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2017年3月 2日 (木曜日)

フリスクDSPラジオの製作No.1(2017/4/27:アンテナ共用回路追加)

 aitendoで大量に発売されるDSPラジオ関連商品をただ眺め続けるのも辛くなってきたので遂に手を出しました。それなりに小型安価でLR音声出力の同相/逆相が選択できる【AKIT-M6952S(V2)】を選定、これをフリスク120の空きケースへ詰め込みます。限られた容積を目一杯使い大容量な角型リチウムイオン電池を搭載したことで連続稼働30時間を誇る実用品が完成しました。

 ※これの応用で連続稼働100時間の据え置き形も完成!⇒据え置き形DSPラジオの製作No.1
 ※さらに連続稼働24日間の据え置き形弐号機も完成⇒据え置き形DSPラジオの製作No.2
 ※さらにフリスク120サイズを一回り大きくしたポケット形なんてのも既に完成しています。
 ※そしてDSPラジオを100均の充電用電池BOXへ組み込んだポケット形の参号機なんてのも。
 ※2017年12月5日、ポケット形4号機も完成しました。

Img_11072 前回の状態から追加した機能があります。チューニング時の同調表示LEDと内蔵リチウムイオン電池を充電するための外部接続端子です。これらはデザイン優先のため、同調ボリューム、バンド選択スイッチ、音量ボリューム、電源スイッチ兼用4極ジャックと共に同一な側面に集めてあります。

Img_11102 これは4極ジャックへステレオイヤフォンを差し込みんで実際に受信動作しているところ。電源スイッチはステレオプラグを差し込むことでONとなる様に4極ジャックを上手く配線しています。白いイヤフォンプラグ横にある小さくて青い同調LEDの光っている様子が判るでしょうか。普通は赤LEDとかなんでしょうけど、青のほうがカッコイイです。それと電池電圧が放電末期の3V以下まで落ちてくると、同調していても光らなくなるので充電時期の目安になるという利点も。

Img_11142 この写真は内蔵リチウムイオン電池が実際に乗っかっているところで、使っている単セルは最終的に3.7V1010mAhのものとなり、大容量なタイプを詰め込もうとするとこんな感じの二階建て構造にするしかなくてかなり苦労しました。
 単セルの出所は第83呟【リチウムイオン電池パックを分解する⑪】で、これよりも薄くて楽に詰め込めるタイプはあるんですが、その代わり容量が少なくなってしまい選定では悩んだところです。DSPラジオ受信動作時は30~35mA程度の消費電流を食っているので、このセルの容量ならばだいたい30時間程度は連続で使えるものと推測しています。
 内蔵リチウムイオン電池を充電するには、内箱に埋め込んだ二組の丸ピンを介して外部充電器を接続します。内箱に固定してある剥き出しの端子は、必要最小限の穴しか開いていない外箱を被せて上手く隠すことで、金属などに接触してショートするのを防げる構造です。

Img_11162 リチウムイオン電池を跳ね上げて一階部分の各パーツを眺めて見たところ。配線は上手くやらないと厚みが出てしまい、リチウムイオン電池が納まらず外箱が閉まらなくなるので取り回しに苦労した結果がこれで、結局あまり綺麗に出来ませんでした。もじゃもじゃと丸まっているコイルはFM用のアンテナで気休め程度に付けてます。本当はイヤフォンコードをアンテナ兼用にしたかったんですけれど分離回路が上手くできなくて妥協した結果です(→改善しました。下の4/27改良情報参照)。
 この写真なら良く判るので説明しておきますけど、同調表示用の青LEDはチップ品を使っており、そこに直付けしたφ1mmの光ファイバーを通して外箱に空いた穴まで導光しています。写真では光ファイバー先端が箱の外へ飛び出しすぎている様に見えますけれど、これはわざと固定せず自由に抜き差しできるようにしているから。蓋を占める時は内箱から引き出した光ファイバー先端を外箱へ先に通してから被せます。上手く被さったら飛び出している光ファイバーを面一になるまで押し込めば見た目キレイに仕上がるという訳です。ちょうどBトレインショーティーの前照灯をLED化改造する時に使う光ファイバーが上手く転用出来て大助かりです。

