【部品】Radio Chip TA2003P : Part-2

【TA2003Pを試用してみる】
　ラジオ用ICチップでラジオが作れるのは当たり前です。単に普通のラジオを作りたいだけでしたら、メーカーの資料通り作れば間違いありません。　しかし、もう少し気の利いた活用がしたいものです。　それには自分で幾つか試すしかないでしょう。

参考：このBlogの前のPart-1はこちら。（←リンク）

　活用に先立ち確認しておきたかったのは概ね次のようなものです。
（１）ANTコイル、OSCコイルの同調側はVccラインに接続したくない。
　　　それで問題ないか？
（２）局発の発振レベルはどのくらいなのか？　外部から注入する時の基準として。
（３）AGCの効き具合は通信機用として十分なものか？
（４）感度（ゲイン）はどの程度あるのか？　RFアンプやIFアンプの追加は必要か？
（５）IFTを省略して本当に実用性能なのか？
　　　・・・などです。

　いずれもHAM用受信機（受信部）には検討しておきたい内容です。　もちろん他にも細かい検討項目はありますが概ねこんな所で、実際に作って感触を得るのも大切な一つです。

　まずはTA2003Pだけでもと思い実験回路で検討を始めたのですが、スピーカから音も出したくなってしまいついでにAFアンプも組込んだので単なる「ラジオ」のようになりました。（写真）

 【TA2003Pの評価用ラジオ】
　上記の回路図です。　530kHz〜1620kHzをカバーする中波帯のAMラジオになっています。　評価目的に従いANTコイルや局発(Local OSC)コイルは同調側がGNDに落とせる形式で設計してみました。　局発コイルに関しては、事前にブレッドボードを使った予備調査を行ないました。それによれば十分行けそうなので図のような回路に落ち着きました。

　コイル部分を除けば特に目新しい所はありません。　概ねメーカー指定通りになっています。　なお、ありきたりのラジオを作るのが目的ではないので、アンテナ・コイルにバーアンテナは使いません。　電波暗室でもあれば別ですがバーアンテナを使うと外部信号を拾ってしまうので評価が困難なのです。　アンテナ同調回路に50Ω用のタップを出し、そこへ信号発生器：SGで信号を加えて評価します。（それでもハイゲインなので、評価中に強力な中波局が飛び込んで邪魔になりました）

☆アンテナコイル:
アンテナコイルのインダクタンスは同調側（バリコンの側）が304μHです。50Ωのタップは全巻数のGND側から3〜4%の所から取り出します。　TA2003Pへ行くリンク巻線の方は同調側巻き数の約20%としました。　いずれも一次と二次の結合が密なボビンに巻くことが前提です。　もしポータブルラジオを作りたいならバーアンテナにします。　インダクタンスを合わせ、巻き数比も概ね同じようなものを巻けば大丈夫です。

☆局発(Local OSC)コイル：
局発：Local OSCコイルのインダクタンスは同調側（バリコンの側）が144μHです。　TA2003Pへ行くリンク巻線は同調側巻き数の約20%としました。　こちらも一次と二次の結合が密になるボビンに巻くことが前提です。従って空芯コイルのようなボビンは不可です。　トランジスタ・ラジオ用の中波OSCコイル（赤色コア）やトランジスタ用IFT(455kHz用）を改造すると良でしょう。　ここでは東光の7PLA型ボビンを使い巻き直して自作しました。　なおこの局発(Local OSC)コイルと組み合わせるパッデング・コンデンサは320pF（330pFでも良い）です。　これらのコイルと一緒に使用するバリコンについては後で説明があります。

◎参考：コイルの具体的な巻き数が書いてないのは、使用するボビンが異なれば巻き数が違ってしまうからです。　初心者だったころには具体的なコイルの巻き数が欲しかったものでした。しかしまったく同じ材料が手に入らないと殆ど意味はありません。　インダクタンスと巻き数比の情報なら普遍性があるのです。ボビンを決めたら、まずは必要な各インダクタンスが得られる巻き数を求めます。（実測あるいは巻数チャートなどを使う）　その得られた巻き数から２次側の巻き回数やタップの引き出し回数を比率で計算すれば製作に必要な具体的なコイルの巻き数が求まります。　なお、作例と同じボビン(7PLA)が欲しいお方にはSASE対応で差し上げています。

