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2015年11月26日木曜日

【測定】Quartz Crystal Test Fixture

【測定:水晶発振子のテスト治具】
テスト治具の回路図
 水晶発振子or水晶振動子のテストには標準のテスト治具があって、ごく一般的に使用されている。 50Ωの入出力インピーダンスを12.5Ωに変換して、その12.5Ωのところに水晶発振子/振動子を装着して測定する。 従って、水晶は12.5+12.5=25(Ω)の負荷インピーダンスで測定されることになる。これはIECの標準測定回路だったはず。

 図の回路は、E24系列の抵抗器を使って測定治具を実現している一例である。おそらくメーカーでは専用の抵抗器を特注しているに違いない。しかし手作りで数台作るにはとてもそこまでできないので市販の抵抗器の組み合わせで間に合わせる必要がある。

 抵抗器は理想を言えばノンカット型のRF用がベストであるが、用途をHF帯(〜30MHz)に限るとすればごく普通の表面実装用のチップ型を使えば十分だ。誤差はできたら1%が良いが5%のものを多数購入して実測のうえ選別するのが現実的だろう。 あまりパワーは入れないので1608サイズで良いと思う。もちろん2012サイズでも3216サイズでも大丈夫だ。

部品表
(1)抵抗器:2.2Ω、4.7Ω、12Ω、39Ω、62Ω、120Ω・・・各2本
(2)コネクタ:BNC型、あるいはSMA型・・・2個
(3)プリント基板:FR4材両面生基板・・・適宜寸法(t=1mmなど)
(4)ソケット:HC-49/U型水晶発振子に適合するもの。要耐久性。・・・1個

 本格的にやるなら、プリント基板を起こしてラインインピーダンスを合わせてやれば良いのだが、簡単な回路だから手貼りでパターンを直接描いても良さそうだ。 配線は短かめに、なおかつストレー容量が大きくならないように考慮する。 水晶を挿入するソケットが一番の問題かもしれない。あまり安っぽいものを使うと耐久性が無くて困ることになる。

参考:この12.5Ω 測定治具を実際に製作しクリスタル・インピーダンス・メータ(CIメータ)で使用した経緯を纏めた別のBlogがあります。→続編へリンク

                   ☆

 まったくの自家用メモである。ラダー型クリスタル・フィルタの製作には直接的な関係はない。治具として製作すべき物と言う訳ではない。 こうした製作情報はあまりネット上に無いのでメモとして書いておいた。プロはメーカー製の専用治具を購入してしまうので、自作などしないからだろう。アマチュアでもお金持ちは購入すれば良かろう。 特に製作をお奨めするような内容ではないので、水晶の測定に興味がなければささっと素通りされるのが良い。入出力インピーダンスが50ΩのTG付きスペアナやVNA等が前提の治具だ。de JA9TTT/1

(おわり)

2015年11月12日木曜日

【部品】8-Pole X-tal Filter Board

8素子クリスタルフィルタ用基板
 【8素子用基板ができた
 8素子クリスタル・フィルタ用プリント基板が完成した。 何とか6素子の基板と同じサイズになるように纏めてもらった。 入出力端子も6素子の基板と同じになるようにできたので互換性がある。

 もしもご希望があればだが、必要なお方に3枚ずつ頒布したいと思っている。 頒布要領は前回の6素子と同じなので、そちら(←リンク)をご覧頂ければと思う。

 なお。パターン作成上の制限で、水晶振動子を基板に密着して実装すると旨くない。6素子用基板の時と同じ様に浮かせてハンダ付けする。水晶振動子のケースも必ずGNDに接続しておく。(参考:水晶振動子を載せるのに、これ(←リンク)を使うと便利そう)

 【想定回路はこれ】
 8素子クリスタル・フィルタ用基板が想定しているラダー型クリスタル・フィルタの回路は左図のようになっている。

 図は私の製作例である。ただし、これと同じ周波数の水晶振動子を使ったからと言って同じ設計値(部品定数)にはならないので注意を! (即ち、ご自身の水晶に合わせた再設計を要する)

(A):設計ソフトで設計したままの状態。
(B):個々の水晶振動子のバラツキを考慮してチューニングした計算結果。
(C):実際に製作するために数値を丸めたもの。
 ・・・だいたい、こんなプロセスで設計を進めて行くことになる。 必要に応じて回路シミュレータなども動員して確認しておけばなお宜しいと思う。

