2017年6月24日土曜日

7MHz Receiver with Si5351 PLL VFO

 2016年5月にSi5351 PLL VFO カラーLCDの7MHz受信機をUPした。これがArduinoをスタートするきっかけとなった。お世話になっているKさん、JH8SSTさんの協力を得て製作したものである。この受信機ではSi5351というPLLクロックジェネレータをVFO及びキャリアオシレーターとして使用されている。またRFアンプ、ミキサー、検波にJーFETカスコードアンプを活用している。これらはN6QWが発表されているものを参考としている。VFOは彼の製作したものそのものである。非常に魅力的な技術が豊富に含まれている。
 暫く使用していたが、少しノイズが多いのが気になり知らべていたが、どうもロータリーエンコーダーを回していくとノイズが乗ってくる。
 Si5351は3周波が出力でき、今回VFOとキャリアOSCの2周波に活用している。VFOを可変したときSi5351からのキャリアOSCも同時に書き換えられているようだ。(同一周波数)キャリアなので変更する必要はないのであるが、プログラミングの都合であろうとあきらめていた。Si5351は1周波出力で使うしかないと思っていた。
 今回JA2GQPさんがSi5351のコントロールを検討し2周波でキャリアOSCにまったく影響しないプログラムを発表された。またLCDも小生のArduino VFO(Ver2)1.8inch仕様を手直ししていただけた。今回、これを基に受信機を改造することとした。
Before

 改造の要点は、

  • Si5351VFOコントロールを変更
  • LCDを1.44inchから1.8inchに変更
  • SSB検波回路をカスコードアンプからDBMに変更
ArduinoによるSi5351コントロール及びLCDの改良はJA2GQPさんにご尽力いただいた。詳しくはGQPさんのBLOGを参照願います。今回Si5351のコントロール変更がメインであるが、周波数のメモリー機能も追加されている。OFF時の周波数、モードでON時に立ち上がる。これはプログラミングのみで実現されている秀逸なものである。感謝 感謝
 主に2.2inchを多用してきたが、最近中華から入手が難しくなっている。まだいくらか入手しやすい1.8inchTFTを使用。画面も小生が発表しているVFO画面を基にしている。
 検波回路は、N6QWが発表されているFETカスコードを使用したものであるが、少々歪が気になっていた。今回Si5351のキャリアOSCの出力を最大値に設定して+11dBm程度確保できていることから、無難なパッシブDBMに変更した。これにより音質も安定した。
 尚、今回もVFO,キャリアOSC両方を送信機とのトランシーブ用に出力している。これら信号はトロイダルコイルを使用した2分配で出力している。これらもSi5351で強力な出力が得られたお陰である。このようにSi5351がAD9850DDS等と比べて少ない消費電力で強力な出力が得られ、さらに150Mhz位まで出力できることは大きなメリットとなる。
 アウトドア用トランシーバーやVHF関連機器にも活用が広がる。尚且つローコストで入手できることは非常にありがたい。
 参考に今回機会があったので、手持ちのキット受信機(BitX40,EFE-40)と聞き比べをしてみた。
 You Tube  Homebrew RX VS BitX40 VS EFE-40

 勿論回路構成が違うので比較にはならないであろうが、オリジナル受信機は色々変更し改良できるところが面白い。今後も更なる機能UPをしていきたい。
 尚、今回Arduinoにはアイテンドーの「あちゃんでいいの」を使用している。殆どATmega328単体で省スペース、ローコストになる。機能はArduino-UNOである。
 Arduino-VFOに関しては小生のBlogやJA2GQP氏のBLOGを参照願いたい。

73’s JA2NKD

After

Inside

Arduino & Si5351

back veiw
Schematic

2017年5月30日火曜日

BitX40 added DDS VFO

 BitXトランシーバーは世界中でベストセラーとなっているQRP SSBトランシーバーのようだ。ネット検索やYou Tubeでも多くがヒットする。もともとは20m(14MHz)のようであるが40mやマルチバンドへの改造も見けられる。Hendrick QRP-kits(現在Pasific Antennaという名前に変わっている)で今も販売されている。QRPerの方々には周知のことと思う。たまたまebayを見ていたらBitXの基板や部品が販売されており、40m対応基板もあった。そこで当然ポッチした。非常に格安であった。基板はVer3Bタイプである。
 最近ではVer4でチップ部品を使った完成基板が販売されている。これを購入すれば簡単にSSBトランシーバーが出来る。作ることが楽しいのであえて基板購入とした。
Front
暫く多忙で手付かずであったが、やっと製作にかかれた。どうせ作るのなら自分が作成したDDSVFOを組み合わせるのが良かろうとスタート。
 回路図等はNETで入手できると思うので省略している。製作過程で何箇所か改良する必要があったので、その内容を中心に書いている。

