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カテゴリー「無線(工作)」の52件の記事

2018年12月 1日 (土)

ドライバトランス ST-78 の周波数特性

デジタルモードのインタフェース作製用にと、以前購入したドライバートランス ST-78 です。

20181201_0001

巻数比は 1:1 で、インピーダンスは 10 kΩ: 10 kΩとなっています。


メーカーの橋本電気株式会社 (http://www.hashimoto-trans.co.jp) のホームページから、
周波数特性を知ることはできますが (カタログ:http://www.hashimoto-trans.co.jp/frame/stcat.pdf) 、
実際はどんなもんかちょっと測ってみました。


まずは、信号源のインピーダンスを 10 kΩ、二次側を 10 kΩで終端し、インピーダンスマッチングを
取った形で測定してみました。
データは、1 kHz 時のトランス一次側入力端の振幅で Normalize した値としました。

20181201_0002


当たり前でしょうが、カタログのデータと概ね同等です。
300 Hz 以下あたりから減衰が目立ちます。
デジタルモードで使用するにしても、もう少し低域は欲しいところかと思います。


次に、信号源のインピーダンスを少し下げて、同様に測定してみました。
二次側のインピーダンス (終端抵抗) は 10 kΩのままです。

20181201_0003


信号源のインピーダンスを下げると、低域の周波数特性が伸びる傾向にあります。
周波数特性だけでいうと、1 kΩぐらいがちょうど良さそうな感じでした。

2018年11月 4日 (日)

EagleからKiCadに乗り換えを検討

これまでプリント基板のパターン設計は無償版のEagleを使ってきました。
無償版は使用条件に色々と制限が有り、基板サイズは 100 mm × 80 mm までです。

これまでは何とか 100 mm × 80 mm で事足りていましたが、
たまにそれ以上のサイズの基板を作りたいときがあります。

KiCad は知っていましたが、Eagle で作成した回路図や基板パターン図、ライブラリなどが蓄積してきたことと、
操作にも少し慣れてきたこともあり、イマイチ KiCad へ移行することは躊躇していました。

ただ、 Eagle で作成したプロジェクトも KiCad にインポートできるようですし、
100 mm × 80 mm 以上のサイズの基板も作製できるので、勉強がてら乗り換えてみることにしました。

KiCad の最新版 (2018年11月4日現在) は Ver 5.0.1 ですが、
Eagle のプロジェクトをインポートしようとすると落ちます。
Windows 版でも Macintosh 版でも同じです。
KiCad のホームページにも記載されており、Eagle からインポートするには Ver 5.0.2 まで待てとのこと。

一つ前の Ver 5.0.0 ではインポートできるようなので、Ver 5.0.0 をダウンロード、インストールして
Eagle のプロジェクトをインポートしたら上手く行きました。


ワークフローも異なっているので、一連の手順を覚えるためにあれこれ弄っているところです。

2018年6月24日 (日)

TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その3 完結)

先日来作ってきたヘッドホンアンプを、ケースに組み込み完成させました。

ケースは当初タカチの CU-14N に組み込むつもりで用意しましたが、無駄に大きいので、
リードの薄型ケース SK-180 を買い直しました。


20180624_0001

前面は、電源スイッチ (照光式ロッカースイッチ) と ヘッドホン出力 (6.3 mm ステレオフォーンジャック) です。


20180624_0002

背面には、ステレオ入力とモノラル入力 (いずれも 3.5 mm ミニフォーンジャック) があります。


20180624_0003

ケース内部はこんな感じです。
スペースは余裕があり、スカスカです。
高さが 50 mm しかありませんが、何とか収まっています。


回路も若干変更しました。
入力レベルを絞る必要が無さそうなので、ボリュームをやめて 10 kΩ の固定抵抗にしました。
また、ゲインを少し上げるため、TPA6120A2 の帰還抵抗を 1 kΩ から 2 kΩ に変えました。
ゲインは 3 倍になっています。

最終的な回路図は、以下のとおりです。

20180624_0004


ヘッドホンアンプ有り無しでまた聞き比べ (音源は PC) をしてみました。
アンプを通した方が、高域のキレが僅かに良い感じで締まった音に聞こえるように思いました。


取りあえず、これをゼンハイザーのヘッドホン HD206 と組み合わせて使っていきます。

関連記事
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その2)
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その1)
ヘッドホンアンプの検討

2018年6月17日 (日)

TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その2)

先週組み立てた基板のコネクタ配線を作り、バラック状態ですが音出しまで行いました。

20180617_0001


現時点での、アンプ部の回路図は以下のとおりです。

20180617_0002

TPA6120A2 の周辺回路は、データシートに載っているシングルエンド入力、非反転、ゲイン2倍
のものほぼそのままです。
入力部に OPA2604 のボルテージフォロワを置いています。

発熱が気になりましたが、電源電圧が ±12 V ではほんのり暖かくなるぐらいで、問題無さそうです。


まず PC に繋いで音を聞いてみました。ヘッドホンは、ゼンハイザーの HD206 です。
ヘッドホン有り無しで、音質も音量もほぼ変わりません。
耳が肥えていないので、違いがあまり分かりませんでした。
音が悪くなっているようには思えませんでした。


次に無線機 (TS-590S) に繋いで聞いてみました。
ヘッドホンアンプ無しだと、高域のハリみたいなものは感じられるものの、
低音が少なく薄っぺらい感じがします。
ヘッドホンアンプを通すと、低域がしっかり出て、音に厚みが出るように感じられました。
AM 放送とかで聞き比べすると、顕著に差が分かります。

4/22 に考察したように、TS-590S のヘッドホン端子の出力インピーダンスは 120 Ω と思われ、
そこにインピーダンスの低いヘッドホンを繋ぐと、高域が強調された音になるはずです。
ヘッドホンアンプを通すことにより、アンプ出力のインピーダンスが下がり、
周波数特性が改善された効果が確認できたものと思われます。


もう少しだけゲインはあった方が良さそうなので、TPA6120A2 の帰還抵抗を
1.8 kΩ ぐらいにしてみようかと考えています (電圧ゲインで 3 dB up)。


ケースも買ってあるのですが、無駄に大きいので、どうしようか迷い中です。

関連記事
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その3)
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その1)
ヘッドホンアンプの検討

2018年6月10日 (日)

TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その1)

この週末、ヘッドホンアンプの作製に取りかかりました。

先週末に日本橋に行き、部品は大体揃っています。
作業は、プリント基板作りからです。
電源用基板のソルダーレジスト処理と、アンプ基板のエッチングおよびソルダーレジスト処理を行いました。

その後、部品実装まで行い、今週はここまでです。

20180610_0001

左側が電源用基板で、三端子レギュレータの放熱のため、敢えて両面基板で作りました。
右側はアンプ用基板で、片面一層基板で作製しました。
TPA6120A2 は DIP 変換基板に搭載したまま実装しました。
入力の半固定抵抗だけが残念な部品かもしれません。あとは、オーディオ用パーツを使いました。


20180610_0002

裏面はこんな感じです。
バターンの引き回しが下手くそで、お恥ずかしいです。

実際の音出しは、来週にお預けになりました。


回路図は、こちらの記事に記載しました。
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その3)
よかったら、ご覧ください。

関連記事
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その3)
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その2)
ヘッドホンアンプの検討

2018年5月27日 (日)

ヘッドホンアンプの検討

ゼンハイザーのヘッドホン HD206 を買ってからは、ヘッドホンアンプの必要性を感じ始め、
自作してみようと思い立って検討を始めました。


ネットで色々と調べていると、アンプ用の IC はテキサスインスツルメンツ社の TPA6120A2 が良さそうです。
電流帰還アンプも試してみたかったので、この IC を使って回路を組むことにします。

TPA6120A2 は、秋月で TPA6120 DIP化キットとして ¥600 で手に入ります (2018年5月時点)。
他店では、TPA6120A2 単品でも ¥600 以上するところが多いので、秋月でこれを入手するのがお得だと思います。

20180527_0001


TPA6120A2 の前段にバッファ回路を設けたいので、オペアンプの OPA2604 も入手しました。

20180527_0002

これらの IC は、東京へ出張に行った際、秋月に立ち寄って買ってきました。


ところで、TPA6120A2 は電源電圧を±15 V で動作させるのが特性的に良いようです。
しかし、TPA6120A2 を DIP 化した基板で使うことを考えると、放熱対策が心配です。
なので、若干電圧を落として±12 V で動かすことを考えてみます。

