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2011年10月11日火曜日

【部品】Improve the use of TA7358P -Part 1

TA7358Pの使い方を改良する
TA7358Pと言うIC
 いまでも普通に流通していて、手軽に使えるDBM-ICと言えば東芝のTA7358P/TA7358APくらいだろう。 APの方は製造プロセスの改良で、多少性能が良くなっているらしいが本質的にはどちらも同じものである。いずれも1個100円くらいで買える有難いICだ。(注:最近TA7358PG/APGと言う末尾G付きが登場している。これはRoHS対策品で、足ピンのメッキは異なるが性能は同じ)

 SN76514N、SN16913Pと言った使い易いDBM-ICが入手できなくなって、このTA7358P/APが自作ハムに注目されるようになった。 ところが赤のアンダーラインで示した部分がHAMの活用では問題になるのである。 これはこのICを使った人なら実感を持っておわかり頂けるだろう。

TA7358Pのブロック・ダイヤブラム
 シングル・インライン型9ピンのパッケージに、RFアンプ(1〜3ピン)、ダブル・バランスド・ミキサ(DBM)(4〜6ピン)、それに局発回路(7〜9ピン)がコンパクトに内蔵されている。

 少ないピン数で、FMラジオの入力回路部(フロントエンド部)が構成できる。 電源電圧も1.6〜6Vと幅広く、消費電流も少ないのでポータブルなFMラジオを作るのに最適にできている。

 このように、FMラジオ用に良くできており、「ミクサー出力のクランピング・ダイオード」も、FMラジオには有効な機能である。(それ用に作ったICなのだから当たり前だが) 放送局が近く非常に電波が強い時には効果的なのだ。クランプされてもFM波ならあまり支障はない。

TA7358P/APのDBM部分
 図の様に典型的なギルバート・セル形DBMになっている。 MC1496G/P(←関連ページにリンク)の時代から続く標準的な回路で、IC化するとバランスが良いのでキャリヤ・サプレッション(搬送波抑圧比)は良好である。

 特に、TA7358Pでは内部のデバイス特性が良く揃っていて、パターンレイアウトも良いためか、バランス調整なしでもかなり良好な性能が得られるようだ。

 ところが、図の赤で囲ったダイオード(=IC内部にある)が邪魔なのだ。このお陰で、DBMの出力振幅はダイオードの順方向電圧(約0.7V)を越えることができない。 DBM回路そのものは未だ十分リニヤな動作範囲にあるのに、ミキサー入力信号が大きくなるとダイオードのお陰で出力は歪んでしまうのだ。 以下の実測写真でその作用が良く見える。

 MC1496G/Pはもちろんのこと、SN76514NやSN16913Pをはじめ、SA602(=NE602)、SA612(=NE612)ではこのようなクランピング・ダイオードは入っていない。汎用に使うためには邪魔なダイオードである。 取ってしまいたいと誰しも思うが、ICの中にあるものを取る訳にも行かない。 「東芝さん、余計なことをしてくれましたね・・」とつぶやく自作HAMも多いのかもしれない。(笑)

TA7358Pの出力波形
 単純なDBMとして動作させてみた。 DSB信号なので、ツートーンと同じようなエンベロープになる。従って正弦波状のエンベロープになるはずだ、(キャリヤ周波数:1MHz、AF信号:1kHz、出力部はRFC負荷で非同調)

 しかし、出力部分のダイオードのお陰で物のみごとに1.4Vppでクランプ(クリップ)されている。 我々のアプリケーションのように、振幅に意味がある信号を扱うには注意が必要なのだ。 歪みなく使うためには、このDBM回路から1.4Vpp以上の信号を取り出しては旨くない。(注記:ダイオードの片側は電源電圧に固定さている。電源電圧を起点に+0.7Vと-0.7Vでクランプされるためp-p値では1.4Vとなる。2011.10.13)

 しかし、そうすると応用には制限が生じてしまう。 SSBやAMと言った振幅変調系の信号を扱う受信機では、かなり入力信号を絞って使う設計にしなくてはならない。 それでも突発的に強い信号がミキサーに加われば、感度抑圧現象や相互変調歪みが発生してしまうことになる。 ちょっと気の利いた設計の受信機には使えないICだ。