~20170427の改良情報~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

 FMアンテナの扱いに改良を加えました。当初はイヤフォンコードをアンテナ兼用にする予定でFM-ANT端子を音声出力4極ジャックのアースへ単純に繋いだらイズまみれになってダメでした。そこで高周波分離回路を挿入しようと思って小型なフェライトビーズを探していたところ、千石電商でお手頃の品を手に入れました。早速コイル巻いて音声出力ラインへ挿入したらピタリとノイズ無くなって上手くいきましたのでご報告です。

Photo_2 上図ではφ3.5mmの4極ジャックを上手く使って、ステレオプラグを差し込んだ時に電源が入る様な工夫をしています。そのため、一般的に3極ステレオジャックを使った同じ様な回路を組むよりも余分にもう一つフェライトビーズを使ってしまっていますけど。

~20170228までの状態~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

 aitendoのDSPラジオキット【AKIT-M6952S(V2)】を使ったフリスクDSPラジオの製作は順調に進んでおり、今回は最大の難所であったケース加工が終了したのでその様子を記載しておきます。

Img_10952 横幅が広く、若干厚みが増したフリスク120のケース。横に立てて置いた時に天を向く側面へ集中して操作系をまとめてあり、他3ケ所の側面は無加工になってます。2つあるボリューム用の細長い角穴(2mm×10mm)や切替スイッチの小さな角穴(1mm×4mm)を加工するのが一苦労でした。

Img_11022_2  内部の様子。一度全て配線して動作は確認済みです。またもや配線がウニ状態になってしまったので、見た目を綺麗にしたくやり直す前の写真です。左端の小部屋部分へバーアンテナのPA-63Rがピッタリ入って素直に固定できたことは、作る前には判らなかったことであり棚ボタでした。

Img_11012 フリスク120の内箱に入れることのできる最大厚みは9mmです。その下半分へ組み込むのは、DPSラジオ基板、音量調整ボリューム、受信選局ボリューム、受信バンド切替スイッチの4パーツで、これらは厚みを3.5mm以内にする必要がありとても苦労しました。おかげでクリスタルや47μFのパスコンは基板上に取り付けることができず外付けになってます。
 そして上半分5.5mmの空間には角型リチウムイオン電池が載ります。これで先の4パーツ分の厚み3.5mmと併せて9mmジャストとなり、外箱は綺麗に被さってくれるという訳です。

~20170223までの状態~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
 ラジオ少年には何かと天国なお店aitendoが発売しているDSPラジオを作ってみるのです。前回チラッと見せた
配線ウニ状態な恥ずかしいシロモノから打って変わり、今回のはフリスク120の空きケースへ詰め込むことを想定した本格的な加工寸法割り出しのための試作機です。

Img_10812 フリスク120の内箱ケースへ詰め込み可能な横幅は、旧製品よりも5mmほど広がって32mmちょっとになりましたから、色々と組み込むのは楽になりました。数あるaitendo製DSPラジオの中から、LR音声出力の逆相/同相設定が選択ピンで選べるAKIT-M6952S(V2)を選定しています。完成品モジュールよりもキット(V2)の方では基板がより小さく出来るので限られたスペースへ突っ込むには御誂え向きです。

