| Ramsey AM-1 はずいぶん変わり果てた形になったものの、当初の目的であったプライベートAM放送局として動作しています。 しかしながらパーフェクトな性能というにはいくつかの弱点があるし、もう一度勉強しながらミニAM送信機を作りたくなりました。 とはいうものの、部品集めをはじめてからすでに2年近く経過していて、ちっとも進みません。 はたして完成はいつのことやら、そしてそもそも、どんなものになるのやら。 |
Ramsey AM-1で依然として不満だった部分を改良したものとして、目標は次の通りです。
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秋月のダイレクト デジタル シンセサイザ (DDS) が面白そうで買ってしまいました。
これはウェルパイン社製のDDS LSIを用いたキットで、
オンボードに実装されたDIPスイッチにより任意の安定した周波数出力を得ることができます。
DIPスイッチのかわりにマイクロコンピュータで制御すればデジタルVFOにもなるし、
いろいろな使い方が考えられるボードです。 組み立ては順調に進みましたが、出力がどうにも出ません。はて、チップを壊しちゃったのかな。 休憩して落ち着いて再点検したら、ジャンパー飛ばしの指示を見落としていたことに気づきました。 それを取り付けたらデジタル周波数シンセサイザは動作を開始しました。 ラジオぬ〜ぼ〜計画の搬送波発振ではAM放送帯の固定周波数しか必要としませんから、 このボードをそのまま使うのは贅沢すぎます。 が、まずはテスト用の発振回路として利用することにします。 発振周波数の安定度はもちろんパーフェクト。 2003年10月09日 秋月DDSボード組み立て 6400円 |
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変調回路にはアナログ乗算器を使ってみようと思い部品を買い求めてあるのですが、
その前にトランジスタ変調回路のお勉強もしなくては。
トランジスタ式AM変調回路にはいろいろな種類があるようです。
「ラジオ・ワイヤレス回路の設計・製作」(CQ出版社 鈴木憲次著 1999 ISBN4-7898-3279-1)
のAMトランスミッタでは
ベース変調回路
が使われており、書き直してみると右図のようになっています。 意外と簡単な回路ですね。まずこれを試してみることにしましょう。 この回路ではコレクタ側のコイルはAMトランジスタラジオの局発コイルを使うようになっています。 100円ラジオからの取り出し品を使って回路をユニバーサル基板に組みたててテストを開始したのですが、 実験中にコイルを切ってしまいました。 もうひとつ買ってある100円ラジオから取り出そうかな。 |
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RN-1
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古い車に乗っているという方から、純正の古いAMカーラジオでMP3プレイヤーの音楽を聴けないだろうか、
という問い合わせがあり、なるほどそういうニーズもあるのかと思いました。
AMラジオはどうあがいてもFMラジオの音質にかないませんが、AMにはAMの不思議な世界があります。
レストアしたシックスティーズでルート66を走るならなおさらでしょう。 そこで、車載用のコンパクトなトランスミッタを作ってみることにしました。 回路はAM-1改良に使った搬送波発振回路と、上述のベース変調回路、それに軽いパワーアンプとします。 発振コイルはFCZ研究所の1.9MHz用コイルを使います。 音声入力はLM386 低周波パワーアンプICで増幅してからベース変調に入れます。 入力のキャパシタにすこし小さめのものを使って低音域を絞り、 デジタル時代の今風の音楽でも信号がつぶれないようにしておきます。 電源は車両シガーライターのDC12Vをもらい、3端子レギュレータで内部8Vで動作するものとします。 逆接保護用のダイオードを入れた以外には車載用の配慮はしていません。 |
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ポゴとママが実家に里帰りし、ようやく集中して作業できる時間が取れました。
ところがラボの散らかりようがすでに限界を超えていて、部品ひとつ探すのに数時間かかる始末です。
途中眠くなったら寝て、また
バベッジ号