【回路の特徴】
 回路を見てみると非常に特徴のある回路だ。多くのキットがSA602,SA612といったICを多用しているのに比べ、BitXでは殆どがバイポラートランジスタで構成されている。AGCを除けばAFアンプのLM386だけがICである。
 その次に特徴的なのは、送受信用アンプを入出力逆にしてコンデンサーで接続し、切り替えはダイオードを通しコレクタに電源を供給している。回路の一部(Fig1)を載せておくので見ていただければ理解できると思う。これは入力容量と出力容量が合成されるので高い周波数では難しいと思われるが、14MHzあたりまでは問題なく動作させられるようだ。さらにトランジスタ増幅回路には同調回路が無く、コレクタ負荷は総て抵抗となっている。このことによる増幅度やイメージ混信等が気になるところである。出来上がりで評価したい。
 受信部の構成は、BPF+RF1段+ダイオードDBM+IFAMP+X'talフィルタ+IFAMP+SBM検波+AFプリアンプ+PAアンプとなっている。
 送信部は、マイクアンプ+SBM変調+RFアンプ+X'talフィルタ+RFアンプ+DBM+RFアンプ+RFアンプ+ドライバーアンプ+ファイナルアンプ+LPFとなっている。
Block

【製作&改良】
 製作の過程で幾つか問題が発生したため、オリジナルから変更している。

  1. BPF
     入力部分のバンドパスフィルタについてオリジナルではBitX20から変更する場合、100pF+27pFと指定している。この通りに製作したが同調点が無かった。コイルを測ってみると2.3uH~3.61uHであった。計算しなおすと161pFとなるので、100PF+68PFに変更した。(Fig.3)これでピークが現れた。これをスタガ同調調整でバンド内均一となるように調整した。-3dB帯域で380kHzとなった。この調整にはスペアナ等があると簡単である。しかしスペアナは高価である。小生作のRFアナライザーがお勧めである。是非製作してみてください。(宣伝 笑)
  2. AGC
     AGCはオリジナル回路を使用しているが、マニュアル通りAFボリュームの1次側から取り出すとどうもおかしくなる。どう調整してもうまく聞こえない。AGCへの入力レベルが強すぎる感じがした。そこで前段アンプのベースから取り出してみた。これによりどうにかうまくAGCが制御できるようになった。(Fig.4)AFによるAGC検出は初めてであり、尚且つIF1段のみの制御である。これには当初から予想されたことであるが、今一歩である。どうにか使用できる範囲に調整することが出来たが、超スーパーローカル局を受信すると完全にIFがOFFとなってしまう。やはりダイナミックレンジが取れていない。回路上致し方ない。そこでTOPにアッテネーターをつけようと思いスイッチを用意した。実際にはまだ付けていないが。
  3. マイクアンプ
     送信試験をしたところ、マイクゲインを上げていくと発振することが判明。高周波の回り込みではないようだが、原因不明。そこで、マイクアンプを2段から1段に変更したところ発振は収まった。ゲインも十分のようである。最新のBitX40Ver4では1段になっているところを見ると、同じような症状があったのかもしれない。(Fig.2)
  4. キャリア漏れ
     キャリアヌル調整をしたが、どうも今一。調整用ボリューム、トリマーはかなりクリティカルで完全なヌルには調整できなかった。エキサイター最終試験でも辛うじて-40dBであった。ここは見直しをしたいところであるが、大幅な改造となるので原回路のままとしている。
  5. DDS VFO
     オリジナルはLC発振のVFOでバリキャップで同調を取るようになっている。周波数が3MHzと低いのでそこそこの安定度にはなると思うが、ここは当初から小生作ArduinoコントロールのDDS VFOを採用することに決めていた。
     このVFOはDDS周波数=送受信周波数+キャリア周波数となっているが、BitX40ではDDS周波数=キャリア周波数ー送受信周波数であるため、スケッチ変更している。
     このTFTLCDにはSメーターも表示できるが、今回Sメーターはアナログメーターとした。特に意味はないが、何か受信している気分がいい。送信インジケータは表示させている。
     ここで少々厄介な周波数合わせが必要だ。X'talフィルタは10MHz水晶であるが、実際の中心周波数はこれになっていない。調べる必要が有る。これもRFアナライザー等で調べてみると、9996800Hzであった。従ってキャリア発振は9998300Hzとなる。この数値もスケッチに反映させてやらないと表示周波数がずれてしまう。
     実際には、綺麗に受信できるところにキャリア周波数を調整し、その周波数を測定し1500Hzずらせばフィルタ周波数が推測できる。この当たりが少々難しいところである。デジタル表示であるがゆえに難しくなっている。アナログVFOであればこの当たりは凡そでOKとなるところではあるが。
  6. LPF
     動作試験で出力が1W程度しか出てこないことから色々調べてみたが、最終的に出力のLPFがおかしいと判断。もともと20m用の設計を7MHzに変更するようにしているため無理があるようだ。これを設計しなおし付け替えたところ5W(口笛7W)出力できるようになった。(回路図は用意していないが、定K型LPF両端のコンデンサーは450pF(430pF+22pF)、中間900pF(820pF+82pF)、コイル1.1uH T50-2 15t))
Modify
Inside1