　上記ラジオの全消費電流は、無音状態で：約8mA、常用音量で聞いているとき：約20mA、フルボリウムで；約80mAピークでした。　普通の使い方ならずいぶん電池の持ちの良いラジオになります。

 【TA2003Pの周辺】
　右側に２つ見えるコイルは手前が局発(Local OSC)コイル、その奥がアンテナ・コイルです。

　TA2003Pの左側にある四角いブルーの箱型がIFフィルタで、セラミック・フィルタを使います。（詳細は後述）　その右の青色で頭部が円筒の部品は電源ラインの高周波チョーク(RFC)です。　インダクタンスは10μHです。

　アプリケーション・ノートの最少部品構成よりも多少部品数は増えますが、安定な動作を主眼に幾つか余分に追加しています。　電源ラインほか各所にあるバイパス・コンデンサもメーカー・アプリでは小さい感じがするので大きめの容量に変更しました。　但し基本は指定の応用回路を参照しています。　その上で、変更して様子を見ます。

【ポリ・バリコン】
　AM2連-FM2連の４連ポリ・バリコンを使いました。

　AM部は最小容量7.2pF、最大容量275pFの等容量２連バリコンになっています。　周波数範囲とこのバリコンの容量可変範囲に従ってトラッキング設計を行ないます。　その結果が回路説明の所に書いたコイルのインダクタンス値です。


　BCバンド（中波放送バンド）なので神経質になることもありませんが、ツマミに近い側のセクションを局発回路に使い、その後ろのセクションをアンテナ同調回路に使います。　このバリコンのトリマ・コンデンサは背面に付いた分離型です。（次写真）

　FMセクションは遊ばせています。

【トリマ・コンデンサ】
　トラッキング調整に使うトリマ・コンデンサはバリコン背面に付属のものを使いました。　最小容量：1pF、最大容量は9.5pFです。４つ付いていて、うち2つを使いました。

　配線のストレー容量は作り方によってかなり変わりますが、こうした半導体回路ではせいぜい10pF程度でしょう。（部品配置と配線が下手だともっと大きくもなるが・笑）　そのため、トリマ・コンデンサとバリコンの最小容量を合わせた「浮遊容量」はトラッキング設計の要求値よりもだいぶ少なめになります。　その分を補わないと、きちんとしたトラッキングが取れません。　この製作例ではアンテナ同調側に15 pF、局発(Local OSC)側に22pFを補っています。（その分は、回路図に書いてありませんが必要な場合は補って下さい）　トラッキング・エラーは最大8kHzくらいになる計算ですが、アンテナコイルのQ値などから見て支障のない感度差に収まっています。

【IFフィルタ】
　このフィルタがラジオの選択度を決めます。　ここでは京セラ製のKBF455R-15Aを使いました。　6素子構成で中心周波数：455kHz、-6dB帯域幅：±7.5kHz、シェープ・ファクタ(-60/-6dB)；2以下と言うものです。　TA2003Pの参考回路で指定のものより-6dB帯域幅は広めですがシェープ・ファクタはずっと良好です。　従って一般市販のAMラジオよりだいぶHi-Fi受信になります。

　シェープファクタが良い（小さい）フィルタなら通過帯域幅を広げても混信で悩まされる恐れはありません。LCのIFTでは無理な特性です。　終端インピーダンス：1.5kΩ、挿入損失：6dB以下がフィルタの規格です。　帯域幅から考えて、移動体通信機のNBFM用に作られたものでしょう。既に製造中止のようですが今でも入手は可能です。　なお、村田製作所のセラミック・フィルタ：CFWLA455KEFA（旧型番：CFW455E）が同じように使えます。

　こうしたフィルタは、通過帯域の端を出たノッチの外側に「跳ねっ返り」と称する信号の通過現象が存在します。それ以外にもスプリアス・レスポンスが存在するのが普通なのでフィルタ・メーカーもIFTの併用を推奨しています。　そのような訳で、まったくのIFT無しでは心配があるのでIFTも併用すべきと言うのが従来の常識になっていました。　そこで実際にどうなのか試してみる意味もある訳です。

