同ファームウェアを利用する場合は、mbed 上の D/A コンバータでアノード電圧の基準電源を生成するので、R1 の部分はジャンパー(適当なリード線でショート)させて下さい。
抵抗値でアノード電圧を指定するときは適切な抵抗を R1 に接続するとともに、VREF に 3.3V を供給します。
VREF が変動するとGM管のアノード電圧も変動しますので、安定した電源を用いて下さい。
コッククロフトのコンデンサは強引に配置(笑)。
管は J209。右下インダクタは 破壊したセリアDCDC からの摘出品。オペアンプは MCP6002-I/Pという割安品
500V 以上のアノード電圧を使用しないとき
J209 などアノード電圧 900V 管を使う予定がなく、SBM-20(380V) や J408(400V) などで使う前提のときは、最大アノード電圧 500V にすることで耐圧要件が大幅に緩和され、安い部品に置き換えが可能になります。
変更可能な部品
| 部位 | 種類 | 最大1000V時 | 数量 | 最大500V時 | 数量 | 最大500V時の参考価格 | |
| コッククロフト | MOSFET | 2SK4020 (2SK2962) |
1個 | 2SK2962 (2SK2961) |
1個 | ＠53円 | |
| コンデンサ | 0.1μF/100V | 19個 | 0.1μF/50V | 19個 | 10個で100円 | ||
| 抵抗 | 100MΩ | 2本 | 100MΩ | 1本 | |||
| 抵抗 | 10MΩ | 2本 | 10〜22MΩ | 1本 | |||
| 抵抗 | 1MΩ | 2本 | 1〜2MΩ | 1本 | |||
| 抵抗 | 200kΩ | 2本 | 200kΩ | 1本 | |||
| カップリング | コンデンサ | 数pF/1kV | 1個 | 数pF/500V | 1個 | 1pF/500V ＠52円 |
抵抗は置き方も違いますので写真をよく見て下さい。
(２本で分圧していた箇所を１本そのままに置き換えてます)
SOP版
DIP 版とほぼ同等機能をもった SOP版 のほうもシルクが吹っ飛んでます。
以下の部品配置表を参考にして下さい。
DIP品との部品の違い
| 部位 | 型番 | 数量 | 仕様 |
| コッククロフトのダイオード | PMBD7000 | 10粒 | 耐圧100V、SOT23 |
| IC | 74HCT14 | 1個 | SOP14 |
| LMC662 | 1個 | SOP8 |
