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2015年7月16日木曜日

【回路】8MHz Ladder Filter Design , Plus

【8MHzのラダー型クリスタル・フィルタを作る・プラス】

完成したラダー型フィルタ
 写真は使用する状態に組立てた8MHzのラダー型クリスタル・フィルタである。

 前のBlog(←リンク)のようなテスト用の構造では実際に使う時には不便である。 小型化してモジュールのように作っておくと扱い易くなる。 水晶振動子のケースは端子から絶縁されていて、浮いているので必ずアースしておく。 ニッケル鍍金なのでややハンダの載りが悪いのでハンダ付け部分を磨いておくと良い。 過度に加熱して水晶振動子の特性が変化でもしたら元も子もないので・・・。

 このように独立したモジュール化は必ずしも必要ではない。水晶振動子やコンデンサをSSBジェネレータ基板に直接組み付けてしまっても良い。 その方がスペースも小さくて済むし性能も出し易いように思う。 ここでは、単独で性能評価する都合でモジュール化しておくことにした。他へ流用するのにも便利だ。

参考:この部品配置でパターン化した専用の「フィルタ基板」を製作している。両面スルーホール、グリーン・レジスト、シルク印刷付きだ。少量で申し訳ないが頒布できる見込みである。もし入手希望があればコメント欄やE-mailにて表明を。基板製作はJR2FNK/1鶴田さんにお願いしました。配線パターンには私の要望も反映されてます。

基板完成:2015.7.25】
 追記です。 発注していたフィルタ基板が完成した。写真のようになっており、旨く出来上がったようだ。

 両面スルーホール基板ながら、片面のみベタGNDにしたので不要なストレーキャパシタの付加は最少限になっている。 但し「おもて面」で水晶振動子の足の回りのパターンと水晶のケースとのクリアランスが不足しているようなので、水晶振動子はやや浮かせてハンダ付けする必要がある。それ以外はまったく問題ないようだ。標準的な1.6mm厚の基板にしたのでフニャフニャせずしっかりしている。

 端子は細ピン・ピンヘッダの5ピン分から途中を抜いた3ピンがマッチするのでソケット形式のフィルタにすることもできて便利だ。もちろん、2.54mmピッチの蛇の目基板に搭載することもできる。 それほど枚数がないので先着順で予定数量に達するまで頒布する。 もちろん、従来型のラダー型フィルタの製作にも使えるので持っていたら便利だろう。

 頒布だが希望者にお一人3枚ずつ(フィルタ3つ分)で行なう。 例によってSASE+余剰部品あるいはワンコイン(¥500)と交換でお送りする。 商売ではないので利益等は考えていないが、無償では死蔵する人が申し込むそうなので低額の有償にさせてもらった。 基板化したことで性能が出し易くて、均質性に優れたフィルタが作れるだろう。 まずはメールを。(注:SASEとは返信用封筒のことで、自分の住所氏名を書き82円切手を貼ったものです)←頒布終了しました。2015.08.11

測定用セットアップ
 出来上がったフィルタの特性を見ておきたいと思う。

 写真のような測定アダプタを製作してみた。 このようなものは必須ではなく、測定の都合に合わせて作ったに過ぎない。 端子は2.54mmピッチになっているので、同じピッチのインライン型ソケットをカットして使用した。

 BNCコネクタとの間に入っている抵抗器は、スペアナの入力インピーダンスとフィルタのインピーダンスを合わせるための補正抵抗である。 これを入れずに直接接続してしまうと、正しい周波数特性が測定できない。

評価結果
 コンパクトに纏めてしまったが、前のBlogで得られた特性が再現できていると思う。 組立て構造に問題はなかったようである。

 往々にして、コンパクトに組みなおすと特性が変わってしまうことがあるので注意が必要だ。 特にこうしたフィルタのように入出力の端子間で100dBものアイソレーションが必要なものでは十分気をつけなくてはならない。

 測定時にも注意が必要で、大きな信号が出ている部分を覆うなどの工夫を行なわないとこのように奇麗な特性が得られないことがある。 測定技術が問題になるので十分な経験を積んでおきたい。同じ道具があっても誰でも同じに測定ができる訳ではない。