　結果から言ってしまうと何ら支障はないようです。　単同調のIFTが一つくらい追加された所で「跳ねっ返り」が解消される訳でもありません。　通過帯域の近傍にスプリアスがなければIFTの有無など殆ど感じないのでしょう。　IFTをすべて省略する思い切った設計もまずまず実用的なことがわかりました。

　ここで使ったフィルタは一般ラジオ用よりも特性が良かったのも幸いしたようです。　隣接局の切れは抜群で夜間でも混信は気になりません。　帯域幅も±7.5kHzあるのでAM放送がなかなか良い音で聞けます。

 【低周波アンプ；MC34119P】
　最初はTA2003P単独でテストしていました。　評価の目的から考えて、それでおしまいでも良かったのですが基板の余白が有ったのでスピーカーを鳴らせるように低周波アンプを追加してみました。　このICも前からテストしようと思っていたものです。電圧ゲインは50倍（34dB)あります。

　MC34119Pは、現オンセミ、旧モトローラ製のICで低い電圧でもパワーの出る低周波・パワーアンプです。　電源電圧2Vまで使えるので、乾電池２本の回路には適当です。　もちろん電源電圧が低下すれば最大出力も減少します。

　IC内部は２つのパワー・アンプで構成され、スピーカーはBTL接続になっています。　従ってスピーカーの両端子ともにGNDから浮いています。低い電圧でパワーを出す必要からやむを得ませんが、すこし注意が必要です。　ヘッドフォン（イヤフォン）ジャックを付ける時は少々注意が要るのです。

　音質はスピーカしだいですがOCLアンプなのでかなり低域まで伸びています。　パワーはMax 100mW少々ですが普通の静かな部屋なら音量不足は感じません。　このICは携帯機器用に作られただけあって、無信号電流が約3mA(＠Vcc=3V)と小さいのも電池のラジオ向きです。

　現在、MC34119は表面実装タイプおよびDIPタイプがサトー電気で買えます。表面実装型が＠140円、DIPが＠300円とのこと。　秋月電子通商では売り切れたようです。　セカンドソースではないので回路は変更になりますが、同等機能のNJM2073D（JRC)を使う方法もあります。　どうしてもMC34119PやNJM2073Dが入手できなければ、LM386を使って電源電圧を5Vにアップすれば良いでしょう。

 【TA2003Pを短波ラジオに使う】
　短波帯で使うのが目標の一つです。　短波帯で内蔵の発振回路を使う自励の局発も試してみました。　AM局が相手の短波BCLラジオならまずまず実用性がありそうでした。　しかし、SSBやCW用には内蔵の局発回路はいま一つです。　初期変動を含め全般的な周波数安定度は十分でない感じがします。　もちろん、さらなる工夫の余地はあるとは思うのですが・・・。

　そこで「通信型受信機」に仕上げるには、局発は外から与えるのが手っ取り早いでしょう。　DDS発振器あるいは、周波数安定度の良いVFOを外付けするのが最も確実です。　外部からの局発注入方法は図の通りで旨く行きます。　外部発振器の一例としてDDS-VFOを別のBlogで紹介しているのでそちらでご覧を。

　感度についてです。　共振した外部アンテナを使うのが前提のアマチュア局用受信機なら、このIC単独で十分な感度（ゲイン）があります。　なまじ中途半端なRFアンプなど付けない方が賢明でしょう。相互変調や感度抑圧が目立ってきます。　TA2003Pの電源電圧は3Vなので強入力特性は良くないはずです。　しかし、意外にも内部回路のレベル配分が良いらしく思った以上に健闘します。　なるべくそのままで使う方が全体のバランスが良いでしょうね。

参考・１：このTA2003Pを使って短波ラジオを作る続編があります。こちら（←リンク）  
参考・２；TA2003Pのほか、各種ラジオ用ICを使ったラジオ製作の詳しい書籍（←リンク）が発売されました。

◎感度測定結果：中波帯のラジオを例に実測した結果を以下に示します。
測定条件は、周波数=1MHz、変調周波数=400Hz、変調度=40%、AMモード、50Ωアンテナ端子にSSGを接続しました。　入念なトラッキング調整を実施した後に測定します。

