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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、改めてBlogできたらと思う。 de JA9TTT/1

(おわり)