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2017年7月19日 (水曜日)

DSPラジオに組み込むFM受信用高周波増幅モジュールの製作No.1(2018/8/25追記あり)

最終更新は2018年8月25日です。(追記分は記事の最後に)

 今までにフリスク形据え置き形据え置き形弐号機ポケット形ポケット形参号機の各種DSPラジオを作ってきましたけれど、FM放送の受信感度は一般市販品よりも劣ることが判っていたため、対策として新たに高周波増幅モジュールを搭載することにしました。

 

Rfamp_s9018_2 一般市販品のYAZAWA製DSPラジオRD12BKを分解して回路解析した結果、上記の様な一石の高周波増幅段がFMアンテナ端子に入っていましたので、これをそっくりそのまま転用することにします。S9018は高周波用トランジスターでft=800MHzとなっており、TO-92形やSOT-23形がaitendoで購入できます。なお抵抗とコンデンサーは1608形を千石電商で入手しました。

Img_14563 そしてこれは実際にチップ部品で3台分組んでみたモジュールで、一個あたり4mm×7mmに納まる大きさです。既に先行試作で1台分を組んでおり据え置き形へ装着して様子を見てみたところ、今までノイズだらけで同調すらしなかった放送局がポコポコと受信できるようになったので、明らかに効果があることを確認出来ました。

 今後、このモジュールを一つづつ切り離してからフリスク形ポケット形ポケット形参号機に順次組み込んでいく予定であります。

~2018年8月25日:追記分(RFアンプの効果を確認)~~~~~~~~~

 あれからRFアンプが本当に働いているのか疑問でしたが、本日の受信テストで効果あることを認めることができました。比較対象は、同じDSPラジオチップAKC6952を搭載しているけれどもRFアンプのない「フリスクDSPラジオ」と、この記事のRFアンプを搭載した「ポケット形壱号機」および「ポケット形参号機」で、それぞれ遠方局の低出力局が受信できるかを聴き比べてみました。

 具体的には当方拠点の東京都北区から、78.9MHzの20Wコミュニティー局【葛飾FM】、83.0MHの20Wコミュニティー局【市川うららFM】が、1m弱のアンテナ兼用イヤフォンケーブルで受信できるかどうかの確認です。

【RFアンプを持たない場合】 → 両局ともノイズに埋もれて選局できず。

【RFアンプを搭載した場合】 → 両局ともノイズは入るけれど聴き取れる様に。

 数値的に何デシベルアップとか表記出来ないのは心苦しいですけど、元々受信感度の高いDSPラジオチップAKC6952でも搭載した効果が確認できたのは良かったです。

※製造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きよう。

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コメント

待ってましたぁ-!

やはりプリアンプの効果絶大ですか。
他力本願の私にはクロヤマネ子さんの記事がいつも非常に役立っています。

私が購入したDSPラジオはAM、FM共に、RFアンプをもう一段追加したい気持ちです。
AM側はバーアンテナの次に入れれば良さそう。

クロヤマネ子さんの方式なら、下記の回路のようにコイルを使わずに済みにシンプルで良いです。
http://bbpower.s18.xrea.com/mhc-am.htm

なにぶん簡易的なものなので劇的と言う訳ではありませんが。 o('-' )

 参考リンク有難うございます。アンプの消費電流も気になるところなので、バンド別ではなくて広帯域アンプ一つで全バンドを賄えたらいいな、と思っています。今の設計では、FM受信アンプが常に動作している状態にあり、AM受信時にはムダになっているのです。電池の消耗が多くなって鳴らせる時間が短くなるのは気持ちのいい事ではありません、改善の余地があります。

クロヤマネ子さん、秋月にfT=12GHzというチップトランジスタ2SC5015-T1がありました。
「低電圧での動作が可能」というところも面白そうです。RFアンプに使えそうですか?

