I made an Audio-frequency AGC amplifier with MC3340P, an IC for electronic volume control made by Motorola. Even if the input signal changed by 60dB, the change in output was limited to only 6dB.
It would be suitable for a direct conversion receiver (DC-RX) or an Audio frequency amplifier for an Autodyne receiver. And it can also be used as a compression amplifier to increase the average power of the SSB transmitter.
I bought MC3340Ps from China Mail Order, I received were all used, but everything worked fine. (2020.06.21 de JA9TTT/1 Takahiro Kato)
【MC3340Pを購入】
MC3340Pはモトローラ/ONセミ製の電子ボリウム用ICです。電子ボリウムというのは電気的に入力信号の大きさを加減することができる電子部品です。 これを使うと大きさを加減したいオーディオ信号などの配線を長く引き回すことなく、遠隔から、あるいは他の回路の出力のような電気的な手段で制御することができます。 なんでもリモコンで制御する時代なので、様々なICメーカーから同種のICが登場しています。 MC3340Pはシンプルで使いやすそうなので購入してみました。
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電子ボリウムは普通のボリウム代わりに使うこともできますが、それだけでは面白くありません。 ここで使った電子ボリウムは扱える信号のダイナミックレンジが広く、ゲインの制御範囲も広いことから低周波のAGCアンプの用途に適当そうです。 多くのダイレクトコンバージョン式受信機(DC-RX）やオートダイン受信機にはAGC（自動利得調整器）が付いていません。そのため、受信中の信号の近くで強力なローカル局がオンエアを始めると爆音状態になります。あるいはブロックされて無音になってしまうこともあります。手動で頻繁にボリウムを加減すれば済むのですが、AGCアンプを付ければもっと扱いやすいでしょう。 低周波のAGCアンプは色々難しいことも多いのですが、制御回路の時定数など適当に選べばうまく使える可能性があります。 ここでは基礎実験として、MC3340Pを使った低周波のAGCアンプを試作してみました。 自家用の実験資料ですが、もしも暇を持て余しているようなら眺めてみてください。
たまたまネットを散策していたらMC3340Pを使ったAGCアンプの記事が目にとまりました。 どんなICなのか調べたところ、外付け部品が少なくて使いやすそうなICでした。 他にも幾つか活用法が思い浮かんだのでさっそく購入してみました。
国内のパーツショップでは見つけられなかったので例によって中華通販を利用します。 安価で売られていたのは良かったのですが、届いたものはすべて中古品のようです。 写真のようにハンダ付けの痕跡が残っていたり、足ピンがカットされていました。 安いので仕方がないとも言えますが、わざわざプリント基板から剥がして清掃するという手間をかけて割りに合うのでしょうかね？ ちなみに10個で2ドル弱でした。幸い、簡単にチェックしたら全部支障なく使えそうでした。 こうした中古部品を販売目的の製品に使うのはどうかと思いますが、アマチュアが実験して遊ぶには何ら問題ないでしょう。
MC3340Pの基本的な特性です。 2番ピンとGND間の抵抗値を変えると、右のグラフのようにゲインをコントロールできます。 ゲインをコントロールするのにボリウム（可変抵抗器）を使ったのでは、何だか意味がないなあ・・・と思われるかもしれません。
