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AGCのそもそもの条件は!?

2017-03-15      
 今日の都内は小雨混じりで寒い一日でしたが、週末の暴食(実はカレーをしこたま食べました・・・)で気になる体重を落とそうと「地下鉄一駅分」を歩きました。増上寺から東京タワーに向かうようなルートでしたが天候が芳しからず・・・「目の保養」になるようなものは見当たりませんでしたが、帰宅後に体重計に乗ってニンマリすることができました

 仕事の合間に考えることは、数日前から拘っているAGC回路のことです。IFアンプの我が儘な特性をできるだけ「自然な強弱」にするというのが命題なんですが、そもそもの条件・・・どんな風に受信信号の強弱をコントロールするのかについて、より具体的に考える必要があるなぁと考え倦ねていました。そして、今日の仕事合間の道中に「参考になる受信機持ってるジャン」と当たり前のことに気付きました そう、ひとまず手持ちのメイン・リグたる「TS-590D」のAGC特性を確認してみようと思い立ちました。既に戦列の最前線であるSG「HP8648B」を使い、TS-590Dの信号受信具合について「AGC ON」と「AGC OFF」でどんな塩梅なのか確かめたくなったわけですね。

 上記SGの最低出力は0.036μV(dBm換算で-136dBm)に当たりますが、0.2μV(S/N10dB)までは余裕な筈のTS-590Dで聞こえるかどうかというのが帰宅後の最初のヘッポコ実験・・・お~ 見事に復調できました。そして、AGC ONの状態でSGの出力を上げていくとS3~4辺りでAGCが利き始め、それ以上に出力を上げていっても"音量的”には変化が無くなりました。

 この辺りの様子をグラフで纏めてみました。



 このグラフでは、Sメータ指示の電力値(dBm@50Ω)に加え、対応する電力値に対してIFアンプ出力を「S3~4程度で一定になる」という条件を「92dBの利得」として、AGC制御後の出力を描いています。また、前提としてS9+60dBの電力である「-13dBm」をIF出力・・・即ち、IFアンプが全く動作しない状態を最大出力電力と仮定しています。

 AGCが利いていない領域はS0からS4の部分ですが、これはTS-590DのAGCを切って実際に聴いてみると、「小さい信号は音量が小さく、信号が強くなるに連れて徐々に大きな音量になっていく」という至極当たり前の様子。この大凡20数dBの差については、どよよん耳(=多分、一般の人の耳程度だと思います)でも「自然な強弱」という範囲(特に音量調整はいらない範囲)に収まっていますから、AGCのセッティングとしてはこんな感じで良さそうです。
 また、「IFアンプのゲインが92dB」という条件が整うと、市販のリグに負けない「受信部」が作れることになりそうです。勿論、IFアンプに到達するまでに利得があるかないかということも考慮に入れなければなりませんが・・・。
 さらに、-13dBmがIF出力電力としてこの場合のAGC出力電圧を仮に1Vとした場合、AGC回路の利得として20数dBは必要ということになります。この辺りが、次の実験課題ということですね。

 雑然とした考察ですが、AGCのコントロールモデルとして市販リグをサンプルにした場合は、ざっとこんな感じに収まるんじゃないかな

AGC回路の初段の条件

2017-03-13      
 今日は少々早めに帰宅できたんで、IFアンプのコントロール部にあたるAGC回路・・・それも「初段」に当たる部分の条件を考えてみました。

 AGCループを形成する場合、その入力となる信号ソースはIF出力かAF段のどこかにそのエントリーを設けることになります。IF出力から取り出す場合は、何といっても復調回路からのキャリア漏れを小さくする努力が必要。一方、AF段から取り出すのは容易ですが、やはり復調後の信号強弱によるコントロールで満足できるか・・・といったちょいとマニア臭が漂う部分でのトレードオフが必要です。また、RF⇒IF段のゲインが乏しいと、勢いAF段から必要十分なAGC電圧を取り出す方が簡単・無難になります。
 とは言え、この辺りは「何処に重きを置きたいか」という嗜好の問題であることも確かであり"正解"はありません。自作機故の悩みでもありますが、自分の技術力とのバランスが必要な部分でもあります。

 長い長い能書きは置いて結局どうしたいかというと、「自然なAGCを実現するソフト制御」が命題であり、それに付随する回路を順当に設計・実装できれば良いわけなんですが、どうしたってAGCの入力部分の吟味は必要なわけです。
 やや難易度の高いIFからの取り出しには、先に記した通り復調回路からのキャリアのリークの押さえ込みが必要なんですが、まずまずその方法は判っているつもり・・・となると、今後の定番たる「IFからの取り出し回路」について、できるだけ簡素な(素直な)回路で定型化したいというのが「最初の実証課題」となりました。



 何の変哲もない1石のFETアンプに倍波整流を施してAGC電圧を得る回路です。さぁ、ここからは、どよよん無線技士さんの思いつくままのTweetを列挙しましょう。

 ① VCCは9-12V辺りを想定。また、こんなところで無駄な電力を
   消費するのは愚の骨頂・・・必要なゲインを確保するRDとRSを
   上手く選定しながら、IDとして「10mA以下」を目指す(実)。

 ② CcはIF出力に直接接続する。FET入力のインピーダンスは
   高いんで(ポピュラーな100KΩ設定として)計算上無視すると、
   接続するIF出力に影響を与えない程度のインピーダンス・・・
   IF周波数で数KΩ程度になるような容量のものを選択する(計)。