眺めてみるとfT=数GHzがザラにあって、どうやって選択すれば良いのか私には皆目見当が付きません。

<( '-') 当方の頭では無理です。

 入出力の同調回路をしっかりやらないと、ただのノイズアンプになってしまうのではないかと思います。50Ω整合のマイクロストリップラインとか必要になるともう手が出る領域ではありません。

初めまして。私もm6952で何台か作りました。FMアンプの件、参考にさせていただきます。以下、ど素人の経験と推測ですが・・・
最近、m6952で作ったラジオが、突然、起動しなくなる現象が出ました。DSPラジオICのSI4835では、マニュアルに類似の現象への対応策が記載されています。これから推測するとどうもRESET信号に関係しているような気がしました。しかし、m6952にはそもそもRESETピンがありません。試しに電源をつないだ状態で(電池なら新しい物を)、一旦ONにし、その後OFFにした後、30秒ほど待って再びONにすると、私の使用状況では、今のところ必ず起動することが分かりました。また、滅多に起動しなくなることはありませんが、電源のON、OFFを数秒単位で間隔を変えて繰り返すと、この現象を故意に引き起こせることも分かりました。
何かのご参考になればと思います。

[機械屋]さん!コメントだけでなく貴重な情報も頂けて感謝です。 o('-' )O

 m6952(AKC6952)はDSPラジオにハマッて最初に試した愛着のあるチップで重宝しています。

 [機械屋]さん情報の様な起動不安定現象は過去に数回あったような記憶があります。その時はどうやっても再起動できなかったので、チップが静電破壊したものと判断して付け替えましたが、もしかすると壊れてなくてresetの問題だったのかも知れませんね。

 Si4835でも試作してますが、あれは確かにリセットピンの扱いを間違えると簡単に起動してくれず往生しました。m6952は起動シークエンスが他チップとちょっと違う所があるとは感じています。スイッチ入れて1秒くらい待ってからようやく受信音が聞こえるという例のヤツです。

 電源投入初期1秒の間で行っているチェック動作は、
  a)内蔵AFアンプ増幅率決定の為6ピンと7ピンとに15kΩ抵抗が繋がれているかどうか読む。
  b)受信バンド設定の15ピン及び16ピンから抵抗ネットワークで分割された電位を読み取る。
  c)音量設定の17ピンや同調設定の18ピンから可変抵抗器で分割された電位を読み取る。
等を調べているものと推測しており、これらがオカシイ時には起動しなかった覚えがあります。

 もしかするとですがこれ以外に考える原因としては、電源安定性を考慮してチップのV-BATとGNDとの間に入れている電源パスコンの容量が大き過ぎる場合、完全放電し切らず電位が残っているうちに再通電するとチップ内部でリセットが掛からないのかも知れませんね。完成品モジュールのm6952では0.1μFを2個入れているだけですし、当方が作ったオリジナルモジュールでも同じにしておりそれ以外に容量追加などしていないためか、今のところ起動が不安定になる症状は出たことありません。完成品モジュールを使ったキットで、m6952モジュール外のメインボードの方に容量の大きな電源パスコンが入っていればそう言うことも起こるかも知れません。

 以上、勝手な推測ばかりで根拠に乏しい情報ですけれど、僅かでも参考になるならと思って長文記載します。

 クロヤマネ子さん、大変参考になる情報、有り難うございました。私は、ハンドルネームの如く機械屋で電気的知識はかなり限定的です。このため、このようなコメントを書くのは勇気が要りました。
 さて、私以外にもm6952が起動しない経験をされたことがあること、起動シーケンスのことなど重要な情報でした。私はモジュール以外にパスコン等は何も取り付けていません。ただ、音量拡大のため、ネットの情報を参考に出力ピンのC,Rは除去しています(BTL接続の場合)。正確にはRだけを除去し、これがついていたランドのIC側から出力を取り出しています。これだと、ランドが剥離する恐れがありますので、この取り出し部を少量の(アラルダイト系?)接着剤で固定しています。コメントを読み、これが影響したのかとも考えましたが、この接着をしていない場合でも現象が出たことを思い出しました。製作した何台かの内、配線後、起動しない初めてのケースで、この時は焦りました。なお、関連ないと思いますが、現象が出た2台はワイドFM受信のため、BAND端子を22kでVrefpにプルアップしています。
 現在、FM受信アンプの部品を調達中です。調達できたらこれを組み込んだ物を作る予定です。なお、SI4835は内部にFMのアンプがあるようで、FMの感度は良いですが、AMの感度はm6952より劣るようですね(私の配線や、部品配置がいけないのかも知れませんが)。

