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カテゴリー「無線(工作)」の38件の記事

2017年9月24日 (日)

144MHz帯用 プリアンプの検討 (2)

前回バイアス点を決めましたが、3SK241 のデータシートと睨めっこをしながら再考し、
ID = 12 mA, Vgs1 = 0.85 V に変えることにしました。
そのときの最大振幅が取れる交流負荷線から、負荷インピーダンスは 417 Ω ぐらいになります。


この負荷インピーダンスをもとに、出力回路の設計をしてみました。
構成は、2ポールのバンドパスフィルタと L マッチの組み合わせで考えます。
トロイダル・コア活用百科を参考にしながら、Excel で各定数を計算しました。

まず最初に、2ポールのバンドパスフィルタの設計から。
入出力のインピーダンスを 417 Ω 、中心周波数を 145 MHz 付近、
フィルタの Q を約 10 として、Excel で計算。
その計算結果を Qucs でシミュレーションしてみると、

20170924_0001

まあ当たり前でしょうが、設計どおりの結果です。


次に、インピーダンス変換 ( 417 Ω → 50 Ω ) の L マッチを追加します。
また Excel で計算させ、結果をシミュレーションしてみると、

20170924_0002

ちょっとした計算誤差なのか、144 MHz 付近で僅かにリアクタンス分が残りますが、
まず問題ないと思われます。


この結果をもとに、実際入手可能な部品の定数に置き換えていきます。
キャパシタはトリマーコンデンサを使えば良さそうですが、インダクタはどうするか悩みます。
コアが回せる FCZ コイルのようなものか、またはトロイダルコアを用いた固定のコイルか。
今回は、トロイダルコアを用いた固定インダクタンスのコイルを使ってみることにします。


トロイダルコアは、カーボニル鉄系の #12 材が良さそうです。
T-50 #12、T-37 #12、T-25 #12 あたりが入手容易なので、これらで考えることにします。
得られるインダクタンスが巻き数の二乗に比例するので、中々所望の値を得ることができません。


取りあえず所望の値に一番近くなるように設計し直すと、負荷インピーダンスが
約 320 Ω となってしまいました。

20170924_0003

周波数特性は、あまり変わりません。

20170924_0004

スミスチャートです。

20170924_0005


負荷インピーダンスが約 320 Ω に変わったので、バイアス点も少し見直した方が
よいのかと思いました。

Id は 最良 NF から決めているので、Vgs1 やVgs2 はそのまま変わらずです。
結局 Vds を少し下げて、6 V 程度とすることにします。
バイアス回路だけ考えると、こんな感じになりました。

20170924_0006

実際は、FET のバラツキがあると思いますので、組み立て後に Id が約 12 mA となるように、
ソース抵抗を調整する必要があると思っています。


入力回路については、まだ悩んでいます。
回路的には、L マッチ+ LC 並列共振回路にするつもりです。
ただ、ノイズマッチングを取る必要があるようですが、
どの程度のインピーダンスでドライブすれば良いのかが分かりません。

取りあえず、他の製作例を参考に一回作ってみて、後はカットアンドトライ
ということになると思います。
電子工作は、失敗してなんぼだと思いますので...
来週以降、ぼつぼつ部品集めに掛かりたいと思っています。

2017年9月19日 (火)

144MHz帯用 プリアンプの検討 (1)

144MHz は TS-2000 を使っていますが、前から耳の悪さを感じています。
ちょっとでも耳を良くしたいので、プリアンプを作ってみようと思い立ちました。

自宅 (アパマン) での使用を想定しているので、アンテナ直下型ではなく、
卓上型を作る予定です。


今回、プリアンプの素子は Panasonic 製の GaAs MESFET の 3SK129 を
使ってみようと思います。
広島の松本無線で売っていましたので、通販で入手しました (10個で1,080円)。

ただ、この 3SK129 ですが、データシートがネット上でも中々見つかりません。
 Pd = 0.35 W
 Vds = 13 V
 Vgs = 3.5 V
 Id = 50 mA
ぐらいのデータしか、情報が得られませんでした。