で60kmの深夜ツーリングを入れて、48時間後の成果がこれ。 このAMトランスミッタには2N3904を4石使用しています。それぞれ1.9MHz用FCZコイルを使用した搬送波発振、 エミッタ フォロワによるバッファ アンプ、ベース変調、そして軽い出力アンプです。 音声入力はLM386で増幅してからベース変調に入れる予定でしたが、 ポータブルオーディオ機器のヘッドフォンレベルの信号なら増幅せずともうまく動作することがわかりましたので、 ICソケットは実装してありますがICは差し込んでおらず、回路をパイパスしています。 ベース変調は簡単な回路だなと思ったのですがなかなかきれいに変調がかからず、 試行錯誤してたまたまうまくいった定数の組み合わせを使っています。 最終段もいいかげんな作りになってしまい、全体が異常発振しないようにトランスの結合を落とす必要があります。 まだまだ詰めたいところが残っていますが、とりあえず動作を開始しました。 ラボのあちこちに転がっていた新品/サープラス品/サルベージ品/リユース品/ジャンク品からなるパーツの集まりがひとつの装置としてめでたく機能し始めたので、 このミニ送信機にRN-1と名前をつけました。 2005年05月04日 搬送波発振回路とバッファアンプ実装 2005年05月05日 ベース変調回路とパワーアンプ実装 |
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いつもはポゴの教育係として苦労しているぶたぶたさんもこの数日間はのんびり休暇。
音楽でも聴いて疲れを癒してくださいませ。 このボードの目的はポータブルMP3プレーヤに接続可能なことですが、 電車通勤をしないわがラボにはポータブルMP3プレーヤなどないので、 LinuxザウルスでMP3を再生してテストに使います。 特に意味はないのですが電源は自動車用バッテリー。 アンテナは5mのビニール線。 ザウルスをACアダプタで動作させると、スイッチング式ACアダプタが発生するノイズがトランスミッタに回り込み、 変調音に顕著なノイズが出ます。 オーディオ入力にパスコンが要るかな。 ぶたぶたさんが座っているのはポゴ専用ラジカセ(1歳ちょっとになったら自分でCDを入れて再生操作ができるようになりました)、 左側にあるのはチューリッヒ空港で買ったデジタル周波数カウンタ式短波ラジオ。 どちらもいい音で鳴っています。 音質と出力はすでに 改造Ramsey AM-1 より良好ですが、周波数の安定度はいまひとつ。 |
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今回はきれいに作ってみたかったので、
タカチ
の小型アルミケースを購入しておきました。
そこで製作第3日はケースへの組み込み。
フロントパネルとリアパネルはABS樹脂で、ハンドドリルでの穴加工もきれいにできました。
ボードの取り付けは私の大好きなペテットを使用。
ただしジャンクパーツからのリサイクル品なので、汚れた両面テープをはがして、ケース内面に酢酸ビニル樹脂系接着剤で貼り付けました。 ところで関係ないですがこの手の写真を撮るとき、昨年買った小型のデジタルカメラではなかなかうまく行きません。 5メガピクセル、がうたい文句なのですが、 「メガピクセル」なんて言葉すらなかった時代のフロッピィカメラのほうがたいていきれいに撮れます。 レンズが小さいのと、ボディが軽すぎて手ブレが出てしまうのが主な原因。 やはりカメラはレンズと、適切な重さが重要ですね。 |
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フロントパネルには電源スイッチとLED、オーディオ入力用のφ3.5ミニジャック。
このミニジャックは、パネルマウント用のステレオミニジャックの在庫がみつからなかったので、モノラルタイプを使いました。
リアパネルにはセンターポジティブのDC12Vジャックと、アンテナ接続用のRCAジャックをひとつ。
なかなかいい仕上がりになりました。 2005年05月06日 筐体実装 タカチKC4-10-8GS 840円 パイロットランプに使った赤色LEDはイカレかけていたようで一日経ったら輝度が低下しました。 なにしろ中古&サルベージパーツ多用で組み立てていますから･･･。 同型の緑色のものに交換しました。 |
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では実車テストといきましょう。
RN-1プロジェクトのターゲットは1960年代のAMカーラジオですから、
コンソルハイエースのフロントムーンルーフに貼られたプリントアンテナではテストには不向きかも。
そこでテスト車両には
ターボ･ファルコン
を使用します。
ファルコンの純正AMラジオアンテナは右側Aピラーに組み込まれた普通のロッドアンテナで、ラジオはダイハツ純正FM/AMカセットステレオ。
助手席シートにトランスミッタを置いてアンテナワイヤを車室内に這わしただけではほとんど受信ではません。
アンテナワイヤの末端をカーラジオのロッドアンテナに数回巻きつけたら十分な信号強度が得られました。
これならターゲット車両への取り付けも簡単でしょう。