aitendoで手に入るDSPラジオチップを色々と試して得た知見を載せておきます。

 [機械屋]さんと同じく、当方も電気は限定趣味であって実は化学屋です。 o('-' )o

aitendoで買えるチップの中から、外部マイコン制御レスでAM/ステレオFMが受信できるものを試しました。
[チップ名称] AKC6952、C9216、KT0922、Si4831-B30(SW有の4835でなくてこちらでした)
[AM感度] 高い【KT0922 > AKC6952 > C9612及びSi4831-B30】低い
[AM音質] 良い【KT0922 > AKC6952 > C9612及びSi4831-B30】悪い
[FM感度] 高い【AKC6952 > C9612およびSi4831-B30 > KT0922】低い
[FM音質] 良い【Si4831-B30 > C9612 > KT0922> AKC6952】悪い
[消費電流] 低い【KT0922 > Si4831-b30 > AKC6952 > C9612】高い
[音声出力] 高い【AKC6952 > KT0922 > Si4831-B30 > C9612】低い

[総合評価]
【AKC6952】
 FM音質は良いとは言えず消費電流も高いけれど、アンプ内蔵でガンガン鳴るしFM感度が可成り高いので、平均的に見るとクセがなく扱いやすかったです。
【KT0922】
 内蔵マイコンで外付けEEPROMの設定を読み込んでから動作する変わり種ですが、平均的に見るとAKC6952の次に良かったです。設定を上手くやるとVRアナログチューニングを外してボタンプリセット式チューニングがやれるのでオモシロ味があります。
【C9612及びSi4831-B30】
 AM音質が酷いです。低域と高域がバッサリ落ちていかにもAMな音なんですけど、他のを聴いてしまった後では我慢できませんでした。

 以上、また長々とコメントで書く様なものではありませんが載せときます。

PS:
 それとAKC6952のBAND端子の件、完成品モジュールでは16ピンのBAND-FMがGND接続となっていているので、15ピンのBAND-AMへ抵抗ネットワークを噛ませて受信バンドを選択するような仕様になってますけど、当方では抵抗ネットワークを使用しない方法としてBAND-FMをV-BATに、BAND-AMをVREP-Pにそれぞれ繋いでしまい、AMとFMのバンド選択は6ピンのAM-LEDおよび7ピンのFM-LEDへ入れたタクトスイッチで切り替える方式にしてます。これでAMは9kHzステップ日本仕様、FMは76~108MHzワイド対応の2バンドだけになりますが、単純なタクトスイッチだけで切替できて快適です。

 クロヤマネ子さん、各種情報有り難うございます。大変助かります。参考にさせていただきます。
ところで、舌足らずでしたが、私は、完成品のモジュールm6952単体(チップと幾つかのC,R、LEDが取り付けられたもの)を使っています。なお、先の私のコメントで「BAND端子を・・・Vrefpに」は、「・・・VーBATへ}の誤りでした。
 ここで、姉妹ICのm6959(MW、FM,,SW)で経験したことについて触れさせて下さい。この完成モジュール単体では、MW受信時、「ピー」あるいは「ウー」というノイズが出ます。状況によっては酷くて使えません。これについては、私の作り方が悪いのかと、長い間悩みました。やっとのことで、ネットでこの件について触れている記事を1件だけ見つけました。その後、ある雑誌の記事でもこの現象について触れられていました。残念ですが、対策できる現象ではないと判断しました。もっとも、これが、私にはハードルが高いSI4835の製作へ進むバネとはなりましたが。