ネットで色々調べてみたところ、同じPanasonic 製の GaAs MESFET 3SK241
(2SK241 ではない) を見つけ、ドレイン損失 Pd の違いはあるものの、
3SK129 と似通った特性ではないかと考えました。あくまでも推測ですが...。
Pd の違いは、パッケージの相違によるものと勝手に理解しました。

この 3SK241 の方は、データシートがネット上でまだ入手できます。
3SK241 のデータシートを参考にすれば、3SK129 でもある程度設計できるのでは
ないかと思います。最悪 FET を3SK241 に変更すれば動作すると思いますので、
念のためこの 3SK241 も入手することにしました (秋月の通販にて購入 5個で200円)。

後から気がついたのですが、この 3SK241 は TS-2000 のフロントエンドに
使われており、「な〜んや」という感じになりました。
ネットで見る限り、プリアンプとしての作例も少なそうなので、あまり人気の無い
石なのかもしれませんね。


プリアンプの回路は、ネットの情報やトロイダル・コア活用百科を参考に
しようとしています。
ただ、丸写しでは面白くないので、できるだけ自分でも計算をして、
検証しながら作っていきたいと考えています。


まずバイアス点の設計ですが、これは 3SK241 のデータシートを参考に
考えてみました。
VGS1 が -0.8〜-1 V ぐらいのときに利得が最も高く、NF が最も低くなります。
とりあえず、VGS1 を -1 V としてみました。そのときの Id は、約 8 mA です。

電源電圧は 8 V の作例があったので、これに手習い以下のようにしました。
 Vd = 8 V
 Vs = 1 V
 Vg1 = 0 V
 Vg2 = 2 V
これで、Vds = 7 V、Id = 8 mA ぐらいのバイアス点になるはずです。
Vgs1 = -1 V, Vgs2 = 1 V となります。
ソース抵抗は、120 Ωです。
Id を 10 mA にしたいときは、ソース抵抗を 100 Ωに変えたら良いはずです。


上記のバイアス点において、最大振幅が得られそうな交流負荷線を引くと、
負荷インピーダンスは 約 625 Ωになりました。


ここから先、この三連休悶々としました。
出力回路の設計ですが、トロイダル・コア活用百科を参考に Excel を用いて
色々と計算してみました。
ただ、その回路を検証するため、Qucs というシミュレータでシミュレーションを
してみたのですが、なかなか結果が一致しません。
どこか勘違いしているのではないかと、色々考えているうちに、あっという間に
三日間が過ぎてしまいました。

高周波回路の設計に慣れていないので、まだまだ苦労しそうです。
今日のところは、ここまでです。

2017年7月30日 (日)

ちょっとした工具を追加

欲しい工具は、考え出したらきりがありません。
無銭家ゆえ、そんなに投資はできないので、「ちょっとしたモノ」しか買えないのが残念です。
ということで、お小遣いの範囲で買える「ちょっとした工具」を買ってみました。


まず、頻繁に使うものではないですが、前から欲しかったグルーガンを買いました。

20170730_0001


ネットの評判を見て、100円ショップのグルーガンは敢えて避けました。
まだ使い方をマスターしていないので、糸引きしてしまいます。
色んな接着のほか、アンテナ工作で給電部の防水や固定などに使いたいです。


それから、プリント基板でソルダーレジストを塗布した後、ランド部分を削るために、
ダイソーで三種の工具を買ってみました。

左から、超精密ドライバー、手芸用のダイヤモンドヤスリセット、彫刻刀4本セット

20170730_0002


ときどきプリント基板を作り、ソルダーレジストを塗布しています。
ただ、コリコリと削る、ソルダーレジストを剥ぐ作業は、地道でとても退屈です。
なるべく効率良く作業したいので、色々と試してみたいです。
精密ドライバーは、本来の使い方とは異なりますが、安いので先端がボロボロになっても気になりません。
彫刻刀は切れ味が悪くても問題ないです。ただし、ケースが付いていないので、保管が面倒です。