ただ、ちょうど良い電圧の電源トランスが簡単に入手できそうになく、レギュレータ IC の
入力電圧が 18 V ぐらいになりそうです。
そこで、若干無駄な回路になってしまいますが、レギュレータ IC を二段構成 (18 V → 15 V → 12 V)
にしようと思います。レギュレータ IC の発熱を分散させるのが目的です。
電源ラインの残留リップルも、この方が良いように思います。


取りあえず、この週末は電源回路部分のプリント基板を焼いてみました。

20180527_0003

20180527_0004

片面基板で配線可能でしたが、レギュレータの発熱を基板の GND パターンに逃がそうと思い、
わざわざ両面基板で作ってみました。
写真に撮ると、パターン面がボコボコに見えますが、実際は結構綺麗に仕上がっています。
この後、ソルダーレジストを塗布しようと思います。


IC 以外の部品はまだ入手できていないので、進捗はここまでです。

関連記事
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その3)
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その2)
TPA6120A2 を使ったヘッドホンアンプの製作 (その1)

2018年3月18日 (日)

3SK294を使った144MHz帯用プリアンプの製作

以前に秋月で衝動買いした 3SK294 を活用しようと思い立ち、
今回これを使って 144 MHz 帯用のプリアンプを作ってみました。


◆製作の経緯◆

V/UHF 用のプリアンプは、GaAs FET が用いられることが多いので、
シリコンの MOS FET では特性がイマイチなのではないかと思っていました。

手持ちのデュアルゲート MOS FET 3SK294 が有るのを思い出し、
データシートを見ていると、用途がTV チューナや VHF 高周波増幅であり、
かつ特長として
 ・混変調特性が非常に良い
 ・帰還容量が小さい
 ・低雑音 (NF = 1.4 dB)
とのことで、144 MHz 帯用のプリアンプとして使えるのではないかと考えました。
そこで、GaAs FET の 3SK241 との比較をしてみると面白いのではと思い、
3SK294 のプリアンプも作ってみることにしました。


◆回路◆

3SK241 との比較なので、回路構成は前回作製のものと同じとします。
特に入力マッチング回路、出力マッチング回路はそのままの流用です。
すなわち、FET の入力インピーダンスは 3 kΩ、負荷抵抗は 538 Ωとなります。

バイアス回路ですが、データシートを見ると Id =10 mA 程度で設計するのが
良さそうな感じです。
Vds の耐圧が高くないので、Vds = 5 V としました。

3SK294 はエンハンスメント型なので、ゲート1にも正のバイアス電圧を
与える必要があります。
データシートを見ながら、Id = 10 mA 程度になるゲート電圧として、
Vds1 = 1.5 V、Vds2 = 3.5 V としてみました。

自己バイアス回路ではないので、ソース抵抗は無くても良いのですが、
バイアスの安定化を図るため、100 Ωを入れることにしました。
ソース電位が 1 V となりますので、その分ゲート1、ゲート2、ドレインに印加する
電圧を、それぞれ 1 V ずつ嵩上げしました。
よって、電源電圧は 6 V となります。


最終的な回路としては、このようになりました。

20180318_0001


◆プリアンプ基板の作製◆

ガラスエポキシの片面基板をエッチングしてプリント基板を作りました。
前回同様に、銅箔面へソルダーレジストを塗布しました。
前々回作った試作品②をバラし、ほとんどの部品を流用しました。

20180318_0002

20180318_0003


3SK294 のパッケージは 3SK241 よりさらに小さく、扱いが結構大変です。


◆調整および特性◆

バイアス電圧、およびドレイン電流は、データシートどおりの結果が得られました。
ソース抵抗 100 Ωでソース電位が 1.00 V、バッチリです。

調整は、トラッキングジェネレータ付きのスペアナを使って行いました。
波形のピークが 144.2 MHz 付近へくるように、入力側コイルと出力側コイルのコアを、
それぞれ回すだけです。

何故か前回作製したプリアンプよりも、さらに Q が低くなっています。

20180318_0004


◆使用感◆

調整が終わったところで、TS-2000SX と 5 エレ八木に繋いで実際の信号で確認してみました。
ゲインは前回作製した 3SK241 のプリアンプより、若干 (数 dB ぐらい?) 低いです。

ただ、NF は 3SK241 より良いように感じました。
TS-2000SX 内蔵のプリアンプが ON の状態で、今回作製した 3SK294 のプリアンプを
入れても (すなわちプリアンプが二段で入っている状態でも)、ノイズレベルも一緒に大きくなりますが、
弱い信号もしっかり増幅されるので、あまり S/N が悪化している感じがしませんでした。