音質も満足のいくものです。 今回のテストでは、NoobowSystems Lab. CEOのぬ〜たろうも参加します。 ぬ〜たろうの担当はワインディングでもトランスミッタとlinuxザウルスがふっ飛ばないよう、踏みつけて押さえておくこと。 村松健のスムース・ジャズ風アルバムを聴きながらの夜ドライブ はリラクシングのひと言で、 気がついたら戸隠まで来てしまいました。でももう夜の11時、おそば屋さんは一軒も開いていません。 おそば食べたいよー。 |
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テストの結果、送信周波数の安定度は要改善であることがわかりました。
1548kHzとなるよう調整がしてあるのですが、
テストのスタート直後は1539kHz。
10分ほどして1548kHzになり、1557kHzまで上がることもあります。
1960年代のAMカーラジオならプリセットつきμ同調の無段階チューニングのはずなので、
周波数のずれには寛容なはずですが、走行中に数回はチューニングを取り直す必要があるでしょう。
ターボ･ファルコンのAMラジオは9kHzステップのPLLシンセサイザなので、
数回 周波数のアップダウン操作をする必要がありました。 周波数ドリフトの主要因は温度であることがわかりました。 翌日ラボのミニコンポの上に置いて使ったら、 ミニコンポからのほんのり暖かい熱のために周波数は実に1575kHzまで上がってしまいました。 ケースの下に冷たい保冷材を入れてやると、周波数はゆっくりと下がっていきます。 タンク同調用に使ったスチロールキャパシタのせいかな? それともトランジスタのバイアス点が移動してベース容量が変化するからなのかな? 今回使っている発振回路はそもそもみょうちくりんな回路だし、 パワーは必要ないとしても今回の最終段はいい加減すぎて意味なさ過ぎるし、もういちどトライしなおすべきかも。 たかがワイヤレスマイク、って奥が深いなあ。電子回路をきちんと理解できていないラジオ小僧には難しいテーマです。 |
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周波数安定度の向上を試みる時間が取れる見込みがたたず、
もうこのままでいいや、と、ニューヨーク在住の依頼人にRN-1を発送しました。
なにしろ911の後遺症が残っていますから、
怪しげな手作りの機械を航空便で送るとどういった取り扱いをされるかわかりません。
念のために
プロダクトラベルも手作りでこしらえた
のですが、 結局それも貼らず、「エンジニアリング サンプル」と表記して発送しました。 結果としては遅滞もなく無事に届き、依頼人のシェビーのカーラジオでうまく動作している様子です。 このカーラジオはモトローラ製のトランジスタ式。 "Motorola" は Motor - Ola, つまりカーオーディオ、という意味に由来しています。 いまや1台の自動車には何十個という数のマイクロコンピュータが使われていますが、 このシボレーはまだICすら世の中になかった時代のクルマです---エレクトロニクスと呼べるのはおそらくこのカーラジオだけでしょう。 今回製作したRN-1は、3端子ボルテージレギュレータICを除けば、1960年代初頭のトランジスタ回路技術と変わりません。 案外にクルマの時代にマッチしたものなのかも。 さあ、壊れずにうまく働き続けてくれるといいなあ。 |
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RN-2
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RN-1を発送後、プライベートAMラジオがなくなってさびしく感じることがありました。
しかしAM-1を動かすのもいまいち気乗りせず。
ので、次期モデルの開発に着手します。
毎年1台作っていけば、10年後にはずいぶんマトモなものができるようになるかも。
でもこのペースでは、完全自作SSB無線機でQSO、までには人生終わっているかも。 EL500 のブレッドボードを用いて試してみたフランクリン型正弦波発振回路は簡単な仕組みなのに安定しているので、 RN-2の搬送波発振はこれで行きます。 というか、このフランクリン型正弦波発振回路でトランスミッタを作ってみたいというのがRN-2のもうひとつの動機。 発振回路に続くバッファは、今回はFETを使用してみましょう。 ダブル・バランスト・ミキサ回路でAM変調を行い、その出力を汎用広帯域高周波増幅器ICで出力することにします。 RN-1がトランジスタ4石であったのに対し、RN-2はIC3つとFET1個。 どのプロックも初めて試すもので、いい勉強になりそう。 今回はEL500で回路試作、うまくいったらユニバーサル基板に実装する、 という手順をとります。 これなら素子定数のカット･アンド･トライをする工数が大幅に節約できます。 が、AMラジオ帯といっても立派な高周波回路ですから、 素子レイアウトと配線の取り回しの違いがあるので、 必ずしもターゲットボードでのデバッグが撲滅できるわけには行かないと思いますが。 |
まずはキャリアを発振