 ③ FETのチョイスはいろいろ考えられるが、IF周波数が低い
   (概ね10MHz以下の)場合は、小信号向けのFETが広範囲で
   使えるはず(実)。

 ④ いわゆるパスコン(Cp)は、IF周波数に対して十分低いインピー
   ダンスのものを使う。10MHz以下は0.1μF、10MHz以上は
   0.01μFで十分であろう(結)。

 ⑤ AGC検波用のダイオード(Di)は、検波性能の高い・・・
   できるだけVfの低いもの(Geかショットキー)が望ましい(結)。

 ⑥ 終端のRLは出力インピーダンス。後続にオペアンプやADCが
   つながることを前提にすると、10KΩ程度が望ましい。一方、
   CLは整流信号への交流漏れをグランドに流すため、④と同じ
   ような選択の仕方で良いが、RLと共に「時定数」を形成する
   ため、余り大きな容量にも小さな容量にもできない。
   ひとまず0.01μFとする(実)。

 我が儘勝手な上記「6つの呟き」に対し、末尾に怪しげな「カッコ閉じの一文字」を添えてあります。

 (計) 計算で求められる
 (結) 大凡結論が出ている
 (実) 実験してみよう

 今回作ろうとしているIFアンプは、4MHz付近を中心周波数として想定しています。これを前提に考えると、②,④,⑤は回路図に記入できそうですね。



 ちょっとオッチョコチョイですが、⑥のCL/RLの値もひとまず決めてしまいました。これで1ms程度の時定数を持ちますが、AGCでコントロールされる電圧の短時間変化が「数ms台の下の方」なら、”常人”には引っかかる感じや飛んだ感じが認識できず問題ないと思います(10KΩと0.01μFで構成される時定数は大凡1msであり、問題ないと判断)。

 たったこれだけの回路ですが、個々の部品の値には「意味がある」ということですね。上記の考察を頼りに①と③について実験・・・もしその途上で問題が見つかったら、そこを掘り下げるような感じで進めたいと思います。

IFアンプを手掛ける前に

2017-03-12      
 実験済みのSL6440Cミキサーを置くような受信系の設計で、次にぶち当たるのが「IF回路の悩み」です。RF初段やミキサー部のゲインが低い(SL6440Cで高IMDを期待する場合は、変換利得を0dB~-1dB程度に抑える必要がある)と、そのしわ寄せはIF/AF部に来ますが、そこそこの感度を実現するためには、IF部で稼ぎ出す利得が100dB超ということにもなります。勿論、QRP送信との組み合わせでは、市販HF機の0.1 ~ 0.2μV (@S/N 10dB)ほどの高感度が必要かどうかは怪しいところですが、仮にこの辺りの微小な電波をオーディオ出力(数100mW)まで持ち上げるためには、そこそこのIFゲインが必要なことは間違いありません。

 これまでのIFアンプ成功例は、たった2つしかありません。

 ① 2SC1855×3段アンプ
 ② 3SK74×3段アンプ

 前者はログリニアなIF特性を得るための「30年前の定番」であり、キャビティ紛いの成形と「超デカップリング」に気をつければ、案外再現性の良い回路だったと記憶しています。そして、自作機として初めて「免許条件」に加えた15mのSSBシングルバンドトランシーバに採用したのが、このIFアンプです。
 実は、このアンプはぶっ壊されることなく残っています。稚拙な作りで恥ずかしいんですが、ちょっと晒してみましょうかね。



 この男梅サワー、結構美味いですよ・・・じゃなく、その下のオンボロ基板がIFアンプです。回路部分は片面基板にランドを貼り付けて組み、電源とAGCラインは貫通コンで基板の裏側に取り出しています。また、裏側にはデカップリング用にFB801-43を6つほど・・・トロ活回路の受け売りです。また、この時のAGCアンプは、2SK19で受けたIF信号をオペアンプで下駄を履かせて戻すような形で組んでいます。聞き味は当時の記憶・・・30年くらい前のこと故、具には覚えていませんが、強力な信号でも耳に来ない聞き味だった記憶があります。

 後者は、6mのSSBトランシーバ「クリームちゃん」(このネーミング、再三止めようと思っているんですが、どうやらブログ主が密かに気に入ってしまっている模様・・・)で使っています。デュアルゲートFETは、ソース抵抗を上手く置いてやることで、そこそこ素直な特性のAGCができます。自作機としては十分と言えますが、如何せん1石の利得が20dB程度となるためAGC云々より「ゲイン不足」になり易く、このクリームちゃんもAF段にプリアンプを置いて凌いでいます。

 今回は、これらIFアンプ部の見直しとして比較的ポピュラーな「MC1350P」を使い、かつちょっと曲がったAGC特性を上手いことコントロールしてみようと思い立ったんですが、これが結構手間が掛かる目算になってしまい、この辺りで悩んでいます。基本性能を手中で何とか・・・と考えると、前出の2つの方法も実は捨て難いと思う部分があるものの、流石に少々古い技術領域でもあります。
 また、ノイズの抑え込み・・・高いゲインでノイズ成分の出力が結構大電力になりノイジーな聞き味になってしまう部分については、途中に噛ますフィルタ(Qの高いタンク回路)を工夫する必要があり、この辺りはアナログバリバリの実験題材になりそうです。

 ただ、AGC制御については、実はソフト制御を取り入れてどんなにひん曲がった特性でもリニアに押さえ込んでやる と、どよよん無線技士さんは意気込んでいるようですので、個々の雑多な検討と実験を重ねていくという地味な作業が続きますから、モチベーションの維持が課題。はてさて、どうなることやら・・・
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どよよん無線技士

Author :どよよん無線技士
こおるさいん:JM1DPL

アパマンというハンデにさらにQRPまで課し、失敗連続のヘッポコリグや周辺機器の製作・・・趣味というより「荒行」か!?

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