 SSBジェネレータに使うにも、音声信号の振幅を良く管理しなくてはならない。 そうしないとコンプレッサが掛かったような、「音声ピークが抑えられたSSB信号」になってしまう。  一見トークパワーが上がって良さそうに感じるかもしれないが、単純に音声ピークが抑えられるだけではない。 音声は複合信号なので、信号相互の相互変調歪み成分が音声帯域内にも発生してしまう。 音が濁って発生させたSSBの音質を害してしまうのだ。 そうかと言って、音声信号を抑えて使うと、キャリヤ・サプレッションで損をするし、S/Nも悪くなるのでSSBジェネレータに使うにも不利である。

 結局、このように見て行くとTA7358P/APは、「所詮FMラジオのフロント・エンドなのだ」と割り切って使うことになってしまう。 ずいぶん前に生産中止のSN76514NやSN16913Pをいまだに探す人があったり、外付け部品が多くて少々使いにくいMC1496G/Pを使い続ける人がいるのもうなずける。(JRC製のセカンドソース:NJM1496D/M/Vが生産中)

TA7358P/APの使い方を工夫する
 これが今夜のBlogのテーマ、「使い方の工夫」で実現したときのDSB信号の写真である。 上記と同じ信号を与えている。オシロの目盛は同じになっている。 一目瞭然、約13Vppの信号を取り出しているがオシロで見た範囲では目立った歪みは見えない。(キャリヤ周波数:1MHz、AF信号:1kHz、出力部はRFC負荷で非同調)

 内部回路図にあった、クランピング・ダイオードで制限されないようにTA7358Pを使っている。 もちろん、入力を増やして行けばやがて歪むが、その歪みはクランピング・ダイオードの作用ではない。 他のDBM-ICと同じように有限の電源電圧や回路電流によって起こる飽和現象の為である。

 TA7358Pの内蔵ダイオードを外から焼き切って「無き物」にしてしまった訳ではない。 もちろん、ICは定格電源電圧の範囲内で使っている。 何ら無理な使い方はしていない。 このようにクランピング・ダイオードを気にすること無く他のDBM-ICと同じように使えるようになった。

            ☆ ☆ ☆ ☆ ☆

 最近,オークションで纏めて落札したと言うTA7358Pを安価に分譲して頂く機会があった。 以前から安価に流通していることはわかっていたが、上記の問題があって活用が制限されると感じていた。 これまでは手を出さずにいたが、折角のICを無駄にするのも勿体ない。 何とか改善できないものだろうか。様々考えてみた。

 良さそうなアイディアが纏まって来たところで三連休の最後に試す時間を取ることができた。 実験を始めて、考えそのものは良かったのだがTA7358Pには別のクセがあって、それがワルサをして少々トラブってしまった。 結局、写真ような奇麗な波形が得られてアイディアは有効だとわかった次第。これでもうちょっと有意義な三連休にすることができた。 今日は神社に参拝して来たのが良かったのかも。(爆)

 TA7358Pのクセの問題も合わせて、具体的なHF帯受信機のフロント・エンドやSSBジェネレータの試作が進んで来たら成果を含めて詳細をBlogにしたいと思う。 de JA9TTT/1

(つづく)←気が向いたら

参考:TA7358Pの使い方一般に関しては、JG3ADQ永井さんのSiteに詳しい。

25 件のコメント:

JH9JBI/1 やまもと さんのコメント...

呼ばれて参りました(笑)。
13Vppとはさすがです。TA7358の場合、クリッピングダイオードの問題に加えて低消費電力にする為に電流が1 mA程度しか流れていないのも面倒なところだと感じていました。TA7358で完結させて増幅部を使用するにも基本はベース接地で、ここも1 mA程度なので回路に工夫がいるのだろうかと考えていましたので。

JE6LVE/Takahashi さんのコメント...