実践でフィルタに
 図上設計のままでは絵に描いた餅である。 図をいくら眺めていても現物のフィルタにはならないので実際の製作に進まなくてはならない。(写真は製作中の様子)

 クリスタル・フィルタは水晶振動子の実測値に基づいた設計を行なっている。 特にこのタイプのラダー型クリスタル・フィルタの場合、各振動子のバラツキに応じて個々のチューニングを行なっている。従って所定の順番・位置に取付けなくてはならず、もし間違えると悲惨だ。 振動子にはわかり易いように予め番号を振っておき、基板への実装も十分確認しながら行なうこと。
 コンデンサもできれば実測しておき、場所を間違えないように組み立てることが肝要である。 基板の方もシルク印刷付きなのでかなりわかり易くなっている。(言うまでもないと思うが、シルク印刷のある面に部品を実装するように)

                 ☆ ☆ ☆

  Dishalの論文準拠の(簡易)設計プログラムのお陰で、高度のクリスタル・フィルタ設計がとても容易になった。 もはや旧来のCohn minimum loss型には戻れないに違いない。 それだけ優秀なクリスタル・フィルタが設計・製作できるからだ。 ちょうど製作の助けとして8素子用専用基板があったらFBだと思っていたら再びJR2FKN/1 鶴田さんから基板設計の話しが来た。 「6素子と同じサイズの基板に」と言う無理っぽいお願いにも工夫で対応して頂いた。組立は窮屈かもしれないがその分コンパクトに纏まっていて完成後は使い易い。 沢山は作らなかったのだが、自家用には十分すぎる。 前回とおなじくらい頒布可能なので、ご希望があればメールでお問い合わせを。お一人様あたりフィルタ3つ分ずつ頒布します。 回路パターンは上記の「想定回路」の通りになっている。

 新しいラダー型フィルタの設計・製作を扱って以来、ずいぶん沢山のお方が製作を試みたと聞いている。 旨く行った例も多いようだが、どうも思い通りにならなかったと言うお話しを漏れ聞いている。 「Dshalのプログラム」(注1)を使い、Mesh Tuneも指示通りにきちんとやったのだがどうしてなんでしょう?・・・と言う声も聞こえる。 このあたり、やはり実践をふまえた作業手順を細かく伝えないと不十分なのではないかと感じている。 それに、プログラムは予め想定に従った定型の設計なので必ずしも再現性が良くないことも確認している。入念にやったからと言って旨くないこともあるのだ。 良くできた設計プログラムだとは言え、そんなものなのである。 ツール(道具)は使い様と言ったところだろうか。いずれそんな話題も扱わなくてはならないようだ。 de JA9TTT/1

(おわり)

コラム・Dishalのプログラム:(注1)
「Dshalのプログラム」と言う認識がそもそもずれているのかもしれない。 Dishalはラダー型フィルタの合理的(現実的)な設計方法に関する論文の執筆者である。 その論文に基づき条件を端折って簡易型の計算・設計プログラムに纏めたのがDJ6EVで、さらにそれを英語化したのがG3JIRである。だから「Dishalの論文に基づく(簡易)設計プログラム」と呼ぶのが適切であり、そもそもDishalは設計プログラムには関係していないのである。
 この簡易設計プログラムは完璧そうに見えるが、必ずしも思い通りに行かないのは条件を端折っているからだ。もちろん、厳密な設計パラメータをインプットするよう、ユーザに求めたなら使いこなせるのはごく限られた人だけになっただろう。だから簡易型に纏めた意義は十分あると思う。言うまでもあるまいが、その設計プログラムが「簡易型」なのはDishalに責任がある訳ではない。
 Dishalの論文は種々のフィルタ形式について適用できるため「Dishalフィルタの音」などと言う表現は正しくないことになる。その設計法を使って、どんな形式のフィルタを設計したのかによる。例えばButterworthとChebyshevの違いは有りえるが、どちらもDishalの設計法で製作できる。だから「Dishalのフィルタ」とくくってしまうのは正しくない訳だ。 せっかく興味を持ったのだから正しい知識を持ちたいものだと思っている。