進捗悪いですが、ボチボチと工作しています。

2017年1月27日 (金)

UVライトを購入

プリント基板の工作をしているとき、
ソルダーレジストを硬化させるのに日光照射をさせていたのですが、
天候に左右されるため、休日に天気が悪いことが続くと、
なかなか捗らないこともありました。
そのため、ソルダーレジスト硬化用に紫外線ライトBOXなどがあれば
便利だなとは思っていました。

「無駄遣いはしたくはない」とずっと迷っていたのですが、
ようやくUVライトを買ってみることにしました。

20170127_0001

このUVライトは、レジンクラフトやジェルネイルなどを楽しむ方用に売られているものです。


ソルダーレジストは、紫外線で硬化するサンハヤトのSR-222を使っています。

20170127_0002

UVライト波長の詳細が不明だったので、ソルダーレジストが硬化するか若干不安でした。
試してみたら、約15分ぐらいの照射で、だいたい硬化することが分かりました。
残念ながら、まだプリント基板の工作では用いていません。

これで、天候に左右されずにプリント基板工作が進められるので、とても助かります。

2016年10月 1日 (土)

使用予定の無い部品を買ってしまいました。

一昨日、仕事で東京に行く機会があり、帰りに少し時間ができたので、秋葉原に寄ってきました。

真っ先に秋月に向かい、店内をぶらぶら。
また2SK192Aを仕入れておこうかと思いFETの棚を見ると、残念ながら品切れです。
お一人様10個までとの札も張られています。
やはり入手難になりつつあるようです。

せっかく来たのに何も買わずに帰るのは勿体ない気がして、特に使用予定もないのですが、
2SA1015-GR 10個入り、2SC1815-GR 20個入り、3SK294 10個入りを買ってしまいました。
合計で530円也。まあ安いからええかな という感じです。

20161001_0001


3SK294は、ラジオの初段やミキサーなどに使えないかなと思い、衝動的に買ったものです。
昔中学生の時に作ったBCLラジオのリメークも、できたらしてみたいです。
当時は3SK35を使いましたが、果たして3SK294を使いこなせるか心配です。
2SC1815と2SA1015は特に何に使うわけでもありませんが、定番なのでまた何かに使えるでしょう。

秋月で買い物の後は、ラジオデパートやラジオセンターをぶらぶら散策しました。
部品屋が少なくなっているので、寂しいです。

2016年5月 1日 (日)

RTTY, PSK, SSTV用インターフェースVer.2の作製

前回作製したインターフェース基板の失敗点を踏まえ、改善版のVer.2を作ることにしました。

前回からの主な変更点は、
①アナログGNDとデジタルGNDをきっちり分けた。
②電源のパスコンなどを強化。
③12MHzの水晶発振子2個使用するのをやめ、代わりに12MHzのTCXO1個からクロックを分配することにした。
④RTTYキーイング、CWキーイング、PTT SWは、バイポーラトランジスタからMOS FETに変更し、電流を削減。


20160501_0001

USBオーディオコーデックICは、今回PCM2906CDB(前回はPCM2906DB)を使いました。RSコンポーネンツで入手しました。
スイッチングのMOS FETは、4V駆動の2SK2962を使用しています。FT232RLと2SK2962のゲートは直結していますが、
動作安定のために、100〜1kΩ程度の抵抗を入れた方が良かったと思います。


20160501_0002

基板のパターンは、EAGLEで作図しました。アナログGNDとデジタルGNDがきっちり分かれているのが
よく分かると思います。双方は一点で接続しています。
GND分けとTCXOからのクロック分配の引き回しを短くするために、前回のパターンからPCM2906CDBを
90度回転させて配置しています。


