エレクトロニクス工作室

No.19 FRMS-AF

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１．はじめに

第6回～8回で紹介しましたFRMSは、20MHzまでの周波数レスポンスを測るのに便利な測定器でした。更に第12回では、測定できる周波数を150～200MHzまでに広げる、FREXを紹介しました。しかし、無線関係の自作といっても、人間が話したり聞いたりする部分はオーディオ周波数(以下AF)です。この部分を測りたい場合がありますが、FRMSではちょっと問題があります。

そこで、改造するなら専用器にしてしまえ、という事で写真1のようなAF専用のFRMS、つまりFRMS-AFを作ってみました。

写真1　入力出力にはターミナルを使い、シールド線のクリップで接続しています。

２．AFでの問題点

普通のFRMSの入出力を直結し、ソフトでAF帯の1～5000Hzを指定すると、測定結果1のようにノイジーになってしまいます。これでは数kHzのAFフィルターの測定をする事はできません。

そこで、FRMSを改造してAFから20MHzまでをと考えるのですが、ここで別の問題が出てきます。AFの測定は一般的に600Ωのインピーダンスで行われます。クリスタルフィルターの測定ではそれでも良いというか、逆に都合が良いのですが、他に支障をきたしそうです。ここが悩むところで、RF/AF兼用の600Ωバージョンとする方法もありますし、完全にAFだけとする方法もあります。応用を考えた場合に、出力インピーダンスは低く50Ωに、入力インピーダンスは高く600Ωか更に高くするという考えもあります。また、VRを使って可変するという方法まであります。

とても悩んだのですが、なかなか結論は出ませんでした。えいやっ、という部分が大きいのですが、完全AF専用機で、入出力は600Ωとしました。

３．回路と製作

基本的には普通のFRMSと変わりありません（当然ですが）。発振出力のアンプとLOGアンプ周辺を600Ωとして、更にパスコン等の値を大きくしてAFでも対応できるようにしています。

まず第一歩として、600Ωの入出力のFRMSとして作成しました。その後で少しずつ改造を加えて行きましたので、基板上には不要と思われる部品も残っています。FRMSの説明書の中に、林さんの行ったAFバージョンへの改造図面がありますので、その追試を基本に改造を行っています。このように改造したFRMS-AFの回路図を図1に示します。出力LPFはオリジナルでは20MHzですが、100kHzとしました。LPFの部分は、写真2のようにマイクロインダクターとマイラーコンデンサで作っています。このLPFを20MHzとしておけば、クリスタルフィルターも測れる事となります。DDSキットの出力部分も600Ωにしてしまいましたが、ここはオリジナルのままとしRF OUT(実際にはAF OUT)の抵抗だけ交換すれば十分であったと、後から気が付きました。なお、D-SUBコネクタには25ピンではなく9ピンを使っています。

図1　FRMS-AFの回路図AF用としては0.01μFは不要かもしれない。

内部の様子を写真3,4に示します。容量の大きいコンデンサを使っていますので、一部は基板の上から見えてしまいます。1μFはチップコンデンサを使っていますが、10μFは普通のリード線タイプです。

写真3　内部の様子です。

写真4　内部の様子です。

ケースはRF用のFRMSやFREXと同じ、タカチのYM-180を使用しました。普段は写真5のように並べています。

写真5　このようにFRMSシリーズを並べています。

４．使用感

改造前の特性が測定結果１でしたが、改造後は測定結果2のように曲線がずっときれいで、ギザギザが無くなっている事が解ります。更に、1～500Hzを見た場合、改造前は測定結果3のように測定できる状態ではなかったのですが、測定結果4のように一応何とかなりそうな状態になりました。

測定結果1　ノーマルのFRMSで1～5000Hzに設定し入力出力をショートした状態ですが、低い周波数ほどノイズが大きくレベルも下がってしまいます。

測定結果2　同じ設定でFRMS-AFバージョンの様子ですが、ほぼ良好な様子が解ります。

測定結果3　ノーマルバージョンで1～500Hzで入力出力をショートした状態ですが、全く測定は不可能という事が解ります。

測定結果4　バージョンでは、何とか100Hz程度までは測定可能でしょう。

試しにLCで作った3kHzの自作LPFを測定したのが、測定結果5です。次に600Ω:600Ωのトランスを測ってみたところ、測定結果6のようになりました。このようなトランスのｆ特は、いままではカタログ上でしか見る事ができなかったのですが、思ったよりもロスが少ない事が解りました。今まで見えなかったものが見えるという事は、それだけで楽しくなります。測定結果7は1k:1kのトランジスター用トランスを、600Ωで測ったものです。測定結果8はジャンクの3.4kHzのLPFを測ったものです。

測定結果5　LCで作った3kHzのLPF(600Ω)を測定してみました。

測定結果6　 600Ω:600Ωのトランスの特性です。

測定結果7　1kΩ:1kΩのトランジスター用トランスの特性ですが、100kHz近くなると下降傾向となるのが読み取れます。

測定結果8　ジャンクですが、3.4kHzのLCを使ったLPFです。

５．おわりに

普段は無線関係の自作を楽しんでいますが、今まであまりAFの部分については力を入れていませんでした。無線機には必ず入っている部分なのですが、適当に作って「良し」としていました。しかし、周波数特性が見えると、ちょっとした問題点も見えて来ます。少しずつレベルアップするために、このようなＡＦバージョンも一助になると思います。

AF用とRF用の2台のFRMSを使用すると、パソコンは1台ですからRS232Cの接続替えをする手間があります。しかも裏側になりますので、これは不便です。この問題には全く気が付きませんでした。そこで、USB⇔シリアル変換ケーブルを2本使い、AF用とRF用とを分けてパソコンに接続しました。それぞれ別のアイコンからソフトを立ち上げる事で、COMポートの指定を変えています。このようにする事で、1台のパソコンで2台のFRMSを同時に使っています。