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2014年10月15日水曜日

【部品】DBM Chip vintage, TA7310P

【年代物のDBM-IC:TA7310Pの試用】
【TA7310Pとは】
 TA7310Pは簡単な発振回路とRFアンプ、そして主役のダブル・バランス型ミキサを集積したICです。 かなり年代物のICですが、今でも比較的入手し易いようです。 時折オークションにも登場するようですから未だ市場在庫(引出し在庫?)が存在するのでしょう。 外観から見て新旧があって比較的遅くまで生産されていた様子がうかがえます。 本来とは別の新たな用途が生まれていたのかも知れません。

 本来の用途・目的はPLL型周波数シンセサイザのミキサ回路用です。 1970年代のはじめ米国でCBトランシーバが爆発的なブームになりました。その殆どは日本からの輸出品だったのです。 27MHz帯の車載用トランシーバで、出力4WのAM機(のちにSSBも)で多チャンネル型(23ch、のちに40ch)でした。 初期の輸出用CB機は僅か5チャンネルしかなくて各チャネル分の水晶発振子を並べた単純な形式でした。

 やがて長距離トラックドライバーの間で人気が沸騰し(米国では)ニーズに応え徐々に多チャンネル化して行きました。 しかし多チャンネル化すると水晶発振子が各チャネルあたり送受で2個ずつ必要なためコストが掛かります。 その結果、水晶発振子を減らす研究開発が精力的に進められました。その最終的な答えがPLL周波数シンセサイザでした。

 PLL周波数シンセサイザは古くからある技術ですが、専用ICができるまではあまり一般化しませんでした。 ECL-ICあるいはTTL-ICと言った汎用ロジックICを並べたのでは10個以上のICチップが必要です。しかも特殊なICが多くてコスト低減にはならなかったのです。
 しかしC-MOS ICでカバーできる回路部分を極力LSI化してやることでCBトランシーバのPLL化が進められました。 生産台数が膨大でしたから専用ICの開発も進んだのでしょう。

TA7310Pの使用例
 TA7310Pは当時のC-MOSでは扱えなかった20〜40MHzと言った高い周波数を2MHz以下の扱える周波数へと周波数変換する目的に使われました。

 トランジスタを使ったシンプルなミキサ回路ではスプリアスの除去が困難だったので二重平衡型ミキサを採用して回路の簡略化を図っているのが特徴でしょう。(左図は東芝の技術資料より引用。10.7MHz帯のフィルタを使うSSB機用のPLL回路です)

 本来はPLL回路用のTA7310Pですが、DBM+OSC+RF AmpというアナログなICですから受信機のミキサ回路やSSB/CW検波回路にも使うことができました。 あまり活用例は見ませんが、SSB送信のバラモジ回路にも使えます。

                   ☆

 CB無線機の輸出ブームも一瞬のバブルでした。バブルが崩壊したのはFCCによる規制強化の影響もありそうですが、実際には膨大な輸出によって市場が飽和してしまったからではないでしょうか。最盛期には猫も杓子もと言った感じで中小電気メーカーがこぞって輸出していたからです。 ブームは突然去って余剰部品が秋葉原へ流出するようになりました。 そのころ買い求めたTA7310Pや、頂き物が長いあいだ引出し在庫されて眠っています。 そろそろ試用して感触を掴んで在庫を消費したいものです。 例によってこのBlogは自分用の実験メモです。 以下、もしお暇なようならお付き合い下さい。 活用のアイディアなどお持ちでしたらコメントをどうぞ。

                    −・・・−

【評価する回路】
 TA7310Pのメインは二重平衡型ミキサ(以下、DBMと略)ですが、発振回路部分を使わないと使えない設計になっています。 発振回路とDBMの間が内部でC結合されているからです。 RFアンプ部分は完全に独立していますから別途検討するとして、主役のDBM(+発振回路)の活用を検討してみましょう。

 単純な周波数変換に使えるのは勿論ですが、シビアな性能が要求されるSSB送信機のバラモジ(バランスド・モジュレータ:平衡変調器)はどうでしょう? 旨く使えるなら用途も広がります。 内部回路の考察では、HF帯用にできているように見えますが低い周波数、例えば455kHzでも使えるなら面白いです。

 そのような考えから、455kHzのバラモジで検討してみました。 なお、発振回路はセラミック発振子(村田製作所の商品名;セラロック)を使ってみます。 外付け部品の定数を選んでやれば水晶発振子でなくても発振できます。 工夫すればVXO回路とかの応用も可能です。

