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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周波数特性測定器の製作(その1)

 期せずして出てきた2個の秋月DDSキット、1個はFRMS製作に使用しましたが、残りの1個で「周波数特性測定器」を並行作業で製作しています。

 周波数特性測定器とは、かの有名な後閑氏のサイト「電子工作の実験室」で公開されている「DDSとPICによる周波数特性測定器」です。オーディオアンプ等の周波数特性を測定するツールで、古い記事ですが多くの方が製作されたのではないでしょうか。
 詳しい回路や動作原理、プログラムまで公開されており、そのまま製作すればアンプの特性測定に便利だろうと期待します。

 今は安価なDDSチップが出回っており、これらを使用するのがスマートですが、秋月DDSキットを有効活用したいと思います。

バラック作動確認アップ


1.回路
  「電子工作の実験室」の記事「DDSとPICによる周波数特性測定器」と書籍「電子制御のためのPIC応用ガイドブック」で公開されている回路をベースにします。
  基本回路は公開版と同じですが、使い勝手を考えて少し変更してみました。
  回路はうまく作動したら清書してアップします。うまく作動したらですが。

 (1) 出力チャンネルの追加
   入力が2チャンネルなので、出力も2チャンネル出せるように出力アンプ用オペアンプを1個追加しました。これで左右チャンネル同時に計測できる?

 (2) 上限周波数の変更
   記事では最高周波数が16MHz程度となるようなフィルター定数ですが、自分の使用目的では10MHzで十分なので、なるべく高調波を避けるためにフィルターはカットオフ周波数12MHzの7次チェビシェフとしました。

 (3) PC接続
   PCとの接続はRS232CコンバータICが使用されていますが、ここはお手軽にFT232RLユニットを使用してUSB接続としました。仮想COMポートで繋ぎます。

 (4) 電源
   バラック接続で作動させたところ最大電流は160mA程度で収まりそうです。
   本機はPC接続せずに単体(手動モード)でも使用できるので、電源は外部電源とUSBバスパワーの両用とします。
   切替えは簡単にダイオードの突き合わせです。160mAでの順方向電圧降下(Vf)が極力小さいダイオード(ショットキー等)を使用する必要がありますが、場合によっては低ON抵抗のMOSFETを使用した方がよいかもしれません。
   出力アンプのオペアンプ電源は、昇圧型DC/DCコンバータと3端子レギュレータで9Vを与えています。

 (5) 方形波出力
   アンプの方形波応答チェックに使用できるように方形波出力も設けます。
   DDS出力(正弦波)をコンパレータにかけるのではなく、DDS基板の抵抗ラダーから出力周波数と同一の方形波が出ているので、シュミットトリガを通して整形して出力します。


2.組み立て
  各回路は小型ユニバーサル基板に納めました。グランド面を十分に取った専用基板を起こすのが得策ですが面倒です。
  ノイズ問題が出たらその時はカット&トライで頑張ります。FRMSであれほど手こずったのに懲りていません。

 (1) LOGアンプ&PIC基板
   ノイズの面からは好ましくありませんが、LOGアンプとPICを同居させました。一応LOGアンプの電源入口にはコモンモードフィルター(基板裏面)を入れて気遣ってあります。

LOGアンプ&PIC外観

 (2) DDS基板
   DDS基板はフィルター定数を変更しました。インダクタはチップ型を使用して裏面に取り付けています。フィルター回路のLCは値が揃うように実測して選別しました。
   方形波出力は抵抗ラダーのピンからリード線で引っ張り出しています。

DDSキット外観

 (3) 出力アンプ基板
   正弦波出力用オペアンプ2個と方形波整形用のロジックICが載っています。正弦波出力レベルはオペアンプ入力のVRで可変し、方形波出力レベルはトランジスタバッファ前でVRで可変します。

出力アンプ外観

 (4) USB&電源基板
   USBはお手軽に秋月のFT232RLユニットを使用しました。ミニUSBコネクタは強度的に心配ですがコネクタ取付け部をハンダ補強して妥協しました。
   電源切替え用のダイオードは手持ちの中から実測してVfが小さなもの(約0.35V/160mA)を選別しました。
   各部への電源ラインには途中にコモンモードフィルターやインダクタを入れて、ノイズ対策としています。

USB&電源部外観

 (5) ケース組み込み
   これは後回しです。取り敢えずバラックで作動確認します。


3.プログラムの準備
 (1) FT232RLドライバ
   USBドライバは、メーカサイトよりダウンロードしてインストールすれば完了です。

 (2) PICプログラム
   電子工作の実験室のサイトではソースコードも公開されていますが、書籍CDに入っていたビルド済みのHEXファイルを使用しました。

 (3) PCプログラム
   サイトで公開されているEXEファイルをそのままPC(WinXP SP3)で使用しました。ソースコードも公開されています。


4.作動確認
  バラック状態で作動確認をしました。

バラック作動確認

 (1) USB電源
   PCの背面パネルから1.5mほど延長したUSBケーブル端で約4.95Vでした。
   電源基板や途中の電圧降下も含めて末端部のVccは約4.55Vになってしまいました。ちょい低めですが何とか動いているようです。

 (2) 手動モード
   外部電源をONして本機を立ち上げると、すぐにDDSは最低周波数10Hzで発振状態となります。発振周波数を変更するにはロータリーエンコーダ(RE)でアップ/ダウンしますが、可変ピッチは当該周波数単位の1/10ディケード(1kHz帯なら100Hzステップ)となります。
   REが24パルスのため、高い周波数に設定するのは少し間怠っこしいです。JN3XBY氏の「秋月ロータリーエンコーダのクリックはずし」を参考に96パルスにすると心もち軽快ですが、その分操作がクリチカルになります。
   REの回転に合わせてLCD表示周波数が変化し、DDSが当該周波数で出力することを確認して完了です。

 (3) 自動(リモート)モード
   PCとUSB接続してソフトを立ち上げ、仮想COMポートで接続するとPCからリモートコントロールが可能となります。
   試しに、周波数特性を10Hz~1MHzまで20ステップに設定して測定を開始すると、DDS出力周波数がステップ単位で変化し、同時にPCにグラフが描かれれば確認完了です。

周波数特性図サンプル

   未調整なのでグラフの値は適当な値となっています。
   なお、PCで計測中止ボタンを押してもDDSは発振を停止しないので注意が必要です。


5.次は
  取り敢えず時間を見つけてケースに組込まなくてはいけません。
  その前に、できれば少しプログラムを変更したいところがあるので、トライしてみます。
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