　S/N=約20dBで、20dBμV・EMF（負荷端電圧：5μV/50Ω）の感度があります。S/N比は悪くなりますが、0dBμV・EMF（0.5μV/50Ω）まで十分な了解度があり、-6dBμV・EMF（約0.25μV/50Ω）までは信号の確認が出来ます。これは相当高感度と言う意味です。

　SSB/CWの場合は6〜10dB程度の感度向上が見込めるので、通信機用として十分な感度（ゲイン）があることがわかりました。　不要とは思いますが、もしもプリセレクタ或はRFアンプを付加するとしてもゲインは10dB以下が良いでしょう。それ以上は性能劣化に繋がる筈です。

　高感度だと言えば、今度は大入力特性が気になりますが、90dBμV・EMF（16mV/50Ω）くらいで復調信号(400Hz)に歪みが見られるようになります。　これはAGCで制御できなくなった為の飽和によるものです。　そこまではAGCが良く掛かって出力レベルは概ね一定に保たれます。AGCレンジは70〜80dBくらいはありそうでした。　SSB/CW用として製作した場合の評価はいずれ実施しましょう。思った以上に高性能なのが印象的でした。(追記：2013.05.12)

　Sメーターが付けられます。FS=100μA程度の高感度メーターを使いフルスケールが概略2Vの電圧計になるようにして回路図の場所に付けるとSメーターになります。　AGC回路の電流を失敬している関係で電流の大きなメーターでは旨くありません。例えば1mAの電流計とかは不適当なので、外付けのDCアンプを付けるべきです。C-MOS OP-Ampのボルテージ・フォロワが簡単で良いでしょう。　同調指示器としても、Sメータがあると便利です。もちろん、通信型受信機には必須かも知れませんね。

　BCLラジオとしては少し長めのアンテナを張ってやれば十分な感度が得られます。こちらの回路は短波用なのでIFフィルタにも狭帯域なものを使い混信対策をしてあります。

【世羅多フィルタも】
　すでにお馴染み、世羅多フィルタ（せらだふぃるた）の付け方を書いておきましょう。

　追加のIFアンプは不要そうに思いますが、信号の弱いHAMの電波にはもう少しゲインがあった方が安心かも知れません。フィルタロスを補う意味も有りますが、狭帯域化したことでS/N向上の分だけゲインアップが図れます。

　2SK241を使った簡単なアンプを補っておきます。　使用するFETは2SK241以外に2SK439や2SK544が代替候補です。それがなければ455kHzですから2SK192Aも可でしょう。Idssランクは何でも良いです。

　回路図の世羅多フィルタはCW用の狭帯域設計です。SSB用にはもう少し広くした方が良いです。　さらにCWやSSBモードの受信にはBFOが必要になるので、回路図に含めておきました。　このBFO部分は検討中なので参考程度にどうぞ。
　強く注入すればBFOでAGCが掛かってしまう不都合があります。BFOの注入レベルは注入方法も含めて各自の実験項目です。良い加減のところを見つける必要があります。

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　TA2003Pは流石に近代的なラジオ用ICです。　感度もAGC特性も昔の６石スーパーよりずっと優れていました。ごく強いAM局でさえ歪まず受信できるので驚きました。　シリコンを使ったデバイスでありながら、電源電圧2V以下まで動作するのも立派なものです。　HAM用の応用には幾らか外付け回路や部品が増えてしまいます。　それでも主要な回路ブロックは「完成済み」なので、簡単な短波BCLラジオや一歩進めて「通信型受信機」の製作に十分活用できるデバイスです。　これでLA1600が無くなっても安心ですね。

　昨今はAMモードがリバイバルしています。　HF帯のAMには限界があると思いますが、例えばバンドの広い6mならローカルラグチューにもうってつけでしょう。　簡単なクリコンとTA2003Pの親受信機で6mバンドの受信設備が完成します。　感度も十分得られるし周波数安定度もDDS局発なら申し分ありません。　モダンでコンパクトな6m AM局が構築できます。　もちろん7MHzあたりのシングルスーパーも実用的なものが作れます。　手のひらサイズでも性能は9R59D以上です。　レトロな管球式受信機も面白いですが、ICを使ったコンパクト受信機もいかがですか？　送信機に組込んでトランシーバにも。　de JA9TTT/1

(おわり）

追記：このTA2003Pを使って短波ラジオを作る続編は、こちら（←リンク）