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3端子レギュレータ: 簡単だけど
今回の最初の問題は、搬送波発振とバッファ部分だけまず実装したときに起きました。
EL500で作ったときに比べ実基板では出力が小さく、また搬送波の純度が悪く、
ラジオで受信したときに変調がかかっていないのにザーッといったノイズが目立ちすぎ。
オシロスコープであちこち波形を調べてみると、電源電圧が猛烈に暴れていることがわかりました。 EL500では乾電池での6Vで動作させていますが、 実基板でのテストには 日章工業NP-101型定電圧安定化電源装置 を使いますが、この出力電圧が激しく暴れるパルス状になることがあるのです。 いつのまにか電源装置が壊れていたのかと思い、電源装置の分解調査までしてみましたが、 電源装置そのものは正常です。 直っちゃったのかな。 ターゲットボードに終段アンプを組み込み、変調段なしでキャリアだけ送信させてテストをしてみると、 また電源電圧の暴れが発生しました。 もういちど調べてみると、電源装置ではなくて、3端子レギュレータの異常発振であることがわかりました。 レギュレータの入出力には0.1μFのパスコンだけ入れてあったのですが、 これでは容量不足のようです。 出力ピンに4.7μFを入れても効果なし (*1) 。 入力ピンに10μFを入れると、電源電圧の異常波形はピタリと止まりました。 (*1: 実際には配線ミスでした。出力側のキャパシタで発振が止まったかもしれません。) いままで3端子レギュレータを使っていろいろなものを作ってきましたが、 微小出力とはいえ自ら高周波を出すトランスミッタでは、 回り込み対策とか電源のデカップリングとかいろいろワザが必要になるようです。 失敗しながら学んでいくことにします。 まじめに資料を読み直すと、手軽な3端子レギュレータとはいえ、 きちんと使うためには正しい理解が必要なようです。 今回はうまく動いてくれているけれど、次からは基本に忠実に作ろう。 参考資料: トランジスタ技術2003年09月号 保存版 電子回路のトラブル対策 p165 3端子レギュレータが発振する 周波数安定度
変調回路なしのこの状態で周波数ドリフトの様子を見てみます。
ほぼコールドスタートの状態でキャリア周波数を1548kHzにセットし、
周波数カウンタをつなぎます。
さすがにFETとICによる多段のバッファを入れているだけあって、
アンテナ負荷による周波数の変動はほぼありません。
しかし実際の安定度は不満で、18時間のうちに最大で9kHz周波数が下がってしまいました。 負荷による変動は無し、電源電圧は安定化してありますので、主要因は温度。 1.9MHz用FCZコイルと並列に入れている470pFのキャパシタはタイプ不明の在庫品で、 この組み合わせはRN-1と同じ。 周波数ドリフトの傾向はRN-1と似ていますから、 キャパシタを温度特性の異なるものに変えてトライする必要があります。 実用的に不満をなくすには、周波数変化はせめて2kHz以下であって欲しいところ。 2006年04月29日 キャリアオシレータとRFアンプ実装 |
 安定化電源装置の故障を疑って 数時間を費やしてしまいましたが･･･  3端子レギュレータの発振でした。 入出力端子のキャパシタを軽視してました。 ごめんなさい。 |
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ドリフトはさておいて(逃げた!)、キャリアが正しく出たので、
次はダブル・バランスト・ミキサ回路を使ったAM変調回路にチャレンジします。 AM変調は結局キャリアと音声信号を乗算することに他なりません。 コレクタ変調やベース変調などでもAM変調を得ることはできますが、 深い変調を正確に得るのはなかなか困難なようです。 そこで今回はダブル・バランスト・ミキサ (DBM) を使います。 DBMは2つの入力信号に乗算処理を施すものであり、 ダイオードを使ったものや、ギルバート・セルと呼ばれる差動増幅器の組み合わせによるものがあります。 今回はギルバート・セルをIC化した定番のIC、モトローラMC1496を使うことにしました。 MC1496ならm=1.0を超える場合も理屈どおりの出力が得られます (復調できないのでそうならないように信号レベルを押さえなければなりませんが)。 1496はすでに古典となりつつあり、今はもっと使いやすいICがあるようですが、 今回は勉強のためにこれでトライしてみます。 実際には新日本無線のセカンドソース、NJM1496Dを入手しました。 このICを動作させるには+12Vと-8Vの両電源が必要で、 この程度の機器なのに電源回路が大げさになりそうだなあと思いましたが、 MC1496のデータシートにDC12V単電源で動作するバランスド・モジュレータの参考回路がありました。 これをもとにキャリア バランスを意図的に崩すためキャリア ヌル回路の抵抗値を変え、 また手持ちの素子で使えるように多少の定数変更を入れてみました。 いつもどおりのそそっかしい配線のため動作しだすまでに手間がかかりましたが、 いったん動き出してしまえば良好な変調品質が得られました。 写真に見える白ダイヤルのトリマでキャリア・バランスを、 黄色ダイヤルのトリマで変調レベルを調整します。 良好な変調を得るためにはこの調整がキモとなっています。 現状の回路ではキャリアの入力レベルが大きすぎているものと思いますが、 なにしろ最高周波数500kHzという 化石オシロ を使っているので正確に測定できません。 今年のクリスマスにはサンタさんにオシロをねだろうかな。 |