Img_10822 各部の詳細をば少々。LR音声出力にはφ3.5の4極ジャックを利用し、ステレオのプラグを差し込んだ時に3極目が4極目のグラウンドにショートすることで電源ON/OFFを実現しています(1、2極目はLRに使用)。これは自作エフェクターの電源スイッチ省略化で良く使う手法ですね。
 受信バンドの選択には一時的にありあわせのカーボン抵抗で作ったネットワークを付けていますが、必要なのはAM、FM1、FM2の3バンドだけなので、22kΩ、30kΩ、130kΩのチップ抵抗があれば小型最適化できます。
 チューニングと音量用のVRには厚み3.5mmの薄型ダイヤル式を選定していますけれど、選局がクリティカルなチューニング用に関しては多回転ポテンショメーターにすることも出来ますね(実験済)。
 バーアンテナは長さ30mm程度の製品を3タイプ準備して実験しました。結果は、aitendoオリジナルな二品種よりもアイコー電子製PA-63R(旧マックス品)のほうが受信感度高かったので今回採用してます。aitendoで同じコア径φ6mmの製品はコイル部分の径が9mmもあって入んないんですってば! それで楽に入る薄型で角型な製品を試してみたんですが、コア断面が減ってその分感度下がっちゃうみたいなんですよね、ちょっとガッカリ。

Img_10832 このDS6952チップは結構な電気食いでありまして、受信中はなんと35mA前後も消費します。これでは電源をケチってボタン電池とかコイン電池で妥協すると数時間しかもちません(そういう製作記事多いし)。そうなると実用的とは言い難いため、容量の大きな3.7V1050mAhの角型リチウムイオン電池を搭載、これなら30時間は連続で使えるという算段で十分実用になるかと思います。
 連続稼働時間を気にするならば
もう一回り大きめなセルを搭載できるゆとりはあるんですけど、バーアンテナに近づけすぎると感度が落ちてしまう事実を確認したため、写真の様に20mm位は離さないとダメっぽく、この大きさのセルで我慢なのです。

 さて、これであとは仕上げ段階に移行できる状態まで辿り着きました。各パーツの配置を今一度最適化し見た目にもカッコ良くしなければなりません、もうひと踏ん張りです。

※製作は各人の判断にて行い、それによって生じる責任を負うこともお忘れなく。

 

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コメント

待ちかねていた形が見えてきました!仕上がりが楽しみです。

> コア断面が減ってその分感度下がっちゃうみたいなんです

実は、クロヤマネ子さんの「消費電流35mA」という情報を知ってから、AM専用で1.5V電源で0.1mAというチップ(LMF501等)(クロヤマネ子さんは同等品で昔作成済みだと思いますが)、マイクロインダクタ+トリマーコンデンサでも使えそうだというので、単五電池を「改造報告No.5」の筐体に入れて先端ライト部分へスイッチ兼用の3.5mmジャックを取り付けて、イヤホン式の小型AMラジオ(選局は半固定式)を作ろうかと考えていました。
http://sudoteck.way-nifty.com/photos/vcos/am_radio.html
http://skomo.o.oo7.jp/f39/hp39_6.htm

しかし、今回の記事を見ていると外部アンテナ無しで使うにはバーアンテナが無いと厳しそうだなと感じています。妄想だけで頓挫ですね。

( '-')ゝ 何とか新しいネタが発表できてヤレヤレです。相変わらず『LEDライト改造』ではありませんが、これでしばらくは楽しめそうです。

 バーアンテナの威力は絶大でして、最初の配線ウニ状態テストでビニール線つないでいた時とは雲泥の差です。500kHz台のNHK第一から1200kHz台の民放までうるさいくらいガンガン鳴ってくれます。選定テストにおいて、推奨の350μH品ではなく低容量バリコン向けの900μH品を繋いでも使えたのには驚きでした。

 気になる消費電流については、チューニングLED表示を思い切って止めるか制限抵抗を入れて光らせればもう少し下がってくれるでしょう。またモノラル音声でよければ、LR音声を逆相出力設定にして一つのスピーカーかイヤホンを接続すれば効率の良いBTL駆動にできるので、さらに消費電流は落とせるはずです。

フリスク120のケース加工などの進展具合はいかがでしょうか?