前回作製した 3SK241 のプリアンプでは、TS-2000SX 内蔵のプリアンプも ON にすると、
かなりノイズレベルが大きくなり。S/N が悪くなる感じでした。


ということで、今回作製した 3SK294 のプリアンプは、良い結果が得られ満足です。
秋月で 1個 23 円の FET ですが、特性はなかなか良いのではないでしょうか。
パッケージが小さいのが難点ですが、パッケージが少し大きい 3SK291 でも
同じように使えるのではないかと思います。

2018年2月13日 (火)

小信号の定番FET

プリアンプを作るのに際して、別の FET を検討しようと秋月のホームページを
物色していたら、2SK882 の在庫が尽きかけているのを見つけました。
※2/12 の時点では、既に在庫切れになっています。

この 2SK882 は、かの有名な 2SK241 の 3 ピン SC-70 パッケージ (表面実装パッケージ) 版
ということで、2SK241 が入手難の現在、密かに人気のあった FET だったのかもしれません。

これを見て、無線やラジオ関係でよく使われていた「定番 FET」のことが、ふっと頭に浮かびました。


定番の FET と言って私が思いつくのは、2SK1252SK1922SK241 あたりでしょうか。
昔は、2SK193SK35 などでした。
現在では、2SK192A を除いてどれも入手が難しいか高価になっています。


2SK882 は、2SK241 の代替にということで夏ぐらいに少し入手しておいたのですが、
そのときはまだ秋月にも在庫数が相当数あったと記憶しています。
しかし、半年も経たない間に在庫が底を突いてしまいました。

2SK882 と同じく、2SK241 の表面実装パッケージ版である 2SK302 は、インターネットで調べると
松本無線でまだ手に入るようです。
しかし、こちらも時間の問題かもしれません。

2SK241 の互換品といわれる 2SK439 は aitendo でまだ売っているようですが、
1個 120 円と少々高値です。他店も軒並み 100 円以上するようです。

これらの FET は使い勝手が良く人気があるようなので、市場に出てきても
すぐに売り切れてしまうように思います。


一方、2SK125 は、まだ通販ショップでいくつか見かけます。
ただし、値段が上がっている傾向にあります。

秋月では、同等品の J310 で表面実装パッケージ版の MMBFJ310 を売っています。
こちらは 5 個で 100 円なので、まだ割とリーズナブルです。
表面実装部品の扱いが苦にならなければ、これは買いだと思います。
私も HF か 50 MHz のプリアンプに使えないかと、少し入手しておきました。


2SK192A は、以前入手が難しくなりつつあると書きましたが、今のところまだ大丈夫そうですね。
秋月でも お一人様 10 個までとの制限はありますが、在庫はまだまだ有りそうです。
どこからか調達もできているのかもしれません。


3SK35 は高価ながら販売している店はありますが、2SK19 はほとんど見かけません。
シルクハットのパッケージが好きでした。

2SK19, 2SK30, 2SC372/373/374, 2SC380, 2SC387, 2SC735, 2SC1000....
私が電子工作を始めた頃、シルクハットパッケージの部品をよく使っていました。

2018年2月12日 (月)

3SK241を使った144MHz帯用プリアンプの製作 の続き

先日作ったプリアンプですが、出力部分を複同調回路形式としたので、調整がちょっと難しかったです。

そこで、出力回路を共振回路1段に変更したものを作ってみました。
以下備忘録です。


◆バイアス回路◆

今回は電源電圧を 8 V にしてみました。

使用する 3SK241 は前回と同一ロットだと思われますので、ソース抵抗 62 Ω でドレイン電流 Id = 10 mA
としました。ゲート電圧も前回に準じています。

20180212_0001


◆入力回路◆

前回作製した、試作品②からの変更はありません。


◆3SK241 の負荷抵抗◆

ドレイン - ソース間電圧 Vds が 約 7.4 V、Id が 10 mA、ピンチオフ領域が約 2 V (データシートの
特性グラフより) ですので、負荷抵抗は$$\frac{7.38 V-2 V}{10 mA}=538\varOmega$$としました。


◆出力回路◆

LC 共振回路の Q = 10 とし、L マッチ回路との組み合わせで回路を考えてみました。

負荷側のインピーダンスを 538 Ω、出力側のインピーダンスを 50 Ωとして計算すると、
共振回路の L と C はそれぞれ、0.0453 µH, 20.5 pF、出力の結合コンデンサは、
7.07 pF となりました。

