デジスコ撮影実習日誌

デジスコとデジカメで野鳥や草花を撮影するのが楽しくて実習に励んでいます。 最近では電子工作にはまっています。

VHF発振回路の実験 トリマコンデンサをバリキャップに取り換えた

2020年08月23日 13時45分18秒 | 工作実習

2020/08/22(土曜日)晴れ

トリマコンデンサとコイルを組み合わせた共振回路を持つ、VHF発振回路は
何とか目的どおりの動作をしてくれた。
発振出力もきれいな波形(スペクトラム?)をしている。
そこで次の目的に向かってトリマコンデンサを取り外してバリキャップと
バリキャップの容量を変化させるための逆バイアス電圧を調節する可変抵抗
器(VR)を取り付けた。

回路図はこんなもの。


取り付けたVRとバリキャップ。
回路は今までのものと同じだ。

トリマコンデンサをバリキャップに交換しても発振は正常だった。
ただし、バリキャップの最小容量が大きいのか発振範囲は低い方にずれている。

発振周波数を高くするためにコイルの巻数を少なく(3T)した。


発振周波数の確認。


低い方は100MHz付近に、高い方は135MHzぐらいになった。
オイらの計算ではこのくらいの周波数範囲ならOKだ・・・(ほんとかなぁ、あまり当てにはならないけど)

バリキャップに加える電圧を変化させて発振周波数を確認してみた。
(オイらは波形を見るのが好きなんです・・・・・)

まぁ、このくらいの周波数範囲をカバーしてれば大丈夫だと思うけど、
念のためにもっと高い電圧(逆バイアス)をかけて周波数範囲を確認してみた。

外部電源から16Vを供給した。

バリキャップ逆バイアス電圧を0~16Vにすれば100MHz~143MHzをカバーできる。

まぁ、電源は一つの方が世話無しでいいけど必要な時にはこれも使ってみよう。
さぁ、次は何をしたらいいのかな?
発振出力をそのままミキサーに送り込んではまずいかな?
バッファーを組み込もうかな?

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VHF発振回路の実験

2020年08月22日 11時42分54秒 | 工作実習

2020/08/21(金曜日) 晴れ

今、VHF発振回路の実験をしている。
うまくいったらVHF発振回路の同調部分にバリキャップを組込み、
それに鋸歯状波を咥えて容量を変化させてスイープ発振するVFOを
作りたい。
以前、UHF帯エアーバンドの電波を探るために同じようなVFOを
作ったことがあるが、今度はそのVHF版を作ろうというわけだ。
だけど発振回路の工作はなかなかうまくいかない。
オイらの工作は発振しては困る増幅回路ではやたらと発信して手を焼く
のに、発振して欲しい発振回路では安定な発振をしてくれず、手こずる。

回路を何度も組み直してやっと安定に発振してくれるものができた。

回路図はこんなもの。
同調回路には0.9φ銅線を直径9mm、5回巻き(高さ10mm)のコイルと
4pF~65pFのトリマコンデンサを組み合わせている。
これで約50MHz~113MHzを発振する。
電源電圧は9V。 コレクタ電流が約2mAで安定に発振してくれた。


実験中の様子。


発振周波数ごとのスペクトラム。
余計な(高調波?)?・低調波?)が沢山出ている。
でも、SDRドングルで受信(HDSDR及びSDR#)で確認してみると見つからない。 

NWT-4000でスイープした100.15MHz。 同時に50.18、32.48にもスペクトラムが出る。

SDR#で確認してみる。
100.15MHz付近のスペクトラム。 急峻な波形が出ている。

50.18MHz付近のスペクトラム。 何も出ていない。

32.48MHz付近。 何もでていない。


NWT-4000でスイープした112.76MHz付近のスペクトラム。
同時に56.43、37.69MHz付近にスペクトラムが現れる。

HDSDRで受信して確認すると・・・

112.76MHz付近のスペクトラム。 急峻な波形が出ている。

56.43MHz付近には何も出ていない。

37.69MHZ付近には何もでていない。

NWT-4000によるスイープでは主波の下の方にスペクトラムが表示されるが
HDSDRとSDR#で確認してみるとその周波数付近にはスペクトラムは出ていない。
多分、イメージかと思う。