おはようございます。
TA7358APにクリップダイオードが入っていることには気付きませんでした。^^;

ちょっと検索してみましたが、このDiの事を書いてあるサイトはほとんど無いようですね。
どうやって影響を無くしたのか興味津々です。
SN16913Pなどの汎用DBM ICはやはり使いやすいのですね。

JO3DTY/やまもと さんのコメント...

おはようございます。

TA7358Pにダイオードが入っているのは知りませんでした。
大阪ではTA7358Pを販売しているところがあまりないのでSA612/NE612です。

改良方法はベース接地のアンプを追加してカスコード接続のようにするに一票です。

TTT/hiro さんのコメント...

JH9JBI/1 山本さん、こんばんは。 TA7358Pを有効に活用したいと思っています。

さっそくのコメント有難うございます。
> ダイオードの問題に加えて低消費電力にする為に・・・
その問題もありますね。 使ってみてすぐに気付きました。これも使い方で解消したいので、この先実験したいと思っています。

> ここも1 mA程度なので回路に工夫がいるのだろうかと・・
前段のRFアンプ部分のことですね。 この部分の扱いですが、ゲインも低いのでRFアンプと言うより局発もれ防止くらいの意味に感じます。 性能も良くないので積極的に使う必要は無いようです。RFアンプやマイクアンプは別に置いて、ここは遊ばせても良いと感じます。

使い方の工夫で改善できそうなので、活用範囲が広がったと感じます。

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/3 高橋さん、こんばんは。

朝早くのコメント有難うございます。
> ダイオードが入っていることには気付きませんでした。
使った人のあいだでは、前から話題になっていたと思います。このダイオードが面倒なのでなるべく避けて来たような訳で・・・。(笑)

> 書いてあるサイトはほとんど無いようですね。
取り除ける訳でもないので諦めて使っているのでしょうか。仕方ないので、ソレは当然ある物として活用されているのでしょうね。TA7358Pを使う上で、一種の常識なのかも・・。

> 汎用DBM ICはやはり使いやすいのですね。
汎用DBM-ICも沢山お持ちですから、有るうちはそちらをお使いになる方が有利です。 TA7358Pは積極的に使うと言うより、無い場合の代替手段なのでしょうね。

TTT/hiro さんのコメント...

JO3DTY 山本さん、こんばんは。 お久しぶりでした。

コメント有難うございます。
> 大阪ではTA7358Pを販売しているところがあまりない・・
秋葉原では、かなり前から千石で100円だったと思います。通販のサトー電気にもあるのでポピュラーですね。 最近はオークションにも良く登場しているらしいです。東芝だけでなく台湾メーカーの同等品もあるようです。

> ・・・のようにするに一票です。
ICですから内部回路はいじれませんし、引き出されたピンも限られています。実現可能な選択肢は限られてしまうでしょうね。(笑)

JG6DFK さんのコメント...

こんばんは。アナログ系デバイスを取り上げた記事だと皆さん食いつきがいいですね。Hi.

もう7年くらい前になると思いますが、DFX-601という6m SSB/CW機のプロダクト検波段にTA7358を採用しました。その際、私も「ある手」を使ってクランピングダイオードの呪縛から逃れました。

実は、一時期そのノウハウを自サイトに公開してあったのですが、今はすべて始末したので、もうどこを探してもないと思います。

それはさておき、加藤さんの方法がどのようなものか、続編を楽しみにしています。

皮肉な話ですが、今はむしろミキサ出力にクランピングダイオードがないと困るユニットを設計しています。

TTT/hiro さんのコメント...

JG6DFK/1 児玉さん、こんばんは。

コメント有難うございます。
> アナログ・・・だと皆さん食いつきがいいですね。
マイコン関係にご興味を持つのはごく少数のお方らしいですね。HAM用通信機は基本的にアナログだからでしょう。

> もう7年くらい前になると思いますが・・・
以前は他のDBM-ICがあったので、あまり注目されていませんでした。児玉さんのように随分前から使用例はあったようです。実際、使ってみるとあのダイオードは邪魔ですよね。(笑)

> ミキサ出力にクランピングダイオードがないと困る・・
IFフィルタを過剰ドライブしないように、リミッタを内蔵した受信機もプロ用で見ました。 目的は同じですが、もっとハイレベルの所で制限が働くようでした。

目的によっては便利でも、他に流用するには邪魔なことって結構あるものです。(笑)

jn3xby@岩永 さんのコメント...