私はいまだに「改造報告No.5」や「改造報告No.9」のキーライト筐体に入るAMラジオ(1.5Vで3mA以下)を作ってみたくて妄想中です。下記リンクのような回路にしてみたい。
イヤホン式ICラジオ
http://www.zea.jp/audio/ttr/ttr_01.htm

秋月で ワンチップAMラジオIC UTC7642
秋月で 可変インダクタ 500μH シールドケース入り (+固定コンデンサ)
或いは、aitendoで トリマコンデンサ(5個入) [TC-6] 120pF (+小型インダクタ)
の組み合わせで、ヘッドフォンのコードをアンテナにするだけで実用的な受信感度が得られるかどうか…

もし、バーアンテナ必須との結果が出ればキーライトサイズは諦める!代わりに「改造計画No.17」のマコト製2WAY LEDキーホルダーへPA-63Rと単六アルカリ乾電池で組んでみたい。

UTC7642は入力インピーダンスがLMF501Tに比べて低いらしくいろいろ苦労するので必要に応じてFETバッファ追加すると良いらしい。
本当はLMF-501Tを安く入手できれば一番良いのですが。
http://www.geocities.jp/shoranosekai/1IC-1FET-6TR_Radio.html
http://6503.teacup.com/biji/bbs/1764


話は変わりますが、

「新型の白色 LED 5 灯版ポイントライト」(3mm砲弾LED)がようやく近所のセリアで陳列されるようになりました。
http://riso.space/go-point5/

今日は買わなかったのですが「Big5」よりも明るいとのことなので、近いうちに購入してLEDを取り出し「Big5」の筒のみ版先端へ取り付けてみたいと思っています。
LEDの性能が向上してきているので、最近の商品は数年前のモノとは比較にならないほど明るくなっているようです。

( "-") フリスクDSPラジオのほうは、本日追加パーツを仕入れてきたところです。

 一先ずは剥き出しのままで使っているのですが、そのうちショートして昇天しかねないので、ちゃとした形にしたいです。

 ご近所のミーツにグリオナ製ミニパワーランタンが入荷、白と黒とを一つづつゲット、茶色は不人気で沢山残ってました。壊す前に電池入れてスイッチオンこれは明るいですね、SMDの方もムラとかなくて良い仕事しており別に改造せず十分使える。殻割り分解すると例の如く電流制限抵抗一本方式。でこれだと電池の減り方によって暗くなっていくタイプですか。単3形電池3本直列BOXが良く出来ているので壊すのは惜しいですけど、ここへ角型リチウムイオン電池を隙間なく詰めたくなってきました。

 ポイントライト?それが5灯になった新製品?全く視野に入っていませんでした。お店にはそれらしきものが並んでいた様な気がしますけれど。 

> ミーツにグリオナ製ミニパワーランタンが入荷

この百均ライトはまともに使える商品ですよね。電流制限を見直せば…
SMDの部分を「COB ミニライト(6LED)」アルミ放熱板のモノ(長さが少し短くて上記SMD三個分)に交換すると連続運転でも安心できそうです。
最近の百均ライトはLED性能向上によりようやく実用レベルになりました。

ということで「5LEDポイントライト」を味見用に一個買ってきました。

3mmLEDなのにとても明るく、まずまずの綺麗な白色光です。「LP-AWME56F1A」へcree専用レンズをつけたものに似た明るさと光色で、これまでの3mm品の暗くて青白い悪いイメージが払しょくされました。発光部とレンズの距離が短いのでスポットが非常に広い広角照射です。

しかし、製造はまだまだ安物相応のレベルです。LED部を外して確かめようとしたところ、LED一個抜け落ちました。原因はイモ半田です。半田面を見ると、基板にLEDをセットし「足を切断してから」半田付けしていると思われますが、フラックス不足或いは温度不足で半田が浸み込んでいませんでした。無鉛はんだの取り扱いに慣れていない作業者なのでしょう。

LEDの足の長さは1.3mmしかないので他へ流用するには苦労しそうです。5個くっついた基盤をそのまま流用すると良さそうです。そのままで程良い広角スポットが得られるので「LP-AWME56F1A」よりも使い易い場面が出てきそうです。
基板外周を0.5mm削ると「改造報告No.5」に丁度入ります。