この実験では50MHzから113MHzぐらいまで安定に発振することが確認できた。
スペクトラムの波形は急峻で幅も狭くてGOODだ。
試しにオシロスコープで波形を見てみた。

なかなか綺麗なサイン波が見えた。
これで一応、トリマコンデンサとコイルの組み合わせではきれいな発振が
できることが確認できた。

さぁ、次はトリマコンデンサをバリキャップに変更して発振させられるか
実験してみよう。

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バリキャップで共振周波数を変化させてみた

2020年08月19日 19時52分13秒 | 工作実習

2020/08/18(火曜日) 晴れ


久しぶりに動かすNWT-150でうまく共振波形が表示できるか確認テストをした。
うん、こういう回路にすると結構ディップがよく出る。
そこで仮に取り付けていたトリマーコンデンサを取り外して代わりにバリキャップ
を取り付けた。
バリキャップには1MΩをかませて0Vから9Vまで変化させられる逆バイアス電圧を
加えるようにした。

試験回路はこんなものです。
NWT-150からは50KHzから300MHzまでのスイープ信号が送られてくる。
そして被測定回路(DUTというのかな?)を通過してまたNWT-150に戻る。
NWT-150に戻る信号はDUTによって影響を受けていてその波形をパソコンモニタに
表示してくれるというわけです。

DUTは0V~9Vの範囲で任意に変化させられる電圧をバリキャップに逆バイアスになるように
加えるようになっている。 コイル(≒0.19μH)はバリキャップと直列に接続されていて
その時点のバリキャップ容量で共振状態になり、NWT-150からの信号の該当周波数成分を
減衰させて(GRNDに逃がして)しまうのでその部分がディップした信号がNWT-150に
戻っていくわけだ。

外部電源から加えられた9Vの電圧を可変抵抗器で分圧してバリキャップに加える。
そしてその電圧値に相当する周波数値をプロットしていく。


NWT-150のモニタ画面には共振周波数に該当する部分がディップした波形が見える。
この波形はグラフィック機能で最大6チャンネル分保存加工ができる。


0Vから83Vまで1Vごとに記録した波形を加工した画像。 最大6CHしか保存できないものを
加工して9CH表示したので何だか見にくい画像になってしまった。


これは0Vから83Vまでを05V間隔でバリキャップに加えてディップ点を記録したものです。
グラフはエクセルで作成しました。

大体15V以上からは直線的に変化していく感じだ。
周波数範囲は101MHzから144MHzぐらいだ。
ただしこのテストではコイルとバリキャップは直列に入っていて余分なものはない。
実際には発振回路に使用するわけで、並列に容量が入ったり余分な部品が接続されたりで
こんなに周波数範囲が伸びるわけではないだろう。
本当のところは発振回路を組んでみないとわからない、と言うわけでこんな実験が
どんな役に立つのかは疑問ですが、オイらはこんなことが大好きだからそれで満足・・・
さぁ、次は発振回路を組んでみよう。

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鋸歯状波をトランジスタで増幅するための確認

2020年08月16日 19時38分41秒 | 工作実習

2020/08/15(土曜日) 晴れ

マイコンボード(ESP-32)でソフトウェア的に作ったバイナリカウンタの出力を
外部の抵抗ラダー回路(2-2R)に加えて鋸歯状波を作ることはなんとか実現できた。
でもその鋸歯状波のスロープは歪んでいて真っすぐではない。
これを直線的に増加していくように修正するのは容易ではないだろう。
マイコンボードでバイナリカウンタを作っているんなら、そのパルスをESP-32が
備えているDAC(デジタル・アナログ コンバータ)で鋸歯状波にすればいいじゃないか。
とは言ってもESP-32の出力は3Vちょっと。
オイらが必要にしている鋸歯状波は10V近く(もっと高い方がいいんだけど・・・)が
必要だ。
だからESP-32のDACから出てきた鋸歯状波を何らかの方法で増幅しなくてはならない。
まぁ、3Vの電圧を10Vにするんだから3倍ちょっと増幅するだけだ。
まず最初はトランジスターでやってみよう。