Inside2

【動作試験】
 どうにか受信送信とも正常動作になった。今回製作途中では結構手こずった。それだけに完成すれば嬉しいものである。
 AF-AGCはあまり期待していなかったが何とか実用範囲に調整できた。ただやはり強力な局に対しては飽和し音も歪が多くなる。強力な局にあわせると弱い局がさらに聞きにくくなる。ダイナミックレンジが狭いので致し方ないと思う。強力な局に対してはATTをTOPに付けるのがベターと思う。
 送信はローカルにワッチしてもらったが、特に問題ないとの事。マイクアンプを1段にしたので浅い変調になるかと思ったが、偶然にも丁度いいとの事で、安心した。1'th交信も無事できた。「5WQRP」と言いながら更新するのもいいものだ。逆Vダイポールで何処まで富んでくれるのだろうか。楽しみである。
受信試験の様子をYouTubeにUPしてある。

Hi,every homebrewer
I made BitX40 using Ver3B-PCB.
I did modify.
  1. BPF
    Original is 100pF+27pF. But It's not good. I used 100pF+68pF
  2. AGC
    Original is connected  from AF Volume to AGC-AMP . It's not so good.
    I connected from BASE of Q4(Fig.4)
  3. Mic AMP
    Mic AMP is large gain. It's too large. I omitted Q15.(Fig.2)
  4. Carrier null
     It's so difficult to setting.  I'd like to improve, but it isn't changed while being original.
  5. DDS VFO
    It's using Arduino controlled DDS VFO(Ver2).
    VFO(Ver2) is  DDS_frequency =target_frequency + carrier_frequency.
    BitX40 is  DDS_frequency=carrier_frequency - target_frequency.
    It's need to chenge sketch for arduino.
    If you need sketch for BitX40 then send email to me.
  6. LPF
    Original LPF is not good. I changed.
    Both side C=50pF(430pF+22pF)、center C 900pF(820pF+082pF)、coil 1.1uH T50-2 15t
       Receiving Test   YouTube

Thank you 
73's
Ryuu JA2NKD
  



 

2017年2月8日水曜日

RF Analyzer Case in (Ver.1.0)

前回紹介したRF Analyzerをケースに入れ、バグ取り等修正を行い、1号機として完成した。

Fig.1 OUT-1

【ハードウェア】
 ケースはTAKATIのYM180 (W:180,D:140,H:40)。 今回プロトタイプの基板をそのまま収容したためこの大きさとなった。専用基板を作ればさらに小型化が可能だ。現在いつもお世話になっているKさんがプリントパタンを作ってくれているので、これが出来上がれば、また紹介したい。

Fig.2 OUT-2

 内部は、プロトタイプでユニバーサル基板を使用して作った基板そのものである。左からDDS基板、中央は下部にArduino-nano基板、上にLCD用レベルコンバータ基板、右にAD8307ログアンプ基板である。パネル面に2.2inchTFT-LCD、スイッチ、ロータリーエンコーダー。