こんばんは。もう数年前ですが、当局もTA7538をバラモジに使おうと実験して、写真のようなクリップで振幅が取れず投げてありました。
今回、安いのでまた使ってみようかな?!と思っていたわけですが、加藤さんの続編を待ってからにしたいと思います。
当局は、自分自身での解決策を持っていませんので(^¥^;
よろしくお願いします。
その間になんとか、DDS基板を発注できればと思っております。

TTT/hiro さんのコメント...

JN3XBY 岩永さん、こんばんは。

コメント有難うございます。
> 写真のようなクリップで振幅が取れず・・・
クリッピング・ダイオードが「有効」に働くようですので、少し出力振幅を欲張るとクリップしてしまいますね。(笑)

> 今回、安いのでまた使ってみようかな?!と・・・
DBM内蔵で入手容易で安価なICと言えば、TA7358P/APが一番でしょうね。 それで最近これを使う例が多いように感じてました。 出力振幅があまり取れないので皆さんどうしているのか気になっていたのです。

> 続編を待ってからにしたいと思います。
スミマセン。もう少々お待ち下さい。所用ができてしまいましたので・・・お時間を。

> その間になんとか、DDS基板を発注できればと・・
その間に、ぜひこちらの方を進めておかれて下さい。(笑) FBな基板ができそうですね。

j さんのコメント...

こんにちは。
私の場合は、ダイオードの焼損実験をした事があります。
でも理由は不明ですが焼き切れず、そのままデッドストックになっています。
これが使えると優良ストックに大昇格しますので、楽しみにしています。

JE1UCI/冨川 さんのコメント...

なぜかjさんになってしまいました。
私のせいです・・

TTT/hiro さんのコメント...

JE1UCI 冨川さん、こんばんは。 昨日今日と暖かですがそちらは如何でしょうか?

コメント有難うございます。
> jさんになってしまいました。
googleのアカウントでログインされますと、お名前は自動的に入るのですが・・・。「jさん」のままだったらどうしようか迷ってしまいました。(笑)

> ダイオードの焼損実験をした事があります。
実際、使ってみますと誰しも「取ってしまいたい」衝動に駆られますよね。 コレが無ければとても良いのに・・・。

> デッドストックが・・優良ストックに大昇格・・・
週末には周辺回路の部品を極力増やさぬ方法で検討していました。概ね良さそうなので性能の評価中です。 幾つか課題もありそうですが、活用できる範囲は広くなると思ってます。 お休みの日にしかできませんので、もう少々お待ちを。

JR8LJS/1_豊川 さんのコメント...

加藤さん、こんばんは。 初めて書き込みします。

このICの番号には記憶が無かったのですが
データーシートを見て思い出しました。
秋葉原で見かけたのですがFMフロントエンドの
石なので、たいした興味をそそられず購入には
至りませんでした。(6mのトップに使えるかな、
、、とは思いましたが)

ミキサー部分に注目するとは流石ですね。 
続編を楽しみにしております。

TTT/hiro さんのコメント...

JR8LJS/1 豊川さん、こんばんは。 ここでは初めてですね。 どうぞ宜しく。

> データーシートを見て思い出しました。
他のメーカーにも類似のFMフロンとエンド用ICは有るようなのですが、入手容易なのはこのICくらいですね。

> 6mのトップに使えるかな、、、とは・・・
6m機を自作している人もいるようです。 ベース接地のRFアンプは局発の漏洩防止用なので、もっと良いアンプを外付けしてやる方が良さそうです。

ミキサー部分ですが、データシートの記述を見ると気になりますよねえ。 使ってみると旨くないことがすぐわかります。(笑)

高野 さんのコメント...