入力電圧を可変抵抗器で少しずつ変化させてトランジスタに入力し、出力電圧を確認していく。

その回路図はこんなもの。 トランジスタは手持ちの中ではちょっと頑丈そうな感じのものを使った。

そのデータをグラフにしてみた。
可変抵抗器をちょっと動かしただけでもメータの値が変動してしまう。
なかなか正確な値は読み取れない。
でも何となく入力と出力が比例して変化している感じがする部分がある。


トランジスタ増幅(エミッタ接地)では入力と出力は反転している。
だから時間と共に増加していく鋸歯状波を得るためにはその反対の鋸歯状波を作らなくてはならないなぁ。
今まではバイナリカウンタを0から1,2,3と増加させいたのを(最大値)255、254、253・・・と
減らしていけばいいんじゃないの?
じゃぁ、次はDACの鋸歯状波をやってみよう。

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スパイク状ノイズが消えました

2020年08月15日 12時58分47秒 | 工作実習

2020/08/14(金曜日) 晴れ

マイコン(ESP-32)のプログラム上に作られた8ビット・バイナリカウンタの出力を抵抗ラダー回路
(2-2R)に加えて鋸歯状波を作る実験をしている。
初めは鋸歯状波の出力電圧が予定の半分ほどで、スパイクノイズ?みたいなパルスが沢山出てくる。
何でだろう?
カウンターの各ビットの波形を見てみると最上位ビット(bit8)の波形がおかしい。
非常に幅が狭くて立ち上がってすぐ下降しているような波形だ。
これを見てちょっと気になることが浮かんだ。
プログラム上の8ビットバイナリカウンタの各ビットの情報はbitread( )という関数に
よって外部に取り出しているのだが、ビットの指定を最下位ビットをbit、最上位ビットをbit
としてプログラミングしているのが誤りではないだろうか?
そこで最下位ビット=bit、最上位ビット=bitに変更してみた。

これでカウントパルスも正常になり、鋸歯状波のピーク値は電源電圧(9V)とほぼ等しくなってくれた。
しかし、スパイクノイズは出ている。
そこで鋸歯状波出力にパスコン(0.33μF)をかませてみた。


スパイクノイズはほとんど消えた。

鋸歯状波のスロープは直線ではないがこれはR-2Rを校正しているトランジスタの特性や
抵抗器の値がバラついているからだろう。


まぁ、なんとかここまではきた。
でもマイコンでカウンタを作っているんだからDAC(デジタルーアナログ変換)を使って
鋸歯状波を出力すればいいじゃん・・・
でもねぇ、これも工作を始めてすぐ思いついたのですが、VFOのバリキャップを駆動する
のには直流の0V近くから9V以上になる鋸歯状波が必要なのです。
マイコンのADC出力を直流増幅するのは難しそう・・・・ でもやってみるかぁ。
次はその実験を始めようと思います。

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カウンタープログラムに誤りがありました

2020年08月14日 19時44分29秒 | 工作実習

2020/08/13(木曜日) 晴れ

マイコン(ESP-32)にプログラムで計数するカウンタを作り、
その出力を抵抗ラダー回路(R-2Rというらしい)加えて鋸歯状波を
取り出す実験をしているのだがどうもうまくいかない。
R-2Rには約9Vの電圧を加えて、ピークが9V近い鋸歯状波が得ら
れるはずなのだが約半分ぐらいの電圧しか得られない。
それに鋸歯状波のスロープには針状のノイズが沢山出ている。

波形をコピーしてみた。
8bitの出力は針のような尖った波形でおかしい。

R-2Rに加える8bitのバイナリカウンタ出力はマイコン(ESP-32)で
プログラム処理で作り出している。
プログラム内に2バイトのカウンタ用変数を用意してプログラムによって1つずつ
カウントアップしていき、256をカウントしたら(0~255まで)また0に戻って
カウントを繰り返すというものだ。
以前、12bitのカウンタを作ったときのプログラムを流用した。
だけどちょっと気になることがある。
カウンタ用変数がカウントした値の各ビット情報はビット読み出し(関数)で
取り出してくる。
このとき最下位ビットを‟bit1(1bit目)”とし、最上位ビットを‟bit8
(8bit目)としてプログラムを組んである。
もしかすると最下位ビットは‟bit0”、最上位ビットは‟bit7”かもしれない。
その辺を確認してプログラムを修正してみた。