Fig.3 Inside1
 AD8307の入力部分にはパッチンコアをつけている。これでノイズフロアが-5dB以上下がった。電源コードにもメガネコアを取り付け外部からのノイズ防止としている。AD8307は広帯域且つ感度がいいので十分ノイズ対策が必要だ。この対策は試行錯誤で組み上げてから対策していくほか無い。

Fig.4 Inside2

【基本仕様】


 Hardware
  • MPU        Arduino-nano uno
  • DDS        AD9850
  • LogAMP   AD8307
 Software
  • Arduino IDE    1.6.12
  • Sketch       fra1_00.ino (My Download Site)
  • Schematics         RF_analyzer.jpg (My Download Site)
  • Libraries             ucglib.h
                             Rotaly.h


 測定機能

  1. Signal Generator        0 - 55.000.000MHz
  2. Power Meter      -60dBm - +17dBm
  3. Frequency Analyzer  F: 0-55MHz 0-30MHz ±1dB 30-55Mhz ±2dB
  4. Antenna Analyzer      F: 0-55MHz  SWR 1.002 - 17
校正機能

  1. DDS Adjustment       DDS Clock Adjust (125MHz)
  2. AD8307 Adjusment   AD8307 level Adust

【取説】

Fig.5 MENU
「MENU」
 電源を入れると右のメニュー画面が現れる。
 MENUスイッチを押すたびに下にスクロールするので希望の機能を選択し、ENTERスイッチを押す。
 選択されている機能は赤く表示されている。





Fig.6 SG

「Signal Generator」
 信号発生器でDDS(AD9850)からフィルターを通して出力している。
 出力可能周波数は0(停止)~55MHz。
 出力レベルは-9dB~-11dBm

 ロータリーエンコーダーを使用し希望周波数にあわせる。
 エンコーダーのSTEPは、← →矢印で10MHz-1Hzに変更する。



Fig.7 DDS OUT Level

 Fig7.はDDS出力レベルをFrequency Analyzerで見たものである。30Mhz位まで-1dB 55Mhzまで-2dB位の変化がある。これは内部のフィルターの影響が多いと思われる。ノーマライズすると良いのであるが、Arduino-nanoではメモリー等無理である。
 今後もう少し検討したい部分である。







Fig.8 Noise Floor

 Fig.8は、AD8307入力をオープンでそくていしたもので、ノイズフロアを示している。-65dBm位で広帯域入力としては上出来では無いだろうか。AD8307の上限が+17dBmなので82dBのダイナミックレンジとなる。








Fig.9 Power Meter

「Power Meter」
 -60dBm ~ +17dBmまで測定可能。合わせてmW,Vrms,dBuVに変換した値を表示する。
 AD8307直接入力なので、くれぐれもオーバー入力しないように、アッテネーター等を付けて測定することが望ましい。また低レベル測定の場合は、広帯域アンプを付加して測定する。






Fig.10 Freq Analyzer1

「Frequency Analyzer」
 MENUを選択するとFig10.のコンフィギュレーション画面が表示される。ここで測定したい周波数範囲(Start、Stop)を入力。
 ← →スイッチで1,2,3を選択しENTERを押すことにより周波数セット画面になるので、エンコーダーとSTEPで設定する。
3のRef setでリファレンスレベルを変更することが出来る。






Fig.11 Filter Analyze1

 Fig11は9.785MHzのCB用クリスタルフィルタを測定したもの
 周波数START 9.780000MHz STOP 9.790000MHzの10KHzSPAN
 DDS出力は直接入力
 帯域4Khzで、スカート部分で確認できるのは-55dB程度








Fig.12 Filter Analyze2 

 Fig12は、上記フィルタ試験で、DDS出力に10dBの広帯域アンプを付け測定したもの。ダイナミックレンジが増加しスカート部分も延びて見える。
 尚SPANを20KHzにしているので、細く表示される。
 レベルの最大最小マーカーも表示している。
 マーカーはSPAN100Khz以下の時に測定表示する。位置変更は出来ない。





FIG.13 LPF Anlyze

Fig13.は7MHz用のLPFを測定したもの。
周波数範囲は0~30MHz SPAN 3MHz/DEVなので9Mhzで落ち始めていることが判る。









Fig.14 Crystal Analyze

Fig14.は10Mhzのクリスタルを測定したもので、fs,fpが綺麗に表示されている。fs-fpは22Khz位であった。
精度はDDSの精度によるため、DDSクロックを下記にでてくる調整試験で調整することにより向上する。目安としては十分と思う。







