2011/06/25
GM管のパルス駆動
ＧＭ管のパルス駆動については既にその解は導き出され、正確な動作原理も既出かも知れませんが、私なりに仮説（妄想）を立てみます。（６月８日にアップしましたＧＭ管の動作波形からの推測を含みますが、以下、大ミス＆勘違いをカマした単なる妄想でしたらお許し下さい。）
まずアノード抵抗の変化によるＧＭ管の電圧回復時間です。
ＳＢＭ－２０の場合、１ＭΩ（正確には１ＭΩとプローブ１０ＭΩの並列合成）程度では最初の放電をきっかけにその後は発振してします（左）。
（この発振中の波形観測も決して無駄なものではなく、駆動電圧とスタート電圧の関係を暗に指し示しているような気配です。これらはまた実験により検証してみたいと思います。）
※アノード抵抗０Ωでもスタート電圧を超えていれば検出～連続放電は必ず起こります。
極端な低インピーダンス電源（ＡＣ１００Ｖ→トランス式など）を用いている場合は管のダメージはもちろん、短絡電流による被害などにも注意が必要だと思います。
また、アノード抵抗・ＧＭ管・検出抵抗は直列接続で分圧根拠がありませんので、どんなに抵抗値を弄ってもＧＭ管自体に加わる電圧に変化はありません。
供給電流の変化によりデッドタイムは変化しますが、600Ｖ仕様のＧＭ管用回路のアノード抵抗をどんなに増加（低減）させても管に加わる電圧は600Ｖです。
真ん中を飛ばして右端の波形は１０ＭΩ×３本とオシロのプローブ（１０ＭΩ）を、ほとんどヤケクソになって直列にした際のものです。
都合４０ＭΩですが、放射線の検出動作自体は問題なく行っていますので、例えばアノード抵抗が１００ＭΩでも電源投入後ＧＭ管の電圧がスタート電圧に達すれば放射線の検出動作は行うと思われます。
但し（当然ですが）回復には時間がかかり、デッドタイムの長い＝ロストカウントの多いガイガーカウンターになってします。
これらからＧＭ管が連続して放射線を検出する為には一定の値以上のアノード抵抗を介し、所定の電圧でＧＭ管（の容量）を満たしてしまえば良いということが判ります。
所定の電圧＝負の電圧ではアノード抵抗を介して吸い出されてしまいますが、正の電圧であれば蛇口の水道水のような純粋なＤＣでも、いわゆる半波整流したパルス（この場合は何回かに分けて注ぐ必要のあるコップの水）でも問題ない訳です。
アノード抵抗の値は充電量（水流の太さ）を抑制しているのですから、これは検出後の動作（回復動作）の方により強く影響します。
上の図ではパルス駆動の波形を矩形波（振幅は駆動電圧）、パルス巾をＧＭ管の回復時間の1から数倍程度として考えます。
OSCはGNDから正の方向に、ＧＭ管の駆動電圧に等しいパルスを作るとします。
ダイオードはパルスが落ちた際の逆流の阻止を担っています。
これによりパルス性の電圧印加でも｢Ｃ｣（ＧＭ管）への充電がパルス毎に行われ、充電完了次第、いつでも放射線を検出できる状態に置かれることになります。
※図ではパルス巾が広めですが、もしパルス巾が回路の充電時間（積分時定数）よりも狭い場合、何発かのパルスを受けながら時間と共に階段状に電圧が上昇し、スタート電圧を通過、最終的に駆動電圧で飽和します。
細いパルスで（短時間で）積分時定数を満たす必要があるなら、｢Ｒ］を小さくしてしまえば事は解決します。
しかしＧＭ管の場合、｢Ｒ｣＝｢アノード抵抗｣の値を下げてしまうと動作が不安定になり、最初の放電の後、内部クエンチングが効かず文字通り滝のような放電状態（発振状態）に陥ります。
そこで必要となるのが外部クエンチングです。もし純粋なＤＣ駆動であればＧＭ管をリセットする為に何らかの回路を置かなければなりません。しかしパルス駆動ですと付加回路は全く必要ありません。
放っておいても夜は来ます。
パルスですので山が来た後に来るのは谷です。この谷でＧＭ管にリセットがかかります。
（デッドタイムについて）
純粋なＤＣ駆動ですと検出出力がアクティブの時間（検出パルス巾）はほぼ一定ですぐにリスタートが始まりますが、パルス駆動による外部クエンチングですとリスタートが完全非同期な周期待ちとなり、アクティブ時間が長くなる場合がほとんどでしょう（人間に対する通知回路のパルスストレッチは不要になるかもしれません）。
（検出パルス巾（アノード抵抗波形で谷の部分）もデッドタイムの一部ですが、これら本来からＧＭ管が有する電圧回復に関するデッドタイムに加え、外部クエンチング動作が引き起こすデッドタイム（リセットの時間巾＝タイミングにより不定）が発生します。）
これを最小限に抑えるには仮説の図よりはるかに狭いパルス（高い周波数）を用いることになると思われます。
（周波数が高すぎたり、パルスの波形によってはリセットが行われなくなる事も予想されます。）
実のところ最近までパルス駆動に関しては全く興味が無かったのですが、VICTOREENのプローブやアノード抵抗の波形からふと思いつき、生意気な仮説を立ててみた次第です。
拙稿アップ前に他の方のブログから外国製のキットの回路図（写真）を見る機会に恵まれました。アノード抵抗値の設定などを含め、自分ではそこそこ仮説も近いかな？という程度の感触はありますが、さてどうでしょうか。
また、これがはたしてパルス駆動と呼べる程の考えなのか、それは全く自信ありません！。
仮説ではパルスの形や振幅を都合良く導きやすい形としてしまいましたが、現実的（実用的）に組上げるには波形、周波数（＝ＧＭ管のリセットタイミングにも関わります）、アノード抵抗の値など微妙な追い込みが必要になってくるのは明白です。
（ただ、周波数を上げれば、電圧は低めながらデッドタイムはさほど長くならずに済みそうな気がするのと、外部クエンチングに関してその回路をＧＭ管の近い部分に設けるなら、パルス駆動の方がより現実的であるようにも感じます。）