しかし、このボリウム（図ではRc）には加減したい信号は流れていません。 配線を長く引き伸ばしてもブーンと言うハム(HUM)音の誘導はありません。 また、このRcは機械的なボリウムでなくてもよく、例えばFETのドレインとソース間の等価的な「抵抗」であっても構いません。 ボリウムをFETに置き換えてやり、FETの内部抵抗（ドレイン・ソース間抵抗）を電気的に制御してやればゲインが電圧によって制御されるようなアンプになるでしょう。
（参考）FETを使わずに、まず出力電圧を整流・平滑しOP-Ampで増幅した上で、その電圧によってMC3340Pのゲインを制御すると言った方法もあります。
低周波AGCアンプの実験回路です。 ネットの探査で見つけた回路を真似ていますが、FETのコントロール部分を見直しています。ここがこの回路のキーポイントです。 オリジナルのままだと、信号の大きさによっては猛烈なハンチング（一種の発振現象）を伴うようでした。それでは旨くありません。
こうしたAGCアンプは自動制御の一種なので、制御ループの時定数が適当でないと旨く動作しません。 使用するFETの伝達特性とも関係するので、Q1：2SK19Yを変更するなら時定数の見直しが必要です。 2SK19Yは廃品種ですが、同等品の2SK192AYがまったく同じ様に使えます。 MC3340Pの後段のアンプは40dBくらいのゲインが得られればなんでも良いでしょう。ここでは旧式なμA741Cを使っています。 単純な低周波アンプですから他のOP-Ampでも支障はありません。
後ほど入出力特性のグラフがありますが、入力が60dB（1000倍）変化しても出力は約6dB(約2倍）しか変化しません。 ただし、自動制御ですから入力信号の大きさ変化に対して必ず過渡的な応答があります。 概ね受信機に良さそうな時定数に選んでありますが、実際の受信機に組み込んでから必要に応じて＊１の部分を加減すると最適化できます。 現状では案外早く応答し、ややゆっくり戻る特性になっています。
ブレッドボードに試作してみました。 ダイオード：D1とD2との結合コンデンサ、C5：0.33μFは漏れ電流のないものが必要です。 ここではマイラ・コンデンサを使ったのですが、巨大なのでイマイチでした。 良質な電解コンデンサか、タンタル・コンデンサに置き換えると良いでしょう。
整流回路のダイオードはゲルマニウムの1N34Aを使いましたが、よく見かける1N60や1K60でも同じです。ゲルマ・ダイオードが手持ちに無ければシリコンの小信号用を使って試すのも良いです。多少出力電圧の大きさは変わりますが、同じようなAGC特性が得られるはずです。
利得制御ループの時定数コンデンサ、C3：4.7μFはタンタル・コンデンサあるいは低リークな良質の電解コンデンサにします。 極性はGNDに接続される側が+（プラス）なので間違えないように配線します。 このコンデンサと直列の抵抗器、R2：100Ωは位相補償（遅れ補償）用の抵抗器です。 もし制御系がハンチングを起こすようなら幾らか加減してみます。小幅な加減で済むはずです。
測定器を見せても仕方がないのですが、電子電圧計（ミリバルとも称する）を使って入力と出力の関係を観測しました。
測定に使う信号源は歪みの少ない1kHzの発振器を使いました。 入力信号の大きさを適宜変えながら出力の変化を観測します。
MC3340Pは思ったよりもローノイズでした。 また入力は0.5V(rms) あたりまで加えられます。 従って十分に広いダイナミックレンジがあるので、入力信号の大きさが広範に変化するようなHAMバンド用の受信機にも適しているでしょう。
入力に10mV(rms)を与えた時の出力波形です。 OP-Amp. U2の出力で観測しています。
このようにまずまず綺麗な波形が得られています。 入力電圧が0.5V(rms)を超えるあたりまでこのような波形が得られます。 こうした電子ボリウムをHi-Fiの用途にも使いたくなります。 写真のように見た感じ綺麗な正弦波で測定すると1〜3%程度の歪み率です。まずまず良好と言えます。 HAM用の受信機やAMラジオくらいならまったく支障はないのですが、純然たるHi-Fiの用途にはもう一歩歪み特性が良くないのが残念なところです。
もちろんHAMバンドの、そもそもノイジーで歪んだ受信音なら十分すぎる性能なので受信機への採用に何も問題はありません。 むしろAGCアンプの付加でDC-RXも扱いやすくなれば本格的な受信機の地位が得られるやも知れません。（笑）