Fig.15 Antnna Analyze1

「Antenna Analyzer」
 MENUで選択するとFrequency Analyzerと同じ周波数範囲設定コンフィグレーション画面が出てくるので周波数を設定し、再度MENUを押すことにより測定画面が出る。
測定にはリタンロスブリッジを使用している。測定方法は前節で紹介している。
 Fig.15は15Mhzダミーアンテナを接続したもので綺麗にディップしている。SWRは1.05と表示されている。




Fig.16 Antenna Analyze2

Fig.16は当局の21,28,50トライバンドビームをアナらイズしたもので
21,28は綺麗にディップしている。50Mhzは今一あっていないことがわかる。43Mhzのディップも気になる。オートチューナーをつかっているのであまり気にしていなかったが、再調整が必要だ。
中々便利である。
中央のグリーンの横線はTFTの故障であるので無視願いたい。








Fig.17 DDS ADJ

「DDS CLOCK Ajustment」
 DDSのクロックである125Mhzは正確で無い。
DDSから10Mhzが出力されるので、周波数カウンターに接続し10Mhzになるように125Mhzをロータリーエンコーダーで調整する。概ね高めのようである。調整には十分エージングしてから行うこと。





Fig.18 AD8307 ADJ
「AD8307 Ajustment」
 AD8307からdBmをログ変換した電圧が出力されている。その変化(傾き等)を自動調整する。AD8307にボリュームを付けて変更できるが、今回は自動化した。
 信頼できる信号発生器で最初に0dBmを入力する。その後ENTERキーを押し次に-50dBmを入力する。再度ENTERキー押すことにより計算されROMに記憶される。信号発生器が用意できない場合は、初期設定値のままで使用すること。





Fig.19 Comparison

 「比較」
  Fig.19は、NET Analyzer2種類とプロトタイプのRF Analyzerと波形比較をしたものである。ダイナミックレンジ以外はほぼ同じ様な波形が観測できている。



  今後の課題として、DDSの周波数範囲の拡大や、出力の平準化等を検討したいと考えています。レベルとしてはアナログテスターレベルだと思いますが、これでも十分自作には活用できると思います。ご意見、質問等があればコメントかメールを頂ければ幸いです。
いやーー Homebrew is very interesting ですね。

Hi,My Homebrew friends in the world

Sorry,My English is poor.
Many efforts are necessary to me to write it by English.
I'd like to write it by English in the future.
If there are questions, please write a comment or send a mail.

73's
JA2NKD Ryuu




















2017年1月29日日曜日

RF Analyzer (Prototype)

P.1 RF Analyzer
P.2 MENU
 アンテナアナライザーを作りたいと思い、色々調べていた。その過程であれもできる、これも出来るということで纏めて作りこめれば便利だなと思いRFアナライザーを作ってみた。まだ試作段階であるが一応使えそうなことから掲載することにした。
 アナライザーというとちょっと恥ずかしい。RF用のテスターといった位置づけである。当然高級な測定器には遠く及ばないが、調整試験には十分活用できると思う。
 この手の測定器としてはJF3HZB 上保さんのFRMSが有名である。これを参考にさせていただいた。

【回路】
 回路構成は、DDS(AD9850)、LogAMP(AD8307),Arduino-nanoの3ブロックで校正している。
DDSで発信した信号をDUT(測定物)を通しArduinoのアナログ入力で読み取り解析・表示を行う簡単なものである。表示はPC等を使わずTFTカラー液晶に表示している。FRMSのようにPCを使って解析表示を行えばさらに見やすく、分析もより深くできるが、今回はTFTに表示しスタンドアロンで使える簡便なものとした。(というよりPCのソフトは作れないので。。。)
 DDSは例によって中華製のボードを使用した。このボードには問題もあるが、簡便に使える。
ボード上のクリスタル発振器は3.3V使用であるが、5Vで使用しているため多くの消費電流を消費すると共にかなり熱くなる。また出力についているLPFの特性が良くなく、高域になるとかなり出力が下がってしまう。今回の目的から極力広範囲でフラットな出力でなければ制度が落ちてしまう。
今回は直接出力を使い外部にLPFを設けた。このフィルターが重要であるが、今回簡便にπ型定型フィルタとしたが、もう少し検討したほうがいいかもしれない。作りやすさを優先した。
 LogAMP(AD8307)は優秀なログアンプでかなり正確に検出してくれる。今回の部品で一番高価なものである。測定物から出力される信号をこれで、dBをリニアな電圧に変換して出力される。これをArduinoに送っている。
 Arduinoはnanoを使用しているが、unoでも問題なく動作する。アナログ測定をするので、基準電圧として定番のTL431シャントレギュレーターを使用し2.5VをAREF入力に供給している。TFT液晶は大きいほど見やすいが、コンパクトにしたいことから、2.2または2.4inchi 240x320のものを使用。
 最近2.2inch液晶が品薄になってきているような気がする。2.4inchのほうが入手しやすいかもしれない。TFTドライバーがILI9341であれば使用可能だ。
 今回は高性能のAD8307をつかっているので、アースやシールド等作りこみによってノイズレベルが変化することから十分注意して作る必要がある。