20180212_0002

ここで、144 MHz 用の FCZ コイル (相当品) は、インダクタンスが約 0.18 µH であり、
またちょうど中間にタップ (2 turn : 2 turn) があります。

中間タップから取ると、インダクタンスは約 0.045 µH となりますので、ピッタリです。
出力回路は、下図の形式としました。

20180212_0003

念のため、シミュレーションでも確認しました。
ほぼ設計どおりの結果となっており、安心しました。

20180212_0004


◆プリアンプ基板の作製◆

前回と同様に、ガラスエポキシの片面基板をエッチングしてプリント基板を作りました。
今回は銅箔面に、ソルダーレジストを塗布しました。

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◆電源電圧の変更◆

でき上がったプリアンプをアンテナとリグに接続し、動作確認のためゴソゴソしていたら、
急に信号強度がガクンと下がりました。

これはおかしいと思い、回路内の各ポイントの電圧を測ろうとすると、三端子レギュレータが
異常に発熱しており、熱っちっちになっています。

すぐに電源供給を止め、3SK241 のドレイン - ソース間の抵抗を測ってみますと、
通々 (ほぼ 0 Ω) になっています。何らかの拍子に、ドレイン - ソース間の耐圧 BVds を
超え、破壊に到ったものと思われます。
今回は、入力保護ダイオード無しで行こうと思っていたのですが、これも裏目に出たのかも
しれません。

3SK241 の BVds は 13 V ですが、上記バイアス点と負荷抵抗から引いた負荷線から
求まるドレイン - ソース間の最大電圧は 12.76 V であり、本当にギリギリです。
壊れては元も子もないので、電源電圧を 7 V に下げ、過大入力が入らぬように
入出力に保護ダイオードを付けました。

最終的に、このような回路になりました。

20180212_0007


◆調整、特性および使用感◆

調整はコイルのコアを回すだけです。

入力側コイルのコアを回すと、綺麗にピークが変化しますので、調整は容易です。
出力側コイルも、複同調回路のときよりも調整点が分かりやすくなりました。

調整後にスペアナで測ってみた結果は、こんな感じです。
複同調回路を止めたせいか、Q が低いような特性になっています。

20180212_0008_2


TS-2000SX と 5 エレ八木に繋いで実際に信号を聞いてみたところ、ゲイン、S/N 感とも
前回作製のものと同等のように感じました。

また、TS-2000SX 内蔵のプリアンプとも比較してみましたが、かなりひいき目に見れば
今回作製したプリアンプの方が僅かにゲインが高く、ノイズの粒が僅かに細かいかなと
感じました。
ほとんど差が無いと言う方が正解かもしれませんが。

取りあえず、しばらくこれを使ってみたいと思っています。

2018年1月20日 (土)

プリアンプの送受信切り替え制御

先日作製したプリアンプと、リグ (TS-2000SX) との接続について、備忘録を残しておきます。

TS-2000SX の背面パネルには、EXT CONT という 8 pin DIN コネクタがあり、
50 MHz, 144 MHz, 430 MHz, 1200 MHz 各バンドに対し、リニアアンプを接続するための
制御信号が出ています。
そのうち、1 pin, 2 pin, 4 pin, 6 pin が、それぞれ 430 MHz, 50 MHz, 1200 MHz, 144 MHz 用の
リニアアンプの送信/スタンバイを制御するための信号になります。

20180120_0001


プリアンプのリレー切り替え制御も、これらの信号を利用することにします。
今回は 144 MHz 用の信号だけでいいのですが、将来的に他のバンドのプリアンプを
接続することも考慮して、V/UHF 全てのバンドを共通のケーブルにしたいため、
1 pin, 2 pin, 4 pin, 6 pin を全てショートしてプリアンプに接続しました。
オープンコレクタ形式なので、直接接続して Wired OR としても問題ないはずです。

20180120_0002


これだけではまだ不充分です。
例えば 144 MHz 用の制御信号を出すためには、リグの MENU ボタンを押して、
Main No, 28、Sub C から 1 : ディレイタイム 10 ms か 2 : 25 ms を選ぶ必要があります。
今回は、ディレイタイムが 25 ms 設定の 2 を選びました。

他のバンドにも適用するときは、Sub B, D, E で設定する必要があります。

より以前の記事一覧