( !_!) この前の秋葉原入りでウイルス拾ってきたらしく、鼻炎でティッシュが一箱無くなりました。

 ミニパワーランタンの方は、単3形電池3本直列BOXに入りそうな角型リチウムイオン電池を探してみたもののその容積を生かせるモノが無く、単3電池を素直に3本入れた方がエネルギー密度高そうで諦めました。なので電流制限抵抗を止めてAMC7135を入れたり、1LEDの方をCREEチップXP-Gに交換するぐらいしかやることありません。

 鉛フリーハンダは安価なスズ銅系を使っているんじゃないかと思います。ハンダゴテの温度が低いと上手く溶けてくれません。

> 天を向く側面へ集中して操作系をまとめてあり、他3ケ所の側面は無加工になってます。

なるほど!
フリスクケース利用製品の場合、元の形状を極力残すという暗黙の約束からケース加工は少ないほど良いし、操作性と部品配置を考えると最善ですね。薄型リチウムイオン充電池が有ればこそ完成するラジオです。
ただ、ポケットに入れて使うことを考えると3.5mmジャックはL字型を使う必要が出てきますけど…

こちらは、
3mmLED版5LEDポイントライトの配光と色味が意外に良いので他の筐体に入れてみたくなりました。
取り敢えず手頃なサイズの「改造報告No.10」とスポットが強すぎる配光の「改造報告No.11」筐体に入れてみたいと思いました。3ユニット入れると15LEDなので350mAほど流しても許容範囲です。「改造報告No.10」(18650式)には6LED-COBミニライトの調光回路(強、中、点滅)とAMC7135を利用すれば面白いなと思っています。

( '-')r 連続稼働時間を最優先にした設計なので、リチウムイオン電池の大きさがネックとなりあのような各パーツ配置に落ち着きました。

 ポケットに入れて使う時に閊える可能性については、[mytoshi]さんご提案の通りL字プラグを持ったイヤフォンを使うか、L字プラグを持った延長ケーブルを噛ませれば問題にはならないでしょう。バーアンテナと電池の配置における受信感度低下問題が生じなければもっと自由に設計できたんですけど、こればっかりは実際に組んでみないと判らないので。

 超高輝度形φ3mmLEDの7本を最密充填配置にしてφ9mmな7灯LEDモジュールを作ったことありました。極力密着させるため鍔の部分を削り落として使っていたのですけれど、強度が無くなってリード線がスッポ抜けてしまいダメにした苦い経験があります。同じLEDダイを使っているのにモールド径が小さいものの方がより明るく見えるのは錯覚?

連続稼働30時間を誇る実用的なフリスクDSPラジオの完成、おめでとうございます!
確かに「小さくて青い同調LED」のほうがカッコイイです。
しかも蓋を閉めた時に最も綺麗に見える位置になるよう可動式機構とは!

> 本当はイヤフォンコードをアンテナ兼用にしたかったんですけれど分離回路が上手くできなくて妥協した結果

内蔵アンテナコードで関東圏の主要な放送局はステレオで受信出来ているのでしょうか?

市販ラジオはどのような回路でイヤフォンコードをアンテナ化しているのかわかりませんが、
1.ICのFMアンテナ端子とイヤフォンのどちらかのコードを数十pFでつなぐだけでは駄目でしょうか?
2.内蔵したFMアンテナ用コードをイヤフォン用コードへ単純に巻付けてカップリングさせるとどうなるでしょう?
無責任な未確認アイデアですけど…

( !_!) 何とかまともに使えるモノが仕上がってホッとしています。本命のLEDライトより使用頻度が高そうなのはご愛敬。

 青い同調LEDの件は、実は内箱と外箱との穴あけ位置がズレて上手くフタが閉まらなくなった失敗をリカバリーした結果でして、苦肉の策というところです。
 またイヤフォンコードをFMアンテナ兼用にする件は、市販のラジオを分解して分離回路を真似しようかと考えています。10pFを噛ましたり近接カップリングさせる手法は既に試していましたが、むしろ両方ともノイズが増えてアウトでした。恐らく低周波増幅で積んでいるD級らしいアンプが悪さをしているんじゃないかと推測しています。

 これに味を占めて今後いくつかバリエーションが増えるかも知れません、相変わらず本命LEDライト改造を放り出したままで。

唐突ですが、クロヤマネ子さんはこのラジオを聴く時にどんなイヤフォンを使用していますか?

