【回路】Simulated Inductor (2)

【回路：シミュレーテッド・インダクタ・2】

【シミュレーテッド・インダクタはいかが？】
　昨日のBlogの続きです。

　シミュレーテッド・インダクタの応用として、実際にCW用オーディオ・フィルタを作ってみることにしましょう。　左図は昨日のシミュレーリョンに基づいて設計した実用回路です。

　オーディオCWフィルタは、ダイレクト・コンバージョン（DC）受信機でこそ真価を発揮しますが、それ以外の受信機でも効果はあるものです。　メカニカル・フィルタ：MFやクリスタル・フィルタ：XF、或は「世羅多フィルタ」の切れを補助する効果があります。

　SSB用フィルタしか付いてないリグでCWのオンエアを余儀なくされてるHAMも一時しのぎ以上の効果があるので試したらどうでしょうか？　　但し、受信機のIF帯域内に目的よりも遥かに強い不要信号が存在するとAGCの作用で目的信号の方がブロックされてしまいます。　後付けフィルタは自ずと限界があることは理解しておきましょう。　もちろん、DC受信機の検波直後に入れるならそのような心配はありません。　たいへん有効に働いてくれます。　これは、このフィルタに限らず後付けする形式のオーディオCWフィルタについて全般に言えることです。

　図はシミュレーテッド・インダクタを使った3段LC同調と等価のCW受信機用オーディオ・フィルタです。　受信機の回路で使い易いよう片電源で動く実用設計にしてあります。製作に必要な情報は回路図に記載しておきました。　この回路の個人的な利用に制限はありません。　もし製作記をネット上にお書きなら引用元を明確にし二次参照者にオリジナルのありかを示して便をはかって下さい。それが最低限のマナーでもあります。　まさかとは思いますが、商用的に利用したいならメールでもどうぞ。（笑）

クイズ：回路定数の一部がクイズになっています。前回のブログを参照して電卓で計算すれば簡単にわかります。正解をお知りになりたければメールでもどうぞ。

【使用部品一式】（あとはハンダと配線材少々）

　手持ちに0.039μFのフィルム・コンデンサ（ポリエステル・フィルム）がたくさんあったので、それを消費する設計にしました。　0.039μFはE12系列なのでE6系列よりも幾らか入手しにくいかもしれませんが、秋葉原や日本橋なら大丈夫でしょう。

　マイラ・フィルム型でも良いです。　流石に誤差を確認してから使う方が無難ですが積層セラコンでも使えなくはないと思います。　もちろん、手持ちに0.047μFや0.1μFなどあればそれで作ることもできますが、伴って抵抗値の変更が必要です。　これは所定のQになるよう、積を一定にした状態で2個の抵抗の値（積抵抗値と抵抗比）を調整する必要があるからです。　そのあたりの加減がちょっと面倒なのでシミュレーテッド・インダクタを使う例が少ない理由かもしれませんね。回路図の部品定数のまま作る方が楽でしょう。

　抵抗器は1/4Wまたは1/8W型のカーボン型で十分です。部品の誤差はクリチカルではありませんから普通に売っている精度±5%の抵抗器やコンデンサを使えば良いです。　中心周波数や、そこでのゲインが多少設計とずれるかもしれませんが実用上に支障のないフィルタが作れる筈です。　部品の選別などいりませんし、もちろん調整も不要なのでたいへん作り易い『良く切れるオーディオ・フィルタ』になります。

＃ 作る人にはSASEで製作情報と写真の0.039μF（誤差±5%品)を必要数+α差し上げますのでメールをどうぞ。（手持ちがあるうちは差し上げます）

【FET OP-Ampを使おう】

　TL074CNはもはや古典的なOP-Ampと言えます。　TI社のこのシリーズはまずまずの性能で特性も安定しているので難しい用途以外には何にでも使っています。　FET入力型でバイアス電流が僅かなので帰還抵抗値を広く選べて重宝です。TL084CNも類似ですがTL074CNの方がややLow-Noiseなのもこうしたフィルタには良いです。　拙宅の常備品として纏め買いしてある部品です。　価格も十分にこなれていて単品買いでも＠100〜200円と言ったところでしょう。　J-FET入力の OP-Ampが1回路あたり25〜50円で手に入る計算です。　いつもこうした安価なパーツで満足な性能を発揮することを目標に回路設計しています。技術はカネに勝る？いえいえ、アマチュア無線家はビンボーだからねェ・・。（^^）

　なお、同じ4回路入りのOP-Ampでも、LM324Nなどの「324」型をここに使うのは良くありません。　出力段が「ノー・バイアスのC級増幅的」なので、音楽や音声を含め交流（オーディオ）の信号を扱うには適当でないのです。クロスオーバー歪が出ます。　同様に2回路入りの「358」型も宜しくありません。中身の回路は324型とまったく同じです。　良く見掛ける324型は片電源動作の直流増幅向きなのです。　なお、「4558シリーズ」ならオーディオ向きなので手持ちがあれば活用しましょう。　4558はバイポーラ・トランジスタ入力形式のOP-Ampですが、この回路の場合そのままの回路定数で使えます。　別段4回路入りOP-Ampである必要はないので2回路入りあるいは単独のOP-Ampを並べても同じことです。各自の部品事情やお好みで作って下さい。