参考:村田製作所はセラロックの型番付与方法を変更しています。旧CSB455Eは図のような長い型番になっています。この回路にはもちろん従来のCSB455Eも使えます。

【試作風景】
 例によってブレッドボードで試作です。 周波数が低いこともあり特に問題は起こりませんでしたが、このブレッドボードは底面に金属板(正確に言えば片面プリント基板)が貼ってあります。 銅箔面をアース電位にすることで高周波用の適性を高めています。

 左のオレンジ色の角形部品が455kHzのセラミック発振子(セラロック)です。 簡略実験のため、周波数調整用のトリマコンデンサ(C3)は固定コンデンサで代用します。 実際に作る際にはSSBフィルタに合わせたキャリアポイントの調整が必要なのでトリマ・コンデンサを使います。 455kHzの水晶発振子と違って455kHzのセラロックは周波数調整範囲が広いので容易に調整できます。
 バラモジの出力に付けたコイルはトランジスタ・ラジオ用のIFTです。 ここでは白いコアの段間用を使いましたが455kHz用なら何でも良いでしょう。 DBM側はインピーダンスが低めなのでタップ付きIFTが望ましいです。

【DSB信号】
 低周波入力端子J1-J2(AF Input)に約1kHzの正弦波を与えて測定しています。1kHzは570mV(pp)を与えました。 出力は約3Vppで、まずまずなDSB波形と思います。

 キャリヤ・バランス調整(VR1)は必須です。 無調整ではキャリヤ・サプレッション(搬送波抑圧比)は30dBもとれないくらいでした。 ミキサ回路なら大丈夫かもしれませんが、バラモジには不十分です。 かならずバランス調整を設ける必要があります。 ややクリチカルなのでR2(10kΩ)はもっと大きくした方が調整が容易でしょう。22kか33kΩが適当なところでしょうか。

【DSB信号:飽和】
 過大入力で飽和してしまった状態です。 こうなるずっと手前からIMDは悪化しています。 もっと低い出力範囲で使うべきです。 上図のように3Vppくらいまでが適当かと思います。

 なお、ここで3Vppと言うのは、使っているIFTのインピーダンスや巻き数比も関係しますから普遍的な数字ではありません。 部品が違えば値も異なってきます。 実際にはオシロやスペアナで観測しながら最大信号レベルを見極めて使います。

 内部回路から見て 455kHzではどうなのかと思っていました。 思ったよりも良さそうなのは収穫でした。 この程度ならシビアでない用途には十分使えそうです。

                    −・・・−


【内部等価回路】
 なぜ内部等価回路を参照するのかと言えば、使う上で少々気になる部分があるからです。 左側で発振部と中央のDBM部分の間をC1と言うコンデンサが繋いでいるのがわかるでしょう。

 このコンデンサはおそらく数pFしかありません。大きく見積もっても10pFほどでしょう。 従って、低い周波数で使うには小さすぎるのです。 流石に数10kHzと言ったキャリヤ周波数で使おうとは思いませんが、せめて下は455kHzあたりまで使いたいものです。 そのような意図で上記のテストをしました。 このC1の部分で455kHzの減衰が起こっている筈ですが、DBMの動作に支障はない程度のようなので旨く使えることがわかりました。 数個交換してみましたが同じようなのでバラツキがあっても大丈夫だと思います。 周波数の高い方は50MHzあたりまでが無難なところと言った感じでしょうか。


【セラミック発振子のトランジスタ発振回路】
 セラミック発振子を使った発振回路と言えば、C-MOSインバータ回路を使うものがほとんどです。 しかしトランジスタでも発振回路は作れます。

 TA7310Pを使うにあたってもう一つ検討しておきたいと思ったのは455kHzのセラミック発振子(セラロック)で発振できるかと言うことでした。

 セラミック発振子メーカの資料で左図のような発振回路を見つけました。さっそくTA7310Pの発振回路部分に適用してみました。 これは非常に旨く発振してくれて周波数調整も十分可能なので455kHzの標準用法にしておきたいと思います。

 この発振回路は簡易な受信機に付加するBFOにも向いています。 LC発振のBFOよりも周波数はずっと安定で、少なくとも10倍は良いはずです。(水晶発振にはかないませんが)

【発振波形】
 水晶発振を含めて、こうした回路の発振波形はあまり奇麗なものではありません。写真はPin3の発振モニタ端子を観測したものです。4Vpp以上の発振振幅があります。

 正帰還量を加減すれば奇麗な正弦波に近付けることもできますが、今度は発振スタートしにくくなってきます。 従ってこの種の無調整発振回路では確実な発振起動を優先し発振波形の歪みはある程度やむを得ないと考えるべきでしょう。