おーっ、鋸歯状波の出力が大きくなった。
最上位ビットの出力も正常に見える。
なんてーこった・・・・・・
バイトデータのビットは1ビット目、2ビット目・・・・ではなくて0ビット目、1ビット目
・・・・・と指定するんだ! (当たり前かもしれないけど知らなかったです。)

修正後はこんな感じです。
(実際にはプログラム修正だけです。 配線は元のままです。)

鋸歯状波の出力が大きくなった。

バイナリカウンタの各ビットの出力も正常になった。

スロープに発生するスパイクはカウンタ変数内のビット状態を読み出すのに
ごくわずかだが時間がかかるのだろう。
その間、出力端子がHIGHになるものがあるのだろう。
その結果鋸歯状波も鋭く立ち上がってスパイク状になるのかもしれない。
まぁ、前回作った全ハード構成のカウンタによる鋸歯状波作成回路でも
同じような現象が見られたのだから仕方がないか・・・・・・
出力に並列にコンデンサを抱かせて吸収してみるかな。

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局発をスイープ発振させて電波を探る

2020年08月13日 19時42分25秒 | 工作実習

2020/08/12 (水曜日) 晴れ

何とか100MHz~150MHzを発振させるVFOを作ることができた。
コイルは0.9φの銅線を直径9mmの円形に5回巻いてそれに3pF~10pFの
バリコンを組み合わせてある。
可変容量が3pF~10pFならバリキャップで対応できるだろう。
バリキャップに鋸歯状波を加えて容量を変化させれば100MHz~150MHzの
範囲をスイープするVFOになる(はずです・・・)。
ちょっと前のことになるが同じような実験を300MHz~350MHzぐらいの
範囲で実験したことがある。
実験はなんとかうまくいってローカルの航空自衛隊基地と飛行中の自衛隊機との交信を
探索して電波の有無をオシロスコープ画面に表示させることができた。
この時の発信周波数スイープはTTLのカウンタICと抵抗ラダー回路を組み合わせた
鋸歯状波発生回路を使用したのだが純然たるハード回路なので工作はとても大変だった。

最近はマイコン工作にも手を出しているのでその部分はマイコンで処理できる見当が
付いている。
もしかすると、100MHz~150MHzをスイープして電波を捉えたらちょっとの
間だけワッチしてまたスイープを続ける・・・なんていうことができるかも知れない。
やってみよう・・・・・

           (以上前置き 相変わらず前置きが長いねぇ)

こんな受信機を作ってみたい・・・

以前のUHFスイープ受信のときにミキサーやIFアンプ部分は工作してある。
問題は鋸歯状波作成回路だ。
バリキャップを駆動するのには3V~12Vぐらいの逆バイアス電圧をかける必要がある。
一方、マイコンの電源は3.3Vだ。
この差をトランジスタを介して吸収してみた。

鋸歯状波は抵抗ラダー回路で生成する。 
今回は8bit回路で実験してみた。

抵抗ラダー回路の工作。 うまいことを考える人がいるもんだ。 本当に感心してしまう。

組みあがったラダー回路をスタティック(静的)に動作させて電圧変化を確認する。

マイコン(ESP-32)を8bitのバイナリカウンタとして動作させる。

バイナリカウンタとラダー回路を結合して動作させてみた。
何とか鋸歯状波のような波形が出ているが・・・・・・・


何とか鋸歯状波のような出力をだしているが、スパイクノイズが大きい。
それに波高値が3V強しか出てこない。
8bit目のパルスが異常に細い。
何かロジックミスがあるのかな? (ただ単なるバイナリカウンタなんだけどねぇ・・・)
ラダー回路の(トランジスタ負荷抵抗やバイアス抵抗)値もいい加減に設定してあるから
かもしれない。
時間をかけて調整してみよう。