＃ Quad OP-Ampは、電源の配線が簡単に済むので好きです。（個人の好み）

【さっそく完成】

　簡単な回路なので、部品を集めて1時間ほどで配線終了しました。　抵抗器を立てて実装したので基板に余白がずいぶんできました。　他の回路と一緒に・・・たとえば、最初からDC受信機のフィルタに使うような際にもコンパクトに作れるので取り付け場所に困らないと思います。　大きな電解コンデンサ（=電源バイパス用）は組込み用なら他の回路と共用で良いでしょう。　本物のコイルを使うと、こんなにコンパクトにはなりませんね。

　入力インピーダンスは50kΩに設計したので真空管式受信機の組込み用にも使い易いでしょう。　回路電流はせいぜい10mAなので、6AR5のカソードから失敬したりヒーター用の6.3Vを倍電圧整流しても得られます。　電源電圧は特に安定化しなくても大丈夫です。　出力インピーダンスは十分低いので誘導ハムの心配はありませんが、負荷インピーダンスは5kΩ以上が望ましいです。　利得が約20dB（10倍）あるので、もし過剰なようなら出力部分あるいは入力部にVRを入れて加減します。

【実測周波数特性】
　設計と良く一致しました。　上記を実測した周波数特性です。　評価にはベクトル・ネットワーク・アナライザ：VNAを使いフィルタ・アナリシスモードで行なってみました。　中心周波数fc=680.9Hzであり、回路シミュレーションの結果とわずか4Hzの違いでした。　また、実測ゲインGv=19.04dBです。同じくシミュレーションの19.811dBと1dBも違いませんでした。　フィルタQは、実測が3.83、シミュレーションでも3.83なので良く一致しています。これは当然ですが-3dB帯域幅も1Hzくらいの誤差です。

　なお、フィルタ特性の評価は「低周波発振器+ミリバル又はテスタ」があれば十分です。高級な測定器がないと何もできないと勘違いしないで下さい。測定の手間がすこし増えるだけです。

　使用した部品がもともと誤差の少ないものだった関係もありますが、フィルム・コンデンサのバラツキも平均化されて良い方向に収束したものと思われます。　更にシミュレーションしてみると、部品のバラツキが少々あっても極端に特性劣化することはないようでした。　簡単な測定器だけで自作する場合も心配ないでしょう。　Low-Q回路であり、しかも帰還型フィルタとは違うので発振する心配もなさそうです。もちろん、誤配線は論外sですけれど・・・。

　山形の特性なので切れが悪いように感じるかもしれませんが使ってみれば十分納得すると思います。　簡単なCW用DC受信機なら、このフィルタだけで十分だと感じました。（SSBにはHigh、Lowともにカットされ過ぎます）

＃写真のグリーンのトレースはこのフィルタの位相特性です。単純なLC同調フィルタと等価なので、素直な特性になっています。これもVNAがなくてもオシロスコープのX-Yモードで測定できます。

【実測過渡特性】
　これもなかなか良好でした。　オシロスコープで観測しました。上の小さい方が入力信号です。　下の、立ち上がりエッジがやや丸くなっている方がフィルタの出力信号です。　非常に滑らかな応答であり、しかもオーバーシュートもしないので聴感もなかなか好ましいものでした。　Low-Q設計にしたのは成功のようです。

　この700Hzのバースト波はファンクション・ジェネレータで作っていますが、無線機のサイドトーンをキーイングしてスピーカ端子から引き出して使えば良いでしょう。その方が実際的だし、何事も工夫です。オシロスコープがあれば観測してみましょう。

　この特性も回路シミュレーションの結果と良く一致しています。　事前に検討してから製作した意味があったと思います。　もともとこのテーマは、単にシミュレーテッド・インダクタを扱うだけで終えようと思っていました。　しかし回路シミュレーションまで行なったら、案外行けそうなので実際の製作まで発展したのです。　作ったフィルタは回路シミュレーションと良く一致する結果が得られ、その有効性も同時に確認できました。

　理論に裏打ちされた、高級な設計は普遍性や確実性があるのでプロ向きです。　しかし実用になるものを簡単に実現して活用するのもアマチュア的で面白いものです。　もちろんシミュレーテッド・インダクタ/ジャイレータは如何わしい回路と言う訳ではありませんし、再現性も検討済みだからそのまま使って心配はありません。（笑）

＃ 先日、JA2エリアのお方よりTA7310P（古い？と言うなかれ・笑）と言う「発振回路＋ギルバートセルDBM＋汎用アンプ」で構成されたICを頂きました。(VY-TNX!)　それで直接検波する簡単なDC受信機でも作ってみようかと言うことになります。

　このフィルタの後ろにLM386のAFアンプでも付けたらシンプルな受信機の完成です。　TA7310PはTA7358P、SA612、SN16913P、SN76514N、MC1496G、NJM2594、μPC1037Hなんかでも良いでしょう。（しかし、これらのICは大半がディスコンとは・・・）　Di-DBM+AF Pri-Ampの方が今の部品事情に合っているのかも知れませんね。無いものを金力で漁るより工夫で解決する方がスマートです。（おわり）

追記(2009年8月8日）：JN3XBY岩永さんが追試され、その結果がBlogで公開されています。自作DC受信機に付加した実験レポートです。回路をプリント基板化されとてもコンパクトに纏まっています。プリント基板CAD：PCBE用のパターンデータと、レイアウト図も公開されています。＝＝＞JN3XBY's Blogへ：その(1)、その(2)

☆さらに高級・高性能なCW用オーディオ・フィルタは別のBlogで：＝＝＞こちらから。

（おわり）

（Bloggerの新仕様対応済み。2017.03.30）