AGCアンプはグラフのような特性になりました。 入力の信号が1mV(rms)くらいからAGCが効きはじめます。 その後は1Vあたりまで綺麗に制御されるのがわかります。入力信号の60dB（1000倍）の変化を約6dB（約2倍）に圧縮できます。 どうやらMC3340Pのゲイン制御特性をうまく活かすことができたようです。
DC受信機あるいはオートダイン受信機に使う場合、このアンプの前に20〜30dB(10〜50倍)程度のゲインを持ったローノイズなプリアンプを置くと良いでしょう。 例えば、2SC1815GRを1〜2石で作ったプリアンプなど適当です。 この低周波AGCアンプを出たところに受信音量を加減する（従来型の）音量調整用ボリウムを置き、さらにスピーカあるいはヘッドフォンを鳴らす簡単なアンプを付けてラインナップ完成です。 音量調節のボリウムをあまり頻繁に加減することなく受信可能な使い易い受信機が期待できそうです。
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MC3340Pはもともと低周波のボリウム・コントロールを目的に開発されたICです。 今回の実験のような目的には最適でしょう。 他に、送信機用のマイクコンプレッサのような用途もあります。 さらに、データシートを見ますと意外に周波数特性が伸びていました。 流石にHF帯は無理そうですが、おおよそ2MHzあたりまでフラットに伸びています。その上の方はだら下がりの周波数特性です。 したがって、AMラジオのような455kHzのIF-Ampに使い、広いAGC特性持たせると言った用途も十分考えられるでしょう。 むしろ、こちらの方向に興味を覚えたような感じです。 いずれ機会を見つけてIF-Ampへの活用も検討したいと思います。 では、また。 de JA9TTT/1
（おわり）nm
加藤様、
返信削除おはようございます。大変、興味深く拝見しました。ヘッドフォンで聞くときにも、手動のＶＲ調整が不要になってＦＢです。しばらく火を入れていないオートダインやＤＣ−ＲＸに、外付けのＡＧＣアダプターとして付けてみたくなりました。きっと受信時のフィーリングが向上しますね。では、またＷＳＰＲでも宜しくお願いいたします。
小町・ＪＡ９ＭＡＴ
JA9MAT 小町さん、おはようございます。 今朝は曇天で肌寒く感じるくらいです。 気温の変化がめまぐるしいですね。
返信削除さっそくのコメント有難うございます。
> 手動のＶＲ調整が不要になってＦＢです。
DC受信機とか、AGCのないRXの音量調整の頻度が少なくて済めば扱い易いと思いって実験しました。
> 外付けのＡＧＣアダプターとして付けてみたくなりました。
まずは外付けのアダプタのような使い方から実験してみるのも良いでしょうね。 その場合、アダプタの出力はU1のところから取り出して元の回路の方へ戻してみてください。 10dBくらいのゲインアップになるだけなので、元の受信機への影響は少ないはずです。
> きっと受信時のフィーリングが向上しますね。
幾らか「フィーリングの調整」が必要かも知れません。お好みで時定数など加減されるとFBではないでしょうか。色々お試しください。
WSPRはバンドの様子を見つつ、周波数を変えながらオンエアしています。どうぞよろしく。今朝は17m Bandにオンエア中です。hi
おはようございます。昨日は晴天でしたが、今日は雨が降ってきました。梅雨ですね。
返信削除用事があって、金曜日の夕方に横浜駅の周辺まで行ってきましたが、人で溢れかえっていました。東京方面では感染者がぶり返しているようで、こんなに気を緩めて大丈夫なんでしょうか。出稼ぎ先の周辺ではとりあえず7月末まで警戒を続けるようです。
さて、データシートの等価回路はどう見ても誤りですが、お題の石は差動アンプを2組使ったアッテネータのようですね。この回路ならもっと低ひずみにできそうな気はしますが、手元にデータがないので、それ以上はなんとも言えません。
まともなものが入手できなければ仕方ありませんが、455kHz近辺で使い物になりそうなら応用範囲は広がりそうですし、ディスクリートでも十分組めるので、頭に入れておいて損はない回路だと思います。かつて、「7石のトランジスタ」というトラ技の特集記事で、黒田 徹さんが類似の回路を取り上げていました。