20160501_0003

左から、生基板、ソルダーレジスト処理済み基板、部品一式です。
プリント基板は、今回ガラエポ基板で作製しました。同時に2枚作製しています。
前回同様、部品実装前にソルダーレジストを塗布しています。
パターン作成からソルダーレジスト塗布まで、すべて自前の手作業です。


20160501_0004

部品実装後の基板(裏面)です。
0.65mmピッチのICハンダ付けは慣れましたが、面実装タイプの水晶発振器のハンダ付けは少し苦戦しました。
クリームハンダ+リフローなら簡単なのでしょうが、手付けだときちんとハンダ付けできたかどうか不安です。


20160501_0005

こちらは、部品実装後の基板(表面)です。
無意味とは分かっていますが、音声周りはオーディオ用パーツに拘ってみました。
無線用途だと、普通の抵抗・コンデンサを使っても全く問題ないと思います。
手前のコネクタ二つは、エレキーを接続できるように、電源とCWキーイング部分を取り出しています。


20160501_0006

動作確認のため入出力をショートし、1.5kHz正弦波を再生させたときのスペクトラムです。
主信号以外に余計な成分はありません。60Hzのハム音も無いです。GND分けの効果が顕著に表れています。


20160501_0007

フィルタの特性を確認するため、ホワイトノイズを再生してみました。
今回LPFのカットオフ周波数は、約18kHzに設定しています。


出来上がったインターフェース基板を早速使ってみました。
TS-590Sに接続し、18MHzのJT9で2QSOしました。
今回LPFのゲインを変更したのですが、出力側(PC→リグ)のゲインは少し落としすぎた感があるので、
後日ゲイン調整をしたいと思っています。

PTT制御、RTTYキーイング、CWキーイングも問題ありませんでした。
今後は、今回作製したVer.2を使用していきます。
何時になるか分かりませんが、旧バージョンの部品を使って、Ver.2の二台目に作り替えても良いかと思っています。


5/6追記
LPFのゲインを見直しました。
結果的には、送信信号経路(PC→リグ)も受信信号経路(リグ→PC)も同じゲイン(-14dB)、同じ定数としました。
Ver.2の基板を設計する際、前もって信号レベルを測定しておいたのですが、レベル配分をちょっと勘違い
していました。今回のゲイン見直しでは、S/N比を極力落とさないようにするために、リグとインターフェースを
接続するケーブルを通っている信号のレベルが、できるだけ大きくなるように考えました。

送信は、USB Audio CodecのVolをWindowsで最大(100)に設定し、リグのACC2入力レベルを1か2にしています。
あとは、WSJT-Xの「Pwr」で送信出力の微調整をしています。

受信は、リグのACC2出力レベルを最大(9)にして、USB Audio Codecのライン入力レベルをWindowsで5〜10程度に
設定しています。
あとは、WSJT-Xの受信レベル調整で微調整をしています。

最後に、インターフェース基板をどのようにケースへ収めようか悩みましたが、結局3mm厚のアクリル板を
基板の上下に取り付けただけの、シンプルな形にとどめました。

20160506_0001

左がUSBケーブル、右がTS-590やTS-2000のACC2端子に接続するケーブルとCW用キーイングケーブルです。
実際にはこれに、リグコントロール用のRS232Cケーブルを接続して運用しています。


まだまだ改善の余地はありそうですが、取りあえずこれでRTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製は終了です。


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RTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製(その1)

2016年4月28日 (木)

入手が難しくなりつつある?2SK192

今日仕事で東京に行く機会があったので、帰りに秋葉原へ立ち寄ってきました。
閉店間際の秋月に飛び込み、2SK192A-Yランク(5個入り)などを買いました。
何に使うかは、また別の機会に。

20160429_0001

この2SK192は、いつでも買えると思っていましたが、日本橋では現在売ってなさそうです。
秋月やサトー電気では1個40円で売られており、まだまだ買えそうです。
それでも、Webで見ていると、徐々に値段が上がっているようなお店もありそうです。
1個40円ぐらいならまだ汎用的なFETとしても使おうと思えますが、これが100円とか200円とかになると、
昔の2SC372のような感覚では使いにくくなりますね。