[機械屋]さんの貴重な人柱情報に感謝します。 _('-' )_

 m6959とm6952とでどちらから始めるか迷いましたが、前者はSWが受信できるのにLR音声出力が逆相固定なので止めた経緯がありました。SWは捨てることにしてLR音声出力の同相/逆相が設定できる後者のm6952にしましたけれど、もしもm6959から触り始めて、[機械屋]さん情報のMW受信時問題にぶち当たっていたらその時点でDSPラジオから興味を失っていたかも知れません。
 実際は、m6952で作ったフリスクDSPラジオがあっさり上手く動いてしまったので、今に至るまで泥沼化してます。

 定期的とはいきませんが、自作DSPラジオ情報については今後とも発信していきますので、またコメント、ツッコミ等いただけたら幸いです。

 「機械屋」です。特定のこのコーナーにだけ頻繁にお邪魔し、気が引けますが・・・。「m6952完成モジュール」のreset問題(?)について再度書かせて下さい。
 実は、電池が消耗してくるにつれ、起動しない頻度が上がりました(以前述べた方法を使えば確かに起動していますが)。
 事の発端は、起動しなくなった際、電池が消耗しきった感じではないと思い、この電池のまま以前述べた方法を試みましたが、起動できません。次に、使っていたこの電池を他のm6952に入れてみると、何事もなかったかのように起動します。その後、この電池を問題のラジオに戻すと、やはり起動しません。なお、この時、2つのオンボードLEDがぼんやり光っていることが分かりました。
 私はラジオに電池を2本内蔵するように製作していますが、外部電源でも使えるようDCジャックを取り付けています。また、電池ケースにケーブルとDCプラグとを取り付けた物を準備しています。ここで、起動しなくなった際、使っていた内蔵電池はそのままに、電池ケースに新しい電池を入れ、これをDCジャックにつないでみると、一発で起動しました。このパワーオンのままDCプラグを抜くと、一瞬の間の後、何事もなかったかのように使っていた内蔵電池でラジオが鳴ります。当然ですが、逆に新しい電池を内蔵させ、電池ケースには使っていた電池を入れ、起動後にDCジャックを差し、使っていた電池に切り替えても同様で、問題なく鳴り続けます。
 ネットで、「古い電池で聞いていたら、すぐに聞こえなくなった」との書き込みを目にしましたが、ひょっとするとこの起動問題トラップだったのかとも思いました。もし、SI4835での製作経験がなく、これがm6952の1台目だったら、何日も泣き暮らしたことでしょう。

原因が判って何よりです、[機械屋]さん。  o('-' )O

 AKC6952は動作下限電圧が2.0Vと記載されており、電池2本を使用した電源だと放電末期における電圧降下の激しい領域では起動するかどうかギリギリと言ったところでしょうか。容量を最後まで使い切れずに交換ということになるのはちょっと痛いです。

 一応規格では最大印可電圧が5.8Vとなっていますので、電池の放電末期まで十分に使いたいのであれば3本直列にしたものを使うというのも手かと考えます。

 あと規格では最大音量でも29mAを越えない様な表記がありますけど、実際に測ってみると35mAくらい平気で流れてますから、古い電池では結構キツイのかも知れません。

FM用RFアンプの部品が調達できました。ここで、この回路の消費電流がどの程度か分からず、自分なりに調べて(勉強して)みましたが、機械屋ではハードルが高すぎました。市販ラジオに使われていることから、そう大きくはないようですが・・・もしお分かりでしたら、どの程度の電流を消費するか、お教えいただくと助かります。

[機械屋]さん、当方も電子回路は独学なので確かなことは言えませんけど、以下は推測です。  ('-' )ゝ

a) 電源電圧が3.3V掛かっているとします。
b) 電波を受信するとベース電流が流れてトランジスターがONになり、コレクタ-エミッタ間が導通状態になります。
c) するとコレクタに入っている3.3kΩには3.3Vが掛かります。
d) E=RIの式から、I=E÷Rなので、コレクタ電流は1mAになります。
e) 恐らくですが、消費電流は1mAを越えないと思います。
f) 以前、測定しようと思ってデジタル電流計を噛ませたのですが、表示が1mA変わるかどうかでした。
g) こんな少ない消費電流だと、果たしてRFアンプとして機能しているのか不安です。
h) YAZAWA製DSPラジオRD12BKの回路設計思想がどんなものか判らないですけど、効果あるのか不明です。
イ) 数十mA流れる既製品のRFアンプを噛ませた時に感度がどれくらい変わるかは、知りたいところです。