SSBジェネレータに搭載
 既製品と交換に製作したラダー型フィルタを搭載してみた。 やや基板サイズは大きめだったが旨く搭載することができた。

 次項のように、まずはキャリヤ発振器の周波数をこのフィルタ用に合わせることから始めなくてはならない。 USBなりLSBのキャリヤ周波数に調整が済んだら、次は各同調コイルを8MHzに合わせておく。 その後でバランスド・モジュレータのキャリヤ・バランスを調整しキャリヤリークが最少になるように追い込む。 もとが7.8MHzなのでさして周波数は違わないから容易に調整はできる筈だ。 キャリヤ・バランスも殆ど再調整の必要はないくらいであった。

 マイク入力端子に低周波発振器を接続して周波数特性を評価してみた。 流石にSSB用に作ったフィルタなので必要以上に帯域幅が広いようなこともなく、なかなかFBなSSB波が得られた。 通過帯域内のレベル変動もCB用クリスタル・フィルタよりずっと小さいのは予定通りである。USBでは不要サイドバンドのサプレッションがやや甘いが、これはフィルタの特性なのでやむを得まい。8素子でやれば改善できるのは確かだ。 他の性能は7.8MHzの時と基本的に違いはないようであった。 十分実用的なSSBジェネレータになっている。

キャリヤ発振器の変更
 上にも書いたが、キャリヤ発振器の周波数変更が必要である。 水晶発振子はフィルタ製作の余りを活用する。 もちろん不良品では駄目なので、発振は問題ないが、他と周波数が合わないためにフィルタにできなかった水晶を使えば良い。 ここでは、上の方に少しずが大きかったものを使った。 VXO形式の発振回路なのでそれで支障はない。むしろフィルタの通過帯域特性から見てLSB用のキャリヤ発生に有利なように選んだつもりだ。

 まずはUSB用に周波数調整して評価を行なった。 そのままの回路ではLSB用の周波数に調整できなかったので回路の見直しを行なった。修正回路でうまく行っている。 このあたり、使用する水晶発振子の特性とも関係するので個々のケースで対応方法は違ってしまう。 フィルタの方は簡単にできたのにキャリヤ発振器の方で思ったより手こずることもありそうだ。 フィルタと同じ水晶振動子を使ったキャリヤ発振器はSSBジェネレータに必須である。 幾つか試しているので、良さそうな回路が纏まって来たら公開するかもしれない。追記:(2015.08.14)キャリヤ・オシレータのBlog(←リンク)を公開した。

                  ☆

 フィルタを作ってみましたと言うだけでは検証として不十分だろう。 実際にSSBジェネレータに搭載し評価が済んで始めて実用性の確認ができたことになる。 ブレッドボードでの試作なので、どうしても構造から来る性能限界があって難しいところもある。 実験の容易さの点では悪くはないのだが、ハンダ付けで作る前のテストとしては不完全なところがあると思っている。 そのあたりはブレッドボード特有の考察が必要になってくる部分だろう。
 実際にキャリヤの回り込みあるいは、直接飛び込みのような現象があってGNDポイントを変えてみるなどの配線修正は必要であった。 ただ、ブレッドボードであまり苦労してもそのまま実用にする訳ではないから見極めが付いた段階で早めに基板化に移行した方が賢明である。

                −・・・−

新設計でアプローチ
 道具さえあればしめたもの・・とは行かないのだが、設計ツールの話しがまだだった。次回はそのあたり具体的に見てみようと思う。宿題を増やしてしまったようだが、慌てずにボチボチやって行きたい。興味を惹かれたら継続してお付き合いを。コメントもお待ちする。例によって浮気して予告と違う方へ行くかも知れぬが悪しからず。(笑)

                 ☆

 クリスタル・フィルタは機器全体から見たら単なる部品に過ぎない。 幾ら良いものが作れたとしても、活かしてこそ初めて意味も出てくる。 アナライザの画面とにらめっこしながら「良いフィルタができた」と悦に浸るのもオツなものだが、ぜひともFBな電波を出したり、受信機から心地よい音を響かせてみたいものだと思っている。 そうでなくては機器への投資も製作に注いだ努力も活きてこないだろうなあと・・・。 de JA9TTT/1

つづく)←リンク