RF/IF AGCもなかなか厄介だと思いますが、AF AGC（ALC）はさらに厄介だと思います。おっしゃるように、フィードバックループがうまくないと、特にアタックで問題を起こしやすいですし、本格的にやるなら全波整流したDC出力をフィードバックしないとうまくないようです。
ALC付きマイクアンプは、昔、東芝からカセットテレコ用としてTA2011Sという石が出ていました。セカンドソースは現行品のようです。性能はそれなりですが、部品点数が少ないので使いやすい石ではありました。同じ用途にはTA7137Pの方がポピュラーだったと思いますが、制御回路の外付けが必要でした。
いずれも、トランジスタを可変抵抗代わりにしていましたが、同じような回路をクワッドオペアンプとディスクリート素子で組んだことがあります。回路はかなり複雑になりましたが、測定データを確認したら、最大利得が40dBで、1kHzのTHDは0.3%以下、10kHzでも0.6%以下に抑えられていたようです。DC-RX用としてもFBでした。
その後、広帯域のオペアンプを使用した455KHz対応版も試作してみましたが、それなりに使えたような気がします。ただ、NFなど、詳しいデータは採取していません。
オリジナルの現行品としては、アナデバのSSM2166があります。ただ、石の値段だけで先の回路を組むのに必要な部品代より高価だったりします（笑）。その簡易版と言えそうなSSM2167なら、その半額以下で入手できそうです。0.5mmピッチと格闘する気力があれば（笑）。
デジタル制御の電子ボリュームICもいくつかあり、これらは十分低ひずみですが、利得制御が0.5～1dBステップというような形になり、今回のような用途には不向きでしょう。
JG6DFK/1児玉さん、おはようございます。 こちらが朝方雨が降ったようですがいまは曇ってます。 こちらも人出は多くなりましたね。 こちら東京に隣接の地域は患者多発ですけれど、当地は離れているので発生はごくわずかです。まあまあ、安全でしょう。（笑）
返信削除いつもコメント有難うございます。
> 差動アンプを2組使ったアッテネータのようですね。
信号電流を分流する形式の電子ボリウムですね。 RF用のAGCアンプと同じ考え方のアンプになっています。 ゲインの可変範囲が広いのが特徴でしょう。
> 455kHz近辺で使い物になりそうなら応用範囲は広がりそうです・・・
普通にRF用のデバイスを使えば済むので、これを使う理由も無いのですが・・・。（笑） 市販のラジオ用ICはどれも良好なAGC特性なので普通のラジオを作る目的ならこれを使ってみる意味もないとは思います。hi hi
> 特にアタックで問題を起こしやすいです・・・
うまくやらないと、どうしても違和感が残りますね。シャックリのような感じとか。（笑）
> TA7137Pの方がポピュラーだったと思いますが・・・
確かテープレコーダ用でしたね。これは使ったことがありますが、低歪みなゲイン可変範囲はだいぶ狭かったです。 広いゲイン可変範囲と可変範囲内での歪みの少なさではMC3340は優秀な方だろうと思います。
乗算器を使えばリニアリティの良い可変ゲイン回路が可能なのですが、回路の複雑さや調整の面倒があります。 MC3340Pのような専用チップはわずかな外付け部品で可能な点がメリットなのでしょう。なかなかスムースにゲイン可変できますので機会があればお試しください。
> デジタル制御の電子ボリュームICも・・・
マイコンとのインターフェースが容易なのでこう言うチップが増えていますね。今回の用途には使いにくいと思います。（笑）
加藤様
返信削除AGC AMP 興味深く読ませていただきました。最後のAGC 特性のグラフを見てマイクコンプレッサーに使えるなと思ったら、最後のところに言及されておりました。
昔は、マイクコンプレッサーやクリッパーなどを自作付加装置として私用している局長さんが多かったと思います。わたくしもご多分に漏れずクリッパーを自作して使用しておりました。昨今ではリグに内蔵されているので、無闇矢鱈に使用している局は余り気付きませんが、昔は音声が聞き取りにくい局が結構多かったように思います。
AGCのない受信機ですが、GNU RADIO でSSB受信機をプログラムしたところ、AGCなしではスムーズに行かないようで、AGCブロックを付加しましたが、アタック・ディケーの時定数はDSPでも結構調整が必要のようです。
IF AGCに使えると面白いですね。
P.S.