さらに、2SK241はもっと入手しづらくなっています。
2年ほど前、秋月の通販で何かを買ったときに、ついでに2SK241-Yランクを10個買っていました。
このときは1個40円です。

20160429_0002

秋月ではもう売っていませんし、サトー電気では現在1個200円のようで5倍の値段もします。
ネットで探しても、売っている店では軒並み高額です。
もう特別なFETになりつつありますね。

時代の流れで仕方ないのでしょうが、かつてのお馴染みデバイスがどんどんディスコンされていくのは残念です。

それにしても、秋月の閉店時間が18:30なのは非常に早く感じます。
共立やデジットは、20:00まで営業していますので。

2016年2月14日 (日)

RTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製(その12)

リグとインターフェースを接続するために、ケーブルを作りました。

20160214_0001

6芯のオーディオ用ケーブルに、6pin DINコネクタと、13pin 丸型多極コネクタを装着。
いつもながら、コネクタの作製は苦手です。


今回接続したリグは、TS-2000SXです。
ダミーロード代わりの5W→1Wアッテネータを接続し、出力を5Wに絞って調整開始。

RTTYキーイング、PTT、CWキーイングは極性が反転していましたので、
"FT Prog"というソフトを使って、FT232RLのEEPROMのデータを書き換え、
TXD、RXD、RTS、CTS、DTRの極性を反転させました。
これは、以前TS-950SDXのリグコントロールを作製したときの手順と同じです。
これで、動作OKになりました。


次に音声レベルのチェック。
リグの入力レベルに対して、インターフェースからの出力は大きすぎました。
リグの入力ゲインや、PCのボリュームを思い切り下げないと適正レベルになりません。
そこで出力のLPF回路を見直し、通過帯域のゲインを23dBほど下げることにしました。
手持ちの抵抗値で実現できる範囲で変更したので、カットオフ周波数やQなどは
若干変わってしまいますが、影響は少ないと思います。

逆にリグの出力レベルは、インターフェースの入力レベルに対して若干小さいように思いますので、
LPFのカットオフ周波数を9kHz弱に変更すると同時に、若干ゲインを上げました。
注意しないといけないことは、TS-2000SXのACC端子の音声出力は、出力インピーダンスが
10kΩありますので、この分も含めてLPFの定数を決めないといけないということです。

ここまでの変更でTS-2000SXの送信モニタ音を聞いてみても、バス音やヒス音やノイズなどは無く、
充分に実用レベルではないかと感じました。


最終的なインターフェースの基板は、こんな感じになりました。
GNDのパターンカットや配線などで、基板が少し汚くなりました。

20160214_0002


最後にアンテナを準備し、144MHzのJT65Aと1200MHzのJT65Cで受信、CQの送信をしてみました。
しつこくCQを出していたのですが、残念ながら相手局がおらず、交信はできませんでした。

20160214_0003

1200MHz受信時のウォータフォールですが(ソフトはWSJT 10)、ビートやノイズなど無く
クリアにPCへ取り込めていることが確認できます。

あとはケースに入れたら完成です。


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2016年2月12日 (金)

RTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製(その11)

少し時間が経ってしまいました。
先日壊したレギュレータはすぐに入手し、交換しました。

特性確認のため、音声出力と音声入力を直結し、音声入力のモニタをしてみました。
結果はとても残念な音でした。
ヒス音やハム音やキュルキュル音などのノイズが多く、無線用途でも使い物になりません。
ここ数日いろいろと触っていて、ようやく大分マシな感じになりました。
かすかにヒス音が残る程度になりました。

やったことは、
・音声出力のLPFを、カットオフ7kHzのバタワースに近い特性に変更
・音声ステレオ出力のミックスをやめ、Lchのみのモノラルに変更
・音声入力の入力抵抗をやめ、ショート
・GNDの強化
などなど

