LC共振子を交換して HP-15C を3倍速化
hp15c-0.jpg
細田 隆之
2009年10月12日
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3倍速改造 (#2614A06612)

オリジナルの HP 15C の内部 (Serial#=2614A06612, CPU=1LM2-0001)

消費電流 (Ta=26°C, Vbattery=4.72V(SR44×3), fLC=884kHz(オリジナル))
改造後の HP 15C (Serial#=2614A06612, CPU=1LM2-0001, CPU=1LM2-0001) の内部

部品交換


LC共振器の共振周波数
L : Inductance    [μH]
f0 : Self resonant frequency     [MHz]
fm : L,Q measurement frequency (fm   [MHz]
Qm : Quality factor at fm    
Rs : Equivalent series resistance (at Fm) ≈     [Ω]
Cp : Parallel capacitance     [pF]
fr : Resonant frequency ≈     [MHz]
Qe : Estimated quality factor (at Fr) ≈    
実際のインダクタの電気特性例
TDK, SMD Inductors For Signal Line(Wound) NLV Series NLV32
Inductance
(μH)
Inductance
tolerance
Q
min.
Test frequency L,Q
(MHz)
Self-resontant frequency
(MHz)min.
DC resistance
(Ω)max.
Rated current
(mA)max.
Part No.
47 ±5% 30 2.52 15 7 60 NLV32T-470J
180 ±5% 20 0.796 7 17 60 NLV32T-181J

API Delevan, RF Inductors - Surface Mount - Shielded Surface Mount Inductors S1812 & S1812R Series
Inductance
(μH)
Inductance
tolerance
Q
min.
Test frequency L,Q
(MHz)
Self-resontant frequency
(MHz)min.
DC resistance
(Ω)max.
Rated current
(mA)max.
Part No.
47 ±10% 30 2.5 9 3.40 242 S1812R-473K
180 ±10% 40 0.79 4.5 8.50 153 S1812R-184K
  • Cbypass=22μF/10V/Ta → 100μF/6.3V/MLCC
  • 大容量のの MLCC(積層セラミックコンデンサ) を使っているのは、
    広い温度と周波数範囲に渡って低インピーダンスで効果的なバイパスを得るためと、
    スタンバイ電流が増加するかも知れないので、バッテリバックアップのための大きな容量が必要で、
    長いスタンバイ時間のためには洩れ電流の極めて少ないコンデンサが必要だからです。

    部品追加
    結果 (Ta=27°C, Vbattery=4.7V, fLC)
    消費電流 (Ta=27°C, Vbattery=4.5V(SR44×3), fLC=2.8MHz) 保護ダイオードの漏れ電流と順方向電圧
    DUT = BAT43, Ir ≈ 40 nA (Ta = 21 °C, Vr = 5 V), Vf ≈ 304mV (Ta = 21 °C, If = 2 mA)

    3倍速改造 (#2813A62318)

    オリジナルの HP 15C の内部 (Serial#=2813A62318, CPU=1LM2-0001)

    改造後の HP 15C の内部 (Serial#=2813A62318, CPU=1LM2-0001)

    部品交換 部品追加
    結果 (Ta=27°C, Vbattery=4.76V, fLC)

    4倍速の 15C のための実験的改造 (#2813A62318)

    改造後の HP 15C の内部 (Serial#=2813A62318, CPU=1LM2-0001)

    部品交換 部品追加
    様々な電圧と LC の組合せにおける自己診断テスト ([ON]+[×]) の結果と N-queens benchmark の結果。
    Ta=27°C Osillator inductor and capacitor Comment
    47μH, 47pF 47μH, 33pF 47μH, 27pF
    Vbattery IbatteryResult IbatteryResult IbatteryResult
    4.7V 2.9mAO.K. 3.2mAO.K. 3.4mAO.K. Nominal voltage of SR44×3 at 20°C
    3.8V 2.1mAO.K. 2.4mAO.K. 2.5mAO.K. Cut-off voltage of SR44×3 at -10°C
    3.6V 2.0mAO.K. 2.2mAO.K. 2.5mAO.K. -
    3.5V 1.9mAO.K. 2.1mAO.K. 2.2mAO.K. Low battery indicator turns on when
    Vbattery ≤ 3.5V
    3.4V 1.9mAO.K. 2.0mAO.K. -FAIL
    3.3V 1.8mAO.K. -FAIL -FAIL
    3.2V 1.7mAO.K. -FAIL -FAIL
    3.1V 1.6mAO.K. -FAIL -FAIL
    3.0V -FAIL -FAIL -FAIL
    2.7V
    Cut-off voltage of LR44×3 at 20°C
    tN-queens 23m15s 20m30s 19m25s Vbattery=4.7V, Ta=27°C

    結論

    3倍速に改造された 1LM2 プロセッサの HP-15C はうまく動作し、 SR44(酸化銀電池)を使う限りにおいては安定して動作するようです。
    今のところ LC 共振回路の素子値には、47μH と 68pF の組合せがお勧めです。
    安定動作のためには少なくとも1個の 1μF〜10μF の MLCC (積層セラミックコンデンサ) を電源ラインに追加すべきです。
    おことわり
    これらの改造は実験的なもので、その結果は保証されていると考えてはいけません。
    ここに記載してある改造の説明は筆者による承認や推奨を意味するものではありません。

    SEE ALSO REFERENCE

    APPENDIX - プログラム集

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