はじめまして。
TA7358PにVXOの20MHzと12.96MHzを入力して、7MHzの出力を得る回路を実験していますが、7MHzの他に14,21,28MHzが強力に出てきます。オシロスコープがないので詳しくは分からないのですが、出力が飽和して方形波のようになって高調波成分がたっぷりになっているのかなと思っています。バンドパスフィルターを通せば解決でしょうが、その前に飽和させずに振幅を大きくする方法はないかと模索しているうちに、こちらのブログにたどり着きました。
TTT/hiroさんの実験、その後の進展はいかがですか?
続編PART2を期待しています。

TTT/hiro さんのコメント...

高野さん、こんにちは。

コメント有難うございます。
> 7MHzの他に14,21,28MHzが強力に出てきます。
信号の大きさがわかりませんが、おそらくミキサーの出力部で信号がクリップしているのでしょう。それで高調波が出るのでしょうね。

> バンドパスフィルターを通せば解決でしょう・・・
ミキサータイプのVXOのようですから、BPFを入れてやれば解決できますね。SSBジェネレータだと混変調歪みが除去できないのでBPFでもダメですがVXOなら単一信号ですから良いでしょう。

> その後の進展はいかがですか?
実験は済んでいるのですが、公開するかは思案中です。公開をお待たせしても申し訳ないのでBPFを入れる方法で製作されて下さい。

高野/JA8CXX さんのコメント...

TTT/hiroさん、Reありがとうございました。
実は、RNRさんの「手作りトランシーバ入門」を参考にしてQRP/CWのTXを試作しているのですが、自分なりにアレンジしているので失敗続きです。Hi。
MIXOUTのクランプダイオードはVccに接続されているので、6番ピンの電圧は5V近くまでは出るような気もするのですが...。
7MHzと21MHzのストレートVXO CW/QRP1WでONAIRしていますが、若干負荷の影響を受けるため、周波数混合タイプのTXを実験中です。
HPE TO CU ONAIR SOMEDAY!

TTT/hiro さんのコメント...

JA8CXX 高野さん、こんばんは。

再度のコメント有難うございます。
> アレンジしているので失敗続きです。Hi。
オリジナリティも自作の大切な部分ですね。失敗も良い思い出になりますからお楽しみになって下さい。

> 5V近くまでは出るような気もする・・・
出力トランジスタのコレクタはダイオードを通して電源電圧に拘束されています。 なので、電源電圧の上下約0.7Vずつしか動けないのです。振幅では1.4Vppですね。

> 周波数混合タイプのTXを実験中です。
プリミクス・VFOと同じ考えですね。 送信周波数とVFOの発振周波数が異なると回り込みによる引き込み現象は無いのでだいぶ有利だと思います。

またお気軽にコメントお願いします。
お空でお会いできますこと楽しみにしております。

JA8CXX/高野 さんのコメント...

TTT/hiroさん、解説ありがとうございました。
目から鱗が落ちました。クリップ回路とクランプ回路を混同して、おかしなことを考えてしまいました。
CQ誌のコイル自作の記事も参考にさせていただいて、BPFを試してみます。

TTT/hiro さんのコメント...

JA8CXX 高野さん、おはようございます。

ダイオードの順方向電圧2つ分の振幅に抑制されるように作られたICですから使いにくいのはやむを得ませんね。

CQ記事をご覧頂き有難うございます。
FBなトランシーバを製作されてれて下さい。

JR2WZQ 河野 さんのコメント...

今更のコメントなのですが、失礼します。

解決法がわかった気がします。
外付けで特性の揃った2個のPNP型トランジスタを使ってやればうまく行きそうに思えました。
しかし、高周波特性が良さそうなPNP型となると、品種が限られていて、入手がやや困難なように思えます。
例えば、2SA1015(それを小型化した2SA1048なんかの方が熱結合が楽そうですが)では能力不足のような気がするものですから。

TTT/hiro さんのコメント...