 ただし波形歪みとIC内部のC1の容量小さい言うことは考慮すべきです。 C1のリアクタンスは周波数の上昇とともに小さくなり、ロスも減ってきます。 従って455kHzあたりで使うとミキサ部にはその高調波がかなり加わると考えるべきです。 これはスプリアスの原因になるのでDBMから出て行かないようにきちんとしたフィルタを設けねばなりません。

 バラモジの後がSSB用の 狭帯域フィルタならたいてい支障ないのでフィルタ式のSSBジェネレータなら神経質にならずとも良いでしょう。 しかしPSN式の場合はそうは行かないので十分注意を要します。 TA7310Pはもっと高い周波数(数MHz以上)で使う方が有利なのです。

                    ☆

 TA7310Pはバラモジにはやや使いにくいので敬遠され気味かも知れません。 姉妹品のTA7320Pの方が使い易いのは確かです。 しかし実際に確認しておけばどの程度までカバーできるか判断も可能になります。 これからの活用も有利になるわけです。 意外に広範囲に使えそうな感触が得られたのは収穫でした。 昨今は使い易い DBM-ICも限られてきました。手持ちのTA7310Pも自作に活用したいものです。

                   ☆ ☆

 TA7310Pを試して感じたのはやはり数世代も前のDBMだと言うことです。 電源電圧は標準の7V以上は確実に掛けたいと思います。できたら規格いっぱいの10Vが良いでしょう。低い電源電圧には向きません。 また消費電流が大きいのも欠点と言えます。この部分だけで30mAも消費するのはあまり頂けません。どちらかと言えば電池電源の機械には向かないICです。
 持っているなら死蔵ではなく活用すべきですが、あえて探して(買って)使うほどの価値は無さそうです。 残念ながら DBM-ICはその大半が姿を消しました。ですから今ではDiode-DBM(←リンク)が一番のお薦めです。既製品も入手容易です。 de JA9TTT/1

(おわり)

改:2017.05.11

8 件のコメント:

T.Takahashi JE6LVE/JP3AEL さんのコメント...

加藤さん、こんばんは。
台風19号では被害ありませんでしたでしょうか?
こちらはたいしたことなく18号の方がバルコニーの段ボールが飛んだりと大変でした。Hi

DBM ICはSN76514,SN16913PやSA612など色々ありましたが、今でも製造されているのは612ぐらいでしょうか?
SA612は以前国内では入手誌ずらかった記憶がありますが、今では普通に入手可能なのかな?

パーツボックスを覗いてみますとやはりTA7310Pは20個ほど入ってました。Hi
以前BlogにかかれていたTA7358Pも出てきました。
似たような感じですが7358Pより7310Pの方が使いやすそうな感じですね。

これらのICも使わないとと思いつつ、回路が簡単なので最近はTDKなどのDiDBMモジュールばかり使ってます。^^;

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/3 高橋さん、こんばんは。 台風19号は拙宅のあたりを通過して行ったようですが大したことはありませんでした。 上陸前は強力だったようですが、その後は急速に衰退したようで雨風ともに問題なかったです。hi

いつもコメント有り難うございます。
> 今でも製造されているのは612ぐらい・・・
昔のチップはどれも製造中止でしょうね。 表面実装でも良ければ高性能なものが幾つかあるようです。

> 今では普通に入手可能なのかな?
国内で扱うショップは少ないようですが、Digi-KeyやMouserなどで単品から買えるようです。 Chip1Stopにもあるようですが、単品販売してもらえるかわかりませんでした。 秋葉原では見ませんね。 以前、共同購入したPhilips製の手持ちがまだ有ります。hi hi

> TA7310Pは20個ほど入ってました。Hi
TA7310Pは結構ポピュラーだったと思います。 持っているお方も多いのではないでしょうか。

> 7358Pより7310Pの方が使いやすそうな感じ・・
電源の問題はありますがTA7358Pより良さそうに感じます。 電気を喰う分だけ大きめの信号が扱えるようですから有利な感じです。

> DiDBMモジュールばかり使ってます。^^;
変換ゲインが必要なときにはDBM-ICが活躍しますよ。DC受信機など向いていると思います。 機会があったらぜひ使ってみて下さい。

本田/JK1LSE さんのコメント...