【仕様】
 メニュー画面にあるように4つのファンアクションと2つの調整機能がある。

P.3 Signal Generator
(1)信号発生器

  DDSの信号を周波数を指定して出力する。
  周波数範囲 0-55MHz 1HzSTEP
  出力レベル -6dBm(~30MHz)
   これ以上はすこしレベルが下がる(1-3dB)






P.4 RF meter

(2)RF電力計
  
  RF電力を測定
  測定範囲 -60~+10dBm
   これ以下を測定する場合は、外部に増幅器を付ける。
   以上の場合はアッテネーターを付ける。
   くれぐれもオーバードライブに注意
      参考にmW , Vrms , dBμv 換算表示させた



P.5 frequency Analyzer

(3)周波数レスポンス

  DDSからスキャン信号を出力し測定物(DUT)の周波数特性を測定する。
  右のクリスタルフィルタは、9.75MHzのCB用のもの
  スキャン幅 10KHz
 ダイナミックレンジがもう少し欲しいところである。
 DDS出力に10dBのアンプをつけるといい。




p.6 Crystal response

 右は水晶を測定
 スキャン幅 100KHz 最高最低のレベルと周波数を表示
 幅が100Khz以下の場合は最高最低を再度細かくスキャンし測定する。







P.7 Antenna Analyzer

(4)アンテナアナライザー
 15MHz擬似アンテナを測定
 基本は周波数アナライザーと同じであるが、SWRを計算し表示する。
 測定には外部にリタンロスブリッジを付けて測定








P.8 Return Ross Bridge
リタンロスによるアンテナ測定の接続










P.9 DDS Adjust

(5)DDSクロック周波数調整
  DDSの基準クロック125Mhzはずれがあるので、ここで調整する。DDS出力を周波数カウンタに接続し、125MHzを変更しカウンタが10Mhzとなるようにする。
 補正値はROMに記憶される。







P.10 AD8307 Ajust

(6)AD8307 調整
  AD8307の出力も回路や個体差で変わるので、正確な0dBmと-50dBmを入力することにより補正できるようにしてある。
 補正値はROMに記憶される。







P.11 Noise level
参考までにAD8307入力オープン時のノイズフロアレベルです。
-60dBm










回路図とスケッチはダウンロードサイト




Hi, This is JA2NKD

I made a simple measuring tool (RF Analyzer).
When homebrew Radio  it can be used conveniently.


Thin Analyzer has 6menu. (see P.1)

1) Signal Generator
    0-55MHz 1Hz STEP (0-30Mhz Output -6dBm. 55Mhz is about -3dBm down)

2) RF Power Meter
    -60dBm - +10dBm

3) Frequency Response
     0-55Mhz filter,Cristal check,etc

4) Antenna Analyzer
    Added return loss bridge outside. Measurd SWR

5) DDS Adjust
    DDS Clock Adjast. Data is written EEPROM.

6) AD8307 Adust
    AD8307 output level adjust. Data is written EEPROM.

Hardware
  AD9850 DDS , AD8307 Log Amp, Arduino nano,TFT-LCD

Schematics & Sketch is my downloadsite.

Thank you.

