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VXO実験-3 水晶の組み合わせと可変範囲

2012-09-01      
 何もVXOの製作に燃えなくても、DDSやら何やらの登場で手軽に正確・安定な高周波源を得られる時代ですが、やはり基本は抑えておきたいなぁ・・・というのがここ一連の実験です。淡い記憶の中、数少ない自作成功リグでもVXO部分は苦労したわけですが、当時のデータとしては回路図しか残っておらず・・・っていうか、克明な記録なんて採れるほどの設備もなかったわけで、さらに20年くらい前のこと故、具体的なことは何にも覚えていません。これは無理からぬことでしょう・・・と整理

 ・・・ということで、漸く発振部分の実験は終え、周波数を動かすところにスコープを当てました。これまでの実験結果より、回路的には「実験-1」のものが良さそうで、後はコレクタ電流の調整だけ行えばよい所まで追い込んだため、早速この部分の実験に移りました。



 主な部品の定数は変えていません。VXOにすべく、10μHのインダクタ(秋月で購入)とポリバリコンを水晶に直列接続しました。この実験は、Aの先・・・即ち水晶の接続の仕方に対して、どんな挙動になるのかという「じゃぁ、見てみよう」的な子供実験です

 前々から、VXOの上を行く「スーパーVXO」の存在は知っていました。同一周波数の水晶発振子を2個並列接続することで可変範囲を広げる技・・・しかし、それ以上の個数についての記述があまり見つからず、せめて「3こ並列」までは確かめてみようというお遊びです。手持ちの10.738635MHzの水晶を用いた簡単な実験ですから結果のみ・・・。

水晶個数上限周波数下限周波数変化
110.760010.73100.27%
2同上10.72570.32%
3同上10.71780.39%

 実際、上限周波数辺りはQRHが酷く、10.75MHz辺りから実用範囲となりましたが、概ね2つより3つ・・・という結果です。今回の狙いはここにないためこれ以上の追求はしませんでしたが、手持ちで同じ周波数の水晶が沢山あれば、ここを突っついていくのも有りだなぁ・・・と思った次第。

 さて、今回のVXOの要求仕様は「10.7MHz±30KHz」の安定した信号源が欲しい・・・というものです。勿論、普通にVXOを構成しても可変範囲的には難しいかなぁ・・・と思っていたわけですが、「ちょい周波数のずれた水晶発振子の組み合わせではどうなるんだろう」という疑問を自己解決しようと思い立ったのが、今日の実験のメインテーマです。

 10.7MHz近辺の水晶は、上記の他に10.7MHzのクリスタルフィルタ用の局発(USB/LSB用)と10.7MHz丁度の水晶の3個。本当は、上記実験の水晶で下の方に50KHz位動かせたら使おう・・・とも思っていたのですが、流石に難しかったためにこの実験に及んだという部分もあります 四の五の言わず、直ぐに実験・・・結果は以下の通りです。

水晶組み合わせ上限周波数下限周波数変化
10.7MHz単独10.720010.69190.26%
10.7+10.7015MHz10.720010.68690.31%

 上記に加えて10.6985MHzの並列もやってみましたが、結局同一周波数の個数増量以上の変化は認められず・・・。発表事例が少ないのは、少しずれた周波数の水晶入手が難しい・・・という原因の他にも「そもそもメリットがない」ということも一因なのかも知れません。勿論、QRH等の改善に寄与するなど別の効果があるのかも知れませんが、今回の要求仕様は結局満たせないことからここで実験は終えました。

 直列のLCの値の見直しなども考えられそうですが、今の測定系では小容量のコンデンサを介した「50Ω終端」という形にしかならないため、この後に置くバッファの効果を先に探っておく方がよいと判断しています・・・ということで、一種の備忘録でこの実験は幕引きですが、以下のことは解ったことにします。

 ◆ 10MHz辺りでも0.2%くらいの可変範囲ならどうにかなる
 ◆ スーパーVXOについては結構効果があり、3個以上の並列接続でもその効果が見られる

 さぁ、バッファだバッファ

VXO実験-2 まだ綺麗な正弦波を作る

2012-09-01      
 昨日は風邪から復活の勢いで実験に着手しましたが、測定環境・・・というか、スペアナとの接続があんまり良くなかったので、ケーブルを少し改善しました。



 まぁ、同軸の先っちょにワニ口をくっつけただけですが、昨日はこの部分が大変長かった(ワニ口が両端に付いた30cmほどのビニール線を使っていた)ために測定データが怪しげ・・・まぁヘッポコ実験なんでそれはいいとして、効果のほどはというと・・・。



 かなり効果がありました。やはり、できる限りの努力はしておくもんですね このデータは水晶のホット側からのもので、第九高調波まで見ていますが、エミッタからの出力では昨日の結果同様「櫛状」に高調波が測定されましたので、とりあえず昨日の結果は結果としてOKでしょう。