こんばんは。

今回も興味深く拝見しました。私はこの石を使ったことがありませんが、DBMという言葉にいつも惹かれます。(理屈よりも趣味の領域です)

LM1496とかに比べると、周辺のCRが少なくていいですね。この石が出てきた背景からなるべく周辺が簡単になるようになってるんですね。

先日、LM1496でAM変調器を作ったのですが、簡単に素晴らしい特性が得られました。偶数次の歪みが小さいのもいいです。ただ、キャリアの入力レベルとか、歪にも注意がいりそうです。AFも帯域制限と振幅制限を入れないと、変調特性が良い分、帯域が広がってしまいそうです。実用化するのは、結構大変そうです。

TA7358Pも加藤さんのblogを見て仕入れてあります。これもチャレンジしてみたいネタです。blogの続編を期待しています。SA612Aはちょっと前になりますがDigi-Keyで仕入れました。何かついでがないと中々買えませんが、国内に注文するよりも早く届いて驚きです。

やりたいことがいっぱいで、中々前に進みません。いつも同じですが・・・・(笑)

TTT/hiro さんのコメント...

JK1LSE 本田さん、こんばんは。

コメントどうも有り難うございます。
> DBMという言葉にいつも惹かれます。
私もDBMが好きで、新しいチップが登場すると使ってみたくなります。 最近は新製品も見なくなりましたけれど。

> 周辺のCRが少なくていいですね。
MC1496は周辺部品の選び方によって様々な使い方ができるよう考えたのでしょうね。 汎用性はありますが、部品が多くて閉口します。(笑) その点、こうした専用チップは使い易いと思います。

> AM変調器を作ったのですが・・・
コレクタ変調やベース変調と比べたら格段に奇麗な変調が100%まで・・いや、それ以上まで掛かりますね。hi hi  リニアに増幅してやれば素晴らしいAM送信機になるのですが・・・。それがなかなか難しいものです。(笑)

> 帯域が広がってしまいそうです。
振幅のリミッタ(あるいはクリッパ)を入れ、3kHzまでのLPFを入れないとアマチュア局のAM設備基準に入りませんね。 TX-88Aのような大昔のAM送信機で も同じような問題は有りました。

#トランスレス変調で信号波を100kHzあたりまで上げて変調を掛けたことが有ります。奇麗に掛かるものです。原理的に当たり前なのですけれど・・・。もちろんダミーロドでのテストです。hi

> 何かついでがないと中々買えません・・・
Digi-KeyやMouserは諸費用が掛かるのが問題でしょうね。 他のものと一緒に頼まないと高いものになってしまいます。 そのため、暫く前には有志で数を纏めて共同購入とか行なったのですけれど。 昨今は皆さんシャイなので人数が集まらないかもしれません。(爆)

> やりたいことがいっぱいで・・・
沢山ある構想の中から楽しいものが生まれるのでしょうね。 いっぱいあるのは良いことだと思います。 またFBな自作品を拝見させて下さい。

匿名 さんのコメント...

泉澤/JR8JUQ
CQ誌 1982年9月号に、TA7310PとコンパチのAN103を熊本C-STDのSSBジェネレーター
に組み込んで良好な結果を得たという記事がありました。今更ながらですが、
TA7310Pの応用例としてどうでしょうか。

http://yahoo.jp/box/NEGlyS

TTT/hiro さんのコメント...

JR8JUQ 泉澤さん、こんにちは。

コメントありがとうございます。
> CQ誌 1982年9月号に・・・
この記事は見覚えがありませんでした。 ご紹介ありがとうございます。 古い記事も捨てられませんね。hi hi

> 良好な結果を得たという記事が・・・
送受に使っていますね。 RFアンプ部分はすこしゲイン不足と思いますが「漏れなく使う」アイディアでしょう。

> 今更ながらですが、TA7310Pの応用例として・・・
確かに今更なんですが、お持ちのお方には参考になると思います。

またお気軽にコメント下さい。

Hiro Sugi さんのコメント...

大杉/JK7UST
加藤さん、こんにちは。

LA1600を使った7MHz受信機を作った時に局発はトランジスタを使ったセラロック発振回路にしました。
その後、市販のCWフィルターを使いたくなり、発振周波数を調整する必要が生じたので、C1とC2の値を変えて発振周波数を450kHzから452kHzにUPさせたのですが、それ以上はダメでした。
C3をいじればよかったのですね。

SA612ANが手に入ったので、それを使った受信機を作る時にセラロックで試してみます。
参考になりました。

TTT/hiro さんのコメント...

JK7UST 大杉さん、こんにちは。

コメント有り難うございます。
> C3をいじればよかったのですね。
今度お試しください。 セラロックと直列にC3を入れて調整すると可変範囲を広くできます。 個々に違いますが結構高い方まで行くと思いますよ。

逆に低くしたい時にはVXOのようにコイルを入れると言う方法もありますが、入念な調整が必要なようです。