73's
JA2NKD








2017年1月11日水曜日

Experiment of Cascode Amplifire

 いつもお世話になっているJH8SST 八柳さんがCQ誌新年号に7Mhz Simpleceiver を発表された。シンプルな構成であるが、7MHzにおいては十分な性能を発揮している。回路図を見てみるとFETを使用したカスコードアンプが採用されている。回路はN6QW Peteさんが発表しているSimpleceiverである。PeteさんはJ310x2のカスコードアンプをRF-Amp、IF-Amp、Detecter等に使用した受信機を多く発表されている。以前お世話になっているKさんからN6QW Pete氏のArduino、TFT液晶、Si5351のVFO情報を教えて頂いたときに、このカスコードアンプに興味を持った。以後何回かこの回路を使ってきたが、非常に便利であることを痛感した。然しながらこのカスコードアンプの特性については詳しく調べていなかったので、改めて簡単に特性を調べてみた。
 最近では3SKタイプのFETも入手難であることからゲインコントロールやミキシングが出来る回路は大変助かる。






 ARRLの「Experimental Methods in RF Design」 ( W7ZOI氏 他 著)に幾つか回路が掲載されていたので、これを見本に実験を行った。



実験は上図を参考に以下の回路図の3通り行った。

Schematics
【Fig1】
 2SK125を2個使用した回路で入出力は非同調のトランスマッチングでコイルは共に20:4である。
回路のミソは、下段FETのソースにダイオードを4個直列にして回路全体を持ち上げていることである。これによりゲートの動作範囲を大きく出来る。
 コントロール電圧を変化させたときの最大、最小の周波数特性を以下に示す。

MAX
MIN
【Fig2】
 2SK125と2SC1815を使用した回路で、後はFig1と同じ
 コントロール電圧を変化させたときの最大、最小の周波数特性を以下に示す。

MAX
MIN
(注) VG2としているが2SC1815のVb

【Fig3】
 2SK125と2SC1815を使用し、入出力を同調コイル(狭帯域 50MHz)としたもの
 コントロール電圧を変化させたときの最大、最小の周波数特性を以下に示す。

MAX
MIN


 上記のような結果であった。Fig1,Fig2は入出力非同調であるが、広帯域とまでは行かなかった。これはコイルの特性等によるものと思われる。
 Fig2のFET+TRの場合のほうが帯域は多少広がっている。IF辺りに使用する場合にはどちらでもいいと思う。
 Fig3の狭帯域は予想通り十分な増幅度が確保できている。(50MHz)

【コントロール電圧】
 Fig1,Fig2においてコントロール電圧を変化させたときの増幅度変化を以下に示す。
 FET+FETは変化がリニアである。FET+TRはリニアではないが大きな変化量を確保できる。
 受信機のIFアンプ等に使用した場合、聴感がどうなるかは分からないが問題にはならないと思う。今後実験をしてみたい課題だ。
 FETの入手難を考えるとFET+TRを使用していきたいと思う。
 QST200712月号にW7ZOI,WA7MLH共著で「The Hybrid Cascode A General Purpuse AGC IF Amplifire」を掲載している。これを見ても問題は無いということだと思われる。

Control-V VS OUTPUT


【応用】
 このカスコードは、3SKタイプのFETのようなものであることから、当然であるが、周波数変換やSSB検波にも使用できる。現にN6QWさんはプロダクト検波に使用したSimpleceiverを発表されている。

 ゲート回路のダイオードであるが、シリコンダイオード4個なので0.6Vx4=2.4V近辺となるが、W7ZOIは4個だったり5個だったりしている。そこで発光ダイオード(2V位)を使用してみたが、多少変化量が少なくなるものの十分使用できた。流れる電流は最大で25mA位であったのでこれに耐えられる発光ダイオードであればいいと思う。変化量で明るさが変わりカラフルで楽しい。

FETであるが、原典はJ310である。2SK125はほぼ互換と言われている。これもディスコンで流通在庫分しかなくなってきているようだ。2SK192等でも実験したが、IDssが小さなものは変化量が十分取れない。AGC等で変化量を大きく取りたい場合はIDssが大きなものを選択する必要がある。
2SK125は入手が難しくなってきているが、J310はまだまだ入手が容易である。すこし在庫しておくのもいいだろう。

 昔からある回路テクニックであるが、あまり応用された例は見ない。もっと積極的に使われてもいいと思う回路だ。例えば、送信機のポストアンプに使って出力コントロールを行うとか、DDS出力の安定化ALC回路、RFアンプのゲインコントロール等、色々な回路に応用できる。

 今回はあまりきっちり試験をしていないので、こんな感じであると見ていただき、各自色々応用してみては如何。