June 8 2020 FT8 80m QSO ありがとうございました。qQSLも受け取っております。
JH6WOF/(JO4FSM) S. Miyahara
JH6WOF/JO4FMS 宮原さん、こんばんは。 FT8でQSO有難うございます。JO4FSMで交信いただきましたね。 FT8は2分も掛からずに自動で交信が終わってしまうので印象に残りにくいです。 ご挨拶もそこそこで失礼しました。
返信削除いつもコメント有難うございます。
> マイクコンプレッサーに使えるなと思ったら・・・
低周波のAGCアンプと言うとHAMが思いつくのはマイク・コンプレッション・アンプでしょうね。hi
低周波のコンプレッションアンプは、SSBフィルタでの位相回りがあって、フィルタ通過後のエンベロープとは形が異なってしまうため、ファイナルのオーバードライブへの効果は疑問があると言う意見もあります。 そのような意味ではSSBになってからの信号でコンプレッションを掛ければ良さそうに思います。 455kHzのあたりなら使えそうですし・・・。
> 昔は音声が聞き取りにくい局が結構多かったように思います。
自作品だけでなく、コンプレッサはメーカー製の外付け装置としても各種販売されていましたね。総じて使っている局は音が悪くて騒々しいだけのように感じていました。効かせ過ぎていたのだろうと思われます・・。（笑）
> アタック・ディケーの時定数はDSPでも結構調整が・・・
DSP受信機でもAGCとなれば帰還ループを構成することになるのでしょうから、同じことが問題になるのでしょうね。信号処理ルーチンが深くなると遅延が問題になりそうで難しそうです。hi
受信機の難しさはIIPを大きくと言う方向もありますがむしろフィーリングの良いAGCにあるかなと思っています。良くないAGCは聞いていて疲れますし、了解度も損ねてしまいます。 なかなか難しいですね。
> IF AGCに使えると面白いですね。
だんだんゲインは下がっ行きますが数MHz帯でも使えるように思います。いずれテストしましょう。 うまく行くのではないでしょうか。
加藤さん、こんにちは。
返信削除ここ数日は梅雨の晴れ間で過ごしやすい日が続いてますが、繁華街も以前の人混みに戻っていて2週間後がちょっと心配です。Hi
電子ボリュームICを使用してAF AGCとは思いも付きませんでした。
部品点数もあまり多くありませんし、DC受信機はイメージとAGCが欠点ですからこのAF-AGCを組み合わせるとかなり良くなりそうですね。
マイク・コンプレッサーと言えばAFは普及品でRFは高級品でした。一度SSBに変換してクリップさせてからAFに戻すとか複雑なことをやっていましたがFT-101Z辺りを最後に見かけなくなった気がします、コンプレッサーのために高価なクリスタルフィルターは使えなくなったのでしょうかｗ
JE6LVE/JP3AEL 高橋さん、こんばんは。 緊急事態も完全に解除されて人出も戻ってきましたね。こちら東京に近いので二週間後がかなり気になっています。アキバにも行き難いです。
返信削除いつもコメント有難うございます。
> DC受信機はイメージとAGCが欠点ですから・・・
そうなんですよね。 良くAGCの効いたスーパーから乗り換えるとDC-RXは使いにくいです。 弱い局はとても音が小さくて強い局はやたらと大きな音になって音量の加減が頻繁です。AGCがあればだいぶ扱いやすくなるように思います。
> コンプレッサーのために高価なクリスタルフィルターは・・・
安価なモデルだとコストダウンが優先なんでしょうね。 低周波処理のコンプレッサしか採用できなかったと思います。 正直なところ、効かせるとトークパワーがアップしたように感じますが、不自然なのでDXを呼ぶ時くらいしか使わなかったです。 案外ニーズも少なかったのかも知れませんね。 コストダウンで真っ先に削られた機能かなあ？
稀に来るピークを抑えてオーバードライブを防ぐには良いと思うんですが、そう言う機能だと効いた感じがしないのでウケないんでしょうね。（笑）