私は散歩時に聴く時のMP3プレイヤー用に昨年末「JVC HP-F140」(500円台)を購入してとても気に入って使っています。
http://www3.jvckenwood.com/accessory/headphone/inner/hp-f140/

出力音圧レベルが108dB/1mWと高いのでボリュームを少ししか上げなくても大きな音が出て、、且つ低音が良く出るためそれまで聞こえていなかった低音がしっかり聞こえてきて手軽に楽しめます。

( "-") DAPのCOWON製iAUDIO E2に付属してきたイヤフォンが疲れなくていいです。詳細な特性が不明なんですけれども。

 なお、最近の流行な耳の穴に押し込むインナータイプは閉塞感が嫌で敬遠しています。

「フェライトビーズ」へのコメントが遅くなりました。
RFフィルターが受信感度UPに絶大な効果を出していて凄いです。
そのことに気づくクロヤマネ子さんは流石です。

FM受信感度でこちらも悩んでいることが有ります。
クロヤマネ子さんの方法を応用出来ないかなと考えているこの頃です。

2011年に購入して気に入って使っている音楽プレイヤーMP870の充電池性能が劣化して来ていて、FM録音が当初8時間連続余裕だったのに、二年ほど前から6時間ほどで電池残量マークがゼロになります。途中でモバイルバッテリーから充電しながらだましだまし使っている状態です。

この機種は二年ほど前(?)に生産終了となった為、昨年在庫があるうちに予備を追加購入しておいたのですがFM受信感度が非常に悪くなっていました。Firmwareをどんどん改善してくれていたので気に入っているのですが、他にも幾つか変わっていて、同じ形をしているだけの別機種状態です。許せないのはキーの刻印が粗末な印刷に変わり数回触るだけで消えてしまいました。当初は二色成型で今でもマークが綺麗に残っています。

追加機をメインでは使えなくなったため、そのうち分解して充電池入れ替え予定です。
FMチップが変更されていなければアンテナ周辺回路を改善できないか眺めてみたいと思います。

( '-')ゝ FMアンテナのイヤフォンコード共用化が考えていたよりもずっと楽に解決出来たことは、ずばり「案ずるより産むが易し」でした。

 RFフィルターは恐らくですけどフェライトビーズでなくてもマイクロインダクターで同じ機能が実現できますから、そちらのほうが入手性も良くより安価で出来るでしょう。

 手持ちDAP(iAUDIO 7)のFMラジオ機能は結構な電気食いで、しかも安定性や感度が悪いのであまり使っていませんでした。AKC6952チップを使ったフリスクDSPラジオや据え置き形DSPラジオを使うようになってから、単純に比較できるようになって初めて納得がいったくらいです。
 DSPラジオチップはピンキリでアタリハズレ大きく、ロットによってはモジュールが入れ替わってる可能性あって安心できませんね。

 DAPの電池入れ替えは、先達の人柱情報のお蔭で同じサイズの電池が手に入ればさほど難しくないです。FM感度を高めるには2SK241などでRFアンプを構成して隙間に詰め込むぐらいしか思いつきません。

壁掛けのDSPラジオもいいですよね。

[ラジオ好き]さん、コメント有難うございます。

 据え置き形は色々と作りましたが、壁掛け形を考えてみたことはありませんでした。壁に設置するとAM用バーアンテナやFM用ロッドアンテナの最適方向に制約を受けるため、その問題がクリアできれば何処にでも貼り付けられると思います。

 引き続き、”ヤマネ製作所な日々”を宜しくお願い致します。

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