1496は多くの外付け抵抗を必要とします。 部品在庫がなくて1本のところを2本並列で欲しい抵抗値を作ったりしているのでなおさら。 |
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さて、このあたりから予定どおりには事が運ばなくなり、
素子をとっかえひっかえの素人作業の始まりです。
1496の出力は、そのままではドライブ能力が不足していてuPC1655Dを駆動できません。 FCZ 1R9をトランスとして使ってみましたがだめ。 そこでトランジスタ1石を入れて増幅します。 最初は2N3904を使いましたがうまく行かず、 2SK168を使ったところ十分なゲインが得られました。 が、1655Cの出力波形はとんでもなく歪んでしまいました。 これはゲインの稼ぎすぎと判明。 最初はソースバイパスキャパシタを入れていたのですが、 これを外して1kΩだけにしてみるといい感じ。 このFETアンプのゲートまわりは音質にクリチカルで、 いろいろ試して結局回路図にある2.2kΩでグラウンドに落とすのが音質的にベストになりました。 ただ疑問が残るのは、RF出力が上がると回り込みで音質が劣化するのではないか、ということ。 事実、発振コイルのケースをグラウンドに落としたら音質がよくなりましたし、 オーディオ入力にパスコンをいれてもまた音質がよくなりました。 ユニバーサル基板を使っているのでグラウンドパターンが十分とはいえないし、 レイアウトも成り行きでやっているのでグラウンドループができているかもしれません。 たかだか1.5MHzとはいえ、奥が深くてサンデーホビイストには難しいですね。 RN-2 ボード単体稼動開始 2006年05月02日 |
本当は基板の右側はオーディオALCやレベルメータ回路などのために空けておこうと思っていたんだけど･･･
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海賊放送局を作ろうとしているわけではないのでパワーは不要なのですが、
鉄筋コンクリートのラボはそれ自体が出来の悪いシールドルームみたいなもので、
寝室に置いたAMラジオをフルクワイエットにするには結構なパワーが必要です。
MC1655Cの出力をそのままビニール線に乗せただけでは寝室での受信はかろうじて、という程度でした。
そこでMFJランダムアンテナチューナMFJ-16010を使って室内ビニール線アンテナに乗せてみました。
アンテナチューナの効果は明白で、チューニングが取れれば受信感度はぐっと上がりますが、
フルクワイエットには遠く、ナイトキャップ・ミュージックを楽しむには不十分です。 そこで在庫品のモトローラMPC650小信号トランジスタを使い、簡単なアンプを一段追加しました。 これで寝室でも十分な受信レベルが確保できました。 一方室外への漏れは問題とならないレベルです。 本当はきちんとローパスフィルタを入れるべきなのですが･･･。 このトランジスタはかなり無理な使い方をしていて結構温度が上がりますので、 そのうち逝っちゃいそう。 興味深いのは、アンテナチューナの調整で音質が変化すること。 チューナの役割はただ単に電波を強くするかどうかだけだと思っていたのですが･･･ 負荷が終段アンプの動作に影響するのか、 それとも回り込みの具合が変化するからなのか? いったんうまく調整できれば安定していい音が楽しめるのですが、 おき場所やアンテナ負荷が変わると音質が悪化することがあります。 キャリアバランスの調整もむずかしく、無調整で電源ポンで安定動作、という完成度には至っていません。 RN-2ボードはひとまず完成。 AMラジオで音楽を十分いい音で楽しめるし、パワーも適切。 あとで見栄えのいいアルミケースでもおごってやろう。 長い間音楽はプログレ専門だったのですが、 歳のせいか最近はスムース・ジャズをよく聴いたりします。 完成したRN-2ボードとAMラジオで KCSM のスタンダード・ジャズを聴いていると、 さながら雰囲気のいい喫茶店のようで、ラボで飲むモンカフェもまた格別･･･。 RN-2 パワーアンプ追加 2006年05月04日 ファイナルはえらくあっちっちになってしまうので少し絞りました。 RN-2 パワーアンプエミッタ抵抗追加 2006年05月31日 |
素人の設計です。笑わないでください。ベテランの先生方、どうかご指導をお願いいたします･･･。 |