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NWT-4000も使ってみた

2020年08月11日 16時33分58秒 | 工作実習

2010/08/10 (月曜日) 晴れ

こんな工作を始めて何年目になるだろうか?
たまたまスチームエンジン工作が縁で親交を深めた友人がこういう高周波工作の
ベテランで高周波初心者のオイらにいろいろアドバイスしてくれたり、手持ちの
部品をプレゼントしてくれたりしてこの趣味に引き込んで(?)くれたのがきっかけだ。
もうかれこれ5、6年にはなるだろう。
高周波関連の工作を続けているうちにSDR(ソフトウェアラジオ)というものを知った。
外国の地デジ・チューナー用のICを使った中華製のドングル(USBでパソコンと接続
する小型の装置)でパソコンにインストールしたソフトウェアで動作させる受信機だ。
FM放送はもちろん、VHFやUHFの通信も受信できる。
ただこのドングルは地デジチューナーの流用なので短波放送のような低い周波数の
放送は受信できない。
オイらもずーっと昔、ラジオ少年だった頃にラジオを改造して短波放送何ていうものを
聴いたことはある。 海の向こうの遠い国からやってくる電波。 音が大きくなったり
小さくなったり(フェージング)しながらアナウンサーが伝えるわけのわからない言葉を
聞いていた。 中にはとても素敵な音楽を流す放送局もある。
また勇ましい曲を流して自国を宣伝する放送局もあった。
そんな短波放送をまた聴いてみようと、低い周波数の短波放送をSDRドングルが受信
できる高い周波数に変換するコンバータを工作した。
コンバータの工作には局部発振器と称する高周波発振回路が必要だ。
オイらの工作は発振してもらっては困る回路(増幅回路など)ではやたらと発振するくせに
発信してくれないと困る(発振回路)ではなかなか発振してくれない。
高周波先輩のアドバイスやインターネットにアップされた資料・記事を参考にして
やっと高周波を発振させることができた。
こういう高周波(VHFやUHF)になるとその存在を確認するのがなかなか大変だ。
話には聞いたことがあるレッヘル線や、ハムが使う吸収型周波数計なんかかな?
オイらが持っているような低性能なオシロスコープでは波形をみることもできないし、
一応はグリッドディップメータを持ってはいるが、200MHzまでしか対応しないし、
微弱な高周波(電波)には反応しない。
こういう時も工作友人の高周波先輩は頼りになる。
「スペクトラムアナライザー」といものを教えてくれた。
まぁ、その名前ぐらいは聞いたことはあるが、目玉が飛び出すぐらい高価な測定器だろう。
だからオイらには縁のないもので使い方なんてもちろん知るわけがない。
でもこの高周波先輩は「オイらが使うのには必要十分で値段はめちゃくちゃ安い」ものを
教えてくれた。
それがこの「NWT-4000」という「スイープ・アナライザー」だ。

             以上前置き・・・・・ 相変わらず前置きが長いねぇ。

今日は、作りかけで部品箱に放り込んであったVHFのVFOを工作してみた。
短波放送受信用コンバータ、UHFのVFO工作などで苦心した結果、2、300MHz程度の発振器は
問題なく作れるようになった。
生プリント基板に細切れのプリント基板を張り付けて回路をつくる「切り張りランド方式」の効果も
大きいだろう。(この方式も高周波先輩に教わった。)

ケースはペーパークラフトで作った。
バリコンの目盛が張り付けられればOKなのでペーパークラフトでも十分だ。

発信範囲を広くするためにコイル巻き数やバリコン容量をいろいろ変えてみた。

これはコイル(0.9φ銅線 直径9mm 巻き数5回)とバリコン1ユニット(2.8pF~9.3pF)の組み合わせ。
100MHz~130MHzを発振する。


これは同じく0.9φ銅線で 直径12mm 巻き数3回のコイルと バリコン(2.8pF~9.3pF)の
ユニットを2個並列に接続したものを組み合わせたVFO.
100MHz~150MHzを発振する。