JR2WZQ 河野さん、おはようございます。 本格的な秋を感じるようになりましたね。 今朝も晴天です。

いつもコメント有り難うございます。
> 今更のコメントなのですが・・・
コメントは何時頂いても支障はありませんが、Blog公開から14日を過ぎると自動的に公開されなくなります。すぐに表示されないのでご心配されるかと思います。 その点をご了解頂ければどんなに古いBlogへのコメントも大歓迎です。 コメント頂いたことはBlogオーナーにはわかりますので。

> 2個のPNP型トランジスタを使ってやればうまく行きそうに・・・
このBlogの解決策は今でも気になっているお方も多いようです。 お考え頂いてどうも有り難うございます。 残念ですが河野さんの方法は具体的にどんな回路にするのかイメージできませんでした。 でも旨く行くかも知れませんね。 何時かご自身で実験され、旨く行くようでしたらお教えください。楽しみにしております。

> 高周波特性が良さそうなPNP型・・・
最近はリード線付きのトランジスタは品種が限られてきました。 PNP型でfTが1GHzを超える物も幾らか存在します。 あまり使うことはないかも知れませんが2SA1459などがあります。 PNPのRF用は確かに品種は限られますね。 殆どニーズが無いのでしょう。

> ・・・では能力不足のような気がするものですから。
高周波なので・・・と言う意味だろうと思います。 TA7358Pをバラモジに使うのでしたら周波数も数MHzでしょうから汎用のTrでも大丈夫だろうと思います。 本来の用途のFM帯で使うのでしたら汎用品よりもっとRF向きの方が良いでしょうね。

私の方の実験は十分済んでいます。幾つかのバリエーションを含めて答えはできています。しかし今の時代、不特定多数が閲覧するネット上に何も彼も公開する意義を感じられなくなっております。従って続編は予定していません。ごめんなさいね。

どうしても気になるようでしたらお会いした時にでもご質問ください。(笑)

JR2WZQ河野 さんのコメント...

お返事ありがとうございました。

TA7358Pの6番端子と電源の間にPNP型トランジスタのカレントミラーを入れてやれば良いのではないかと思いました。
カレントミラーというと熱結合を思い浮かべてしまったのですが、ここでは特に気にすることもないかと思いました。
カレントミラーを入れても、そのトランジスタのベース=エミッタ間の電圧が0.7V程度になるので、9番端子にも電源との間にシリコンダイオードを入れてやったらいいのか、と。
数MHzなら2SA1015あたりでも問題無いでしょうが、50MHz程度を考えると、さずがにちょっとキツいかな、と思いました。
2SA1459は全く知りませんでしたが、fTが高くて、しかもリード電極なので、面白そうだと思いました。全くノーチェックでした。
熱結合にこだわらなければTO-92でも全く問題ありませんので、手持ちの2SA1005あたりでやってみようかと思います。

出張の日程が合えば、また秋葉原のQRP懇親会にもお邪魔したいと思います。
その時はまたよろしくお願いいたします。

そういえば、以前秋葉原のQRP懇親会にお邪魔したときに、TA7358Pをいくつか分けていただいたのを今になって思い出したのでした。
どなたから分けていただいたのか思い出せなくて申し訳ありません。

TTT/hiro さんのコメント...

JR2WZQ 河野さん、こんばんは。

再度のコメント有り難うございます。
> カレントミラーを入れてやれば良いのではないかと・・・
なるほど・・・そう言う使い方ですか。 TA7358Pは片側の出力端子が電源ピンと共有になっているのでやり難いところがありますね。 そうは言ってもどうにもならないのですが。(爆)

> 50MHz程度を考えると、さずがにちょっとキツい・・・
シリコンTrでは一般にPNPの周波数特性は良くないです。 2SC1815でもギリギリなので50MHzともなると2SA1015では厳しいでしょうね。hi hi

2SA1459は主な用途がスイッチング用となっていますがRFでもまずまず使えます。 100MHzあたりでも楽々ですが耐圧は少し低い感じですね。 滅多に使いませんが何本か持っています。(笑)

> TA7358Pをいくつか分けていただいた・・・
たぶん、JH9JBI/1山本さんではないかと思います。 以前、私も頂きましたので・・・。 死蔵状態で申し訳なく思っています。

また何時か秋葉原・懇親会でお会いできるのを楽しみにしています。 名古屋のミーティングも興味があるのですが、なかなか都合がつきません。