nobuの雑記帳「+バイアスを少し」

近頃なぜか真空管や電子工作に興味を持ちだし、日常生活に少しの刺激と楽しみをプラスしようと、凝り固まった頭の体操も兼ねてこの雑記帳を綴ることにしました。
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CWアクティブフィルターの製作 (その1)

 近頃オモチャにしているHF受信機IC-R72で、たまにアマ無線バンドを覗いてトンツー(CW)をワッチするのですが、少し早い通信にはついて行けません。一文字毎にメモしておかないと直ぐに忘れてしまい、まして和文などとんでもない状態です。ウン十年のブランクとは言え情け無い・・・。

 IC-R72は廉価機なのでIF段CWフィルターがオプション扱いで、2.3kHzのSSBフィルターしか装備されていません。追加購入は出来ますがお気楽リスナーには手が出ない価格です。
 CWスピードについて行けない事をフィルターのせいにするつもりは(少ししか)ありませんが、出来るだけ余計な雑音が入らない環境で聴きたいものです。

 と言う事で、CW用オーディオフィルターを製作してみる事にしました。受信機の音声出力をフィルターに通す事で帯域外の余分な混信を除去して聴きやすくします。
 近頃の無線機はDSP式の高機能フィルターを標準装備しており、今さらの感もしますが、私の手に負える範囲でオペアンプを使用したアクティブフィルターを製作する事にしました。

CWフィルター 基板外観2jpg


(1) アマ無線時代
 アマ無線をやっていた頃はQSO(交信)にはさほど興味はなく無線機製作に夢中でした。それでも自作無線機でQSOできた時の喜びは格別で、そのために手っ取り早く自作できるのがA1(電信)送信機でした。


(2) 市販のCWフィルター
 近頃の無線機には殆どオーディオフィルターが内蔵されており、外付けで追加するような必要性は無いようです。そのためか現行のメーカ製品は殆ど見当たらず、キットで幾つか市販されている程度のようです。

 ネットで調べたところ、使い易そうだなと思ったのはSCAF-1というモデルです。基本はローパスフィルターで、操作はカットオフ周波数調整だけというシンプルさがいいです。 回路もしっかりしており、MAXIM社のスイッチト・キャパシタ・フィルターMAX295を2個使用した高次ローパスフィルターとなっており、カットオフ周波数は450Hz~3.5kHzなのでCW以外にもSSB受信にも効果がありそうです。


(3) CWフィルターの検討
 SCAF-1の回路をそのまま真似ようかとも思いましたが、MAX295の入手が面倒そうです。またパーツボックスの中には出番を待っているオペアンプが幾つか転がっており、これらを活用した純アナログ式アクティブフィルターにします。
 しかしMAX295のようなバタワース型8次ローパスフィルターをオペアンプで構成し、カットオフ周波数をツマミ一つでコントロールするなど気が遠くなります。私には到底出来ません。シンプルな回路構成で行きたいと思います。

 ① 目標仕様
  主はCWとして、できればSSBにも使用できるようにします。
  ・フィルター構成 :ローパスフィルター(LPF)+バンドパスフィルター(BPF)
  ・LPFカットオフ周波数:400Hz~2.5kHz連続可変
  ・BPF中心周波数:600Hz固定
  ・BPF通過帯域(-3dB):200Hz以下
  ・オーディオ出力:ヘッドホン及びスピーカ

 ② フィルター構成
  初段にはSSB用にLPFを使用します。カットオフ周波数可変型としてSSB帯域外のノイズ除去を狙います。
  CW用にはBPFを使用します。中心周波数は受信機のサイドトーン周波数600Hzに合わせた固定型として、帯域幅を200Hz(-3dB)以下とするために2段とします。

 ③ ヘッドホン及びスピーカ出力用に簡単なアンプを設けます。


(4) 全体構成
 フィルター回路の全体構成は図のようにします。

フィルター構成

 受信機のオーディオ出力(ライン出力)を受けて、スイッチ切替えでスルー/SSB/CW-W(ワイド)/CW-N(ナロー)を選択し、オーディオアンプ経由でスピーカ出力します。

 受信機からの信号は、まずLPFを通ってカットオフ周波数以上の高域成分をカットします。
 LPF出力を2段のBPFに入力し、CWサイドトーン周波数600Hzを中心周波数とする2段のBPFで両サイド成分をカットします。1段目のBPF出力はCW-ワイド、2段目出力はCW-ナローとして選択出力します。
 フィルター調整ツマミはLPF用(カットオフ周波数)のみとしました。

 なお、受信機でのCWチューニングがやりやすいように、受信機のサイドトーン600Hzに合わせた簡単なチューニング表示器を設けました。


(5) バラック製作
 色々な書籍や先達の方々の事例を参考に、取りあえずバラックで組んでみました。
回路構成は当初予定どおりの、ローパスフィルター(LPF)1段、バンドパスフィルター(BPF)2段、スピーカ出力アンプ及びCWチューニング表示部です。

CWフィルター 基板外観

 フィルター回路のばらつきを少なくするために、使用する部品には少し気を遣いました。抵抗は1%精度の金被抵抗、コンデンサは5%精度品から自作LCメータで値が揃ったものを選別しました。
 それ以外は殆どが手持ちの汎用品です。

 回路は複雑なところはないので、小型ユニバーサル基板1枚に収まりました。


(6) 特性計測
 パソコン用FFTソフトを使用して、バラック状態でフィルター部の特性計測を行いました。

CWフィルター バラックテスト

 FFTソフトの信号発生機能で10Hz~24kHzをサイン波でスイープして、出力レベルを計測しました。

LPF特性  BPF特性

 左のグラフがLPFの特性で、カットオフ周波数が最小時(LP(low))と最大時(LP(high))の特性です。約1kHz~2.5kHzの可変範囲を有しており、高域減衰特性は約-60dB/octとなっています。

 右のグラフはBPFの特性で中心周波数は600Hzに調整しています。1段だけの特性(BP1)と2段重ね(BP1+BP2)の特性です。さすがに2段重ねはシャープな特性となっていますが、中心周波数付近の特性は期待していたほどシャープではなく、1段の特性と大差ないようにも見えますが、まあいいか。


(7) 感想
 ケース加工は大儀なので後回しにしています。暇を見つけてケースに収納し、実際に受信機に接続してその効果を確認しようと思います。

 今さらながらのアナログ式CWアクティブフィルターですが、上記以外にも幾つかの回路を試作しましたが思うような特性を得るのは大変でした。アナログフィルター回路は(も)奥が深いです。
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