VFOの出力をー40dBのアッテネータを経由してNWTー4000に入力する。

テスト構成図。

テストで得られたグラフ。


100MHz~140MHzのVFOができたらこれをLOCにしてVHFエアバンドを受信する受信機を
作ってみよう。
あのザーザー雑音が出る超再生受信機も良いけど難聴になるかもしれないからこんどは普通の
受信機で聞いてみよう。
バリコンをバリキャップに換えてマイコンと組み合わせてスキャン受信もしてみたいな・・・・・・・。

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VHF超再生受信機がおかしくなった

2020年08月10日 09時50分20秒 | 工作実習

2020/08/06 (木曜日) 晴れ

たまにはエアーバンドでも聴いてみようとVHF超再生受信機のスイッチを入れてみた。
ところがザーザー・・・・という超再生特有の雑音が出るばかりだ。
この時間帯なら航空機との交信が頻繁に聞こえてくるはずだが・・・・
どうしたんだろう? また調整が狂ったのかな?

この超再生受信機は今から4年ほど前に工作したものだ。
当時、高周波発振回路工作に興味を持ち、あれこれ工作・実験に励んでいた。
そんな時に工作友人が「NWT-150」という高周波用の測定器のことを教えてくれた。
「NWT-150」は50KHzから300MHzをスイープ出力するVFOを持っていて、
そのスイープ出力を被測定物(”DUT"と言うらしい)に送り込み、DUTの出力をパソコンに
表示して波形として観測することができる測定器だ。
共振回路の共振状態やフィルターの特性などが観測できる。
もちろん、高周波アンプの増幅度なども観測できる。

この「NWT-150」を入手してからは工作・実験もちょっと「高級化?」した。
高周波回路は今まではほとんど手探り状態で調整していたがNWT-150によって具体的な
調整ができるようになった。
苦手だった高周波回路工作も面白さが増してきた。
その結果、挑戦したのが「超再生受信機工作」だった。
オイらが「ラジオ少年」だったはるか昔、ラジオ工作雑誌に出ていた超再生ラジオ工作に
挑戦したが何度やっても失敗した。
その後も機会があるたびに挑戦したがいつも失敗ばかり。 それ以後はもう手を出すことは
なかったのだが、今回また挑戦する気になったのだ。
NWT-150、ディップメータ、オシロスコープ・・・測定器を駆使して何とか超再生受信機が完成。
ついにVHFエアーバンドを受信する超再生受信機ができ上った。

それからは時々はこの超再生受信機でエアーバンドの交信を聴いてきたのだが、先ほどスイッチを
入れてみたところ、ザーザー・・・・というノイズしか聞こえないという状況になってしまった・・・・・・・
 
    というわけです。 (以上前置き・・・相変わらず前置きが長いねぇ(笑い))


工作した超再生受信機。
上の(ペーパークラフトケース)受信機はUHFエアーバンド用。 ローカルの航空自衛隊基地の
交信が聴こえる。
下の受信機が今回トラブルのVHFエアーバンド受信機。
  

電源をONにしてみるとザーザーという超再生ノイズが聴こえるだけ。
RF広帯域アンプが壊れたのかもしれない。
アンプを交換してみたら正常に交信が聞こえてきた。
 
      
NWT-150を使ってRF広帯域アンプの通過特性を確認してみた。

取り外した「不良」と思われるRF広帯域アンプを測定してみる。

測定結果。 増幅器としては動作していない。

部品箱にあった予備のRF広帯域アンプを確認してみた。

測定結果は正常で30dBのゲインを得ていた。 


RF広帯域アンプを交換して受信テストをしてみた。
その結果、以前のように受信できるようになった。
その様子を動画でご覧ください。

市販(中華製)RF広帯域アンプを小さなシールドケースに収めるのはなかなか面倒だった。
この際、通電状態を示すLEDも取り付けたのでなお一層面倒な工作となってしまった。
今どきこんな超再生受信機を使うなんて時代錯誤も甚だしいが、まぁ、苦心して工作したものだけに
ザーザーという雑音の中から聞こえてくる交信は‟味”がある・・・・なぁーんちゃって(笑い)。

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