以下は、Wave Spectraで特性を確認した結果です。
LPFのカットオフ周波数変更前は、12〜13kHzくらいでしたが、

20160211_0001


カットオフ周波数を変更して、こんな感じになりました。
位相回りが少し大きくなりますが、無線用には充分でしょう。

20160211_0002


1500Hzの正弦波を入力、S/N比(ノイズフロアとの差)は90dBほどありそうです。
ただし、1kHz、2kHz・・・にノイズ信号がみられます。
レベル的には信号に対して70dB程度低いですが、若干気になります。
あと60Hz付近にもノイズが見られます。バスパワーなので、電源などからの回り込みでしょう。

20160211_0003


DC信号入力にしても、1kHz、2kHz・・・にノイズが見られます。
音声データの転送が1kHz毎のようなので、電源またはGND経由でノイズが混入しているものと思われます。

20160211_0004


音声再生をOFFにすると、1kHz、2kHzのノイズはなくなりますが、3kHz以上で1kHz間隔に
ノイズが見られます。これがヒス音の原因だと思われます。

20160211_0005


今回、基板ではアナログGNDとデジタルGNDを分けずに、横着をしてベタGNDにしています。
おそらくこれ以上ノイズを無くそうとすると、当たり前ですがGND分けをきちんとしないといけないでしょう。
この程度で使い物になるかどうか、そろそろ無線機に繋いで確認してみたいと思います。
もちろん送信は、まずダミーロードからですが。


<2/12追記>

もう少し基板をいじってみました。

・PCM2906のデジタル系デカップリングコンデンサ(電解1µF)に、チップセラミックコンデンサ(0.1µF)をパラ付け
 ⇒殆ど効果は見られず

・可能な範囲でアナログGNDとデジタルGNDを分離、およびGND強化
 ⇒これはかなり効果がありました。
  ヒス音は軽減され、マイク入力レベルを大きくしたときにサーというノイズだけが聞こえるようになりました。

1500Hzの正弦波入力では、1kHz、2kHz、3kHzのノイズ信号は殆どなくなりました。
4kHz以上のノイズも5〜10dB程度改善しました。
フルスケール入力時で、S/N比は90dBぐらいありそうです。
ただ60Hz付近にもノイズは変化無しです、残念。

20160212_0001


DC信号入力時

20160212_0002


音声再生をOFF時

20160212_0003


1kHz以上のノイズを、これ以上劇的に改善させるには、基板を作り替える必要がありそうです。
折りをみて、改善版の二台目は検討してみたいと思います。

60Hz付近のノイズはもう少し検討したいと思いますが、もうリグに繋いでみようと思います。


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RTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製(その1)

2016年1月24日 (日)

RTTY, PSK, SSTV用インターフェースの作製(その10)

USBオーディオインターフェースの部分を実装しました。

20160124_0001

20160124_0002


またもやトラブル発生。
目視では殆ど分からない程度のエッチング残りがあったようで、3.6V電源ラインとGNDが
ショートしていました。おかげで、レギュレータを壊してしまったようです。

幸いPCM2906に内蔵のレギュレータから供給させても動作させることができるので、
一旦壊れたレギュレータを取り外しました。


インタフェースをPCに接続する前はこんな状況で、

20160124_0003

PCに接続したら、シリアルポートとUSBコーデックを無事認識してくれました。

20160124_0004


今回基板には音量調整用のスイッチやボリュームは搭載していないので、
音量調整はPC側で行います。

20160124_0005


WSJT-Xで信号を出力させてみたら、信号波形を確認することができました。
トーン周波数1500Hzで出力させているところです。

20160124_0006

オシロの波形で見ていると、S/Nが悪そうな感じです。
写真では分かりませんが、信号波形に何かウジャウジャとしたノイズが乗っているように見えます。
まだ実際の音を聞いた訳ではないので、測定の問題かどうかは分かりません。
今回壊したレギュレーターを使用していないのも理由の一つかもしれません。
S/N改善のあたりで苦労しそうな予感がします。


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