 さて、今日午前中のお題は「小技でもう少し改善できないのか」・・・もう一声、高調波成分を押さえ込むことができないかという懲りない実験です。



 まず、昨日の実験の経緯で小さい値になってしまったAの帰還コンデンサですが、これを直列につないであるコンデンサと同じ程度の値にするとどうなのか・・・ということで、Aのコンデンサに並列に56pFをつなぎました(合成容量で83pF)。



 ムム・・・若干、悪化しています。基本波の出力が若干落ちており、その分高調波側に持って行かれた感じです。コルピッツ発振で若干苦労する場合に、Aのコンデンサ容量を下げると良い・・・という記事をよく見かけますが、発振のし易さばかりでなく「質」も上がるようですね。

 次に、Bの抵抗を挿入して帰還量を落としてみました。これも「発振回路の完全マスター」の受け売りです。



 第二高調波からほぼ「櫛状」に高調波が並んでいます。基本波と第二高調波との関係は、この記事の最初の測定データとほぼ同じですが、そこから上があまり芳しくありません。

 ・・・というわけで、結果的には昨日の回路図のものが良さそうです。エミッタ抵抗をもう少し大きくして軽く発振させたいところですが、この辺りは今後の実験で追い込みたいと思います。

VXO実験-1 綺麗な正弦波を作る

2012-09-01      
 今週はずっと風邪気味だったにも関わらず、昨日は「ご接待」をしてきました。微熱に焼酎をペース落とし目で飲んだのですが結構ダメージがあり、今日はゾンビの如く会社に行って月曜の準備をしてそそくさと帰宅。帰ってから2Hほど爆睡したら少し軽快したのをいいことに、夕飯を終えてからヘッポコ実験を始めました。

 何で今さらVXOなのか・・・は後々のお楽しみ()に棚上げしますが、今日のレシピはVXOの根幹たる水晶発振部分の実験です。
 このところ死蔵品の活用を念頭に置いており、最初にチョイスしたトランジスタは「2SC458」・・・fTが230MHzほどであり、HFの下の方の発振なんてチョチョイのチョイかと思ったら、これが全く発振せず 周辺の定数をあれこれ変えてもウンともスンとも・・・といった有様。そこで、足が少しちょん切れた使い古しの「2SC1906」が転がっていたので換装したら一発発振。トランジスタがお釈迦だったのか、水晶のアクティビティが落ちているのか(水晶も古いんでねぇ・・・)分かりませんが、まぁとにかく発振しました。



 回路自体は何の変哲もないコルピッツです。コンデンサの値は、2SC458が上手く発振できなかった名残りですが、まぁそんなに変な値ではないでしょう。供給電圧が低いのにも実はわけがあるのですが、これはまた別記事で書きます

 さて、回路図中のAとB・・・よく見かける回路では、Aから小容量のコンデンサで出力を取り出してバッファに持っていきますが、我が蔵書「発振回路の完全マスター」(もうとっくに絶版です)の中に、Bから取り出すと高調波の少ない綺麗な波形だぜ って書いてあるんで、先日作ったスペアナアダプタで高調波成分を見てやろうという魂胆。
 スペアナアダプタは、数日前の晩に軽く板金加工して箱入れしてしまいました。基準発振の調整も比較的簡単にでき、後は0dBmの校正のみです。これを行うために、出力電力の判っている高調波の少ない発振器を作る・・・校正前のスペアナでは絶対値は信用できないものの「感じ」は掴めるだろうという思いつきで、ひとまず実験してみました。

 まずはA点の波形・・・10pFのセラコンを介してスペアナを接続して測定しました。ただ、接続の仕方は結構杜撰です・・・。



 一番左が基本波です。なんか「櫛」のように綺麗に並んでいますね。第二、第四より第三高調波が強めなのは、何となく「教科書通り」な感じです。それにしても、途中の配線の影響だと思われますが、あまりにも高調波が強いね・・・。

 一方のB点・・・水晶のホット側に同じようにスペアナを接続して測定しました。



 確かに、俄然高調波が減っています。軒並みA点よりも10dBダウンです。配線はA点の測定とほぼ同様なんで、比較対象にはなるでしょう。もし本当に10dBも差があるとすると、後続のフィルタも楽になりそうですね

 問題は、この方法でVXOとしての挙動(可変範囲への影響、QRH、出力変動の有無)がどうなのか・・・といったところまで検証しないと、今回の用途に使えるかどうか判断できませんのでさらに実験を重ねていきますが、逆に局発等の「固定周波数の発振」という意味では、今回の「B点取り出し方式」は結構使えるかも・・・と思います。
 また、今回の回路でコレクタ電流が2mA程度流れていましたので、もう少し電流を減らして(バッファにその分稼いで貰って)素子発熱を抑えるとさらにQRHの少ないものにできそうです。

 それにしても、スペアナでの「見える化」・・・これはかなり強力な武器になりそうです
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どよよん無線技士

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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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