クロヤマネ子さん、FM受信アンプを組み込んだM9652(完成品モジュール単体)ラジオを新たに製作しました。
このアンプの消費電流を何とか概算してみましたら(自信はありません)、やはりコンマ数ミリアンペアのようで、お教えいただいた測定結果と一致します。さて、アンプの効果ですが、アンテナの長さを変えながら試した所、次の通りでした。ここで、、アンテナは7段60cm程度の物です。また、テスター以外の測定器はもっていませんので、TUNED LEDの点灯状況を結果としました。アンテナに対する私の姿勢が影響しますので、一応、この点は気を付けました。○は点灯、△は点滅、×は消灯です。

  
     アンテナ段数  アンプOFF      ON  
             7     ○         ○
             6     ○         ○
            5     △         ○
            4     △(消灯ぎみ)  △(ほぼ点灯)
            3     ×         △
            2     ×         ×
こうやって結果を並べると、効果があることが分かりますが、もう少しゲインが欲しい所ですね。

ところで、今のところですが、今度のラジオは起動問題が起こりません。電池が消耗しきるまで使えそうです。前回製作したものについては、思い切ってICを取り替えようかとも思っています。

たいへん貴重なデータを提示頂き、お礼申し上げます。[機械屋]さん、有難うございました。

 当方には比較数値化できるようなシステムが無く受信音などで感覚的にしか確かめられないと思って諦めていましたから、[機械屋]さんのチューニングランプ点灯状況で判断したデータには大いに感心しました。ボディエフェクトによる人間アンテナ効果で受信状況が変わることもしっかり考慮したデータというが素晴らしいです。

 あれからネット上でRFアンプの記事を色々と見ているのですが、秋月でもついに買えなくなった2SK241とその互換チップとか、数量限定ならまだ買える2SK192、aitendoなら買える2SK439などを使ったアンプが作れないかと画策しているものの、如何せん独学の頭しかないので難航しております。

 M6952モジュール(完成品)を使ったラジオの起動問題ですが、ICを交換した所、電源電圧1.8V程度でも起動するようになりました。ただし、今まで起動しなかった場合、オンボードLEDが暗く光っていたことから、クロヤマネ子さんにお教えいただいた起動シーケンスのどこかで引っかかっていたのであろうとも思い、Vref関連の配線の再半田も併せて行っています。どうも、半田不良だった可能性が高い様です(お恥ずかしい・・・)。
 ところで、懲りもせずまた新たに1台作りました。すると・・・FM受信中に突然音量が下がります。電源を再投入すると暫くはまともな音量ですが、やがてこの現象が出ます。電池の電圧は2.4V程度です。安定化ACアダプタから3Vを供給するとこの現象は起こりません。また、今のところAMでは起こりません。なお、他のM6952ラジオでもこの現象を確認しました。
 割り切るしかなさそうな現象ですが、どなたかのご参考にでもなればと思い投稿します。

お久しぶりです、[機械屋]さん。またまた情報有難うございます。

 M6952完成品モジュールを触ったことが無いので情報が正確かどうか判りかねますが、こちらが6952チップを扱った経験から申しますと、受信モードにおいてはAMよりもFMのほうが電気を喰いますんで電池電圧が下がってくるとバリバリ音割れしてそのうち音が出なくなる状況を経験しています。

 [機械屋]さんのテストで、ACアダプタからの3V供給の時は全く問題が起こらないことから電池電圧の変動に原因があるのではないかと思います。特にFM受信中に大きな音を出力した時、電池の内部抵抗の影響で瞬間的に電圧が低下して半リセット状態になるのではないでしょうか。たかだか30mA前後の消費電流ですけれど、電池BOXの接点が酸化して抵抗になっていると電池電圧が下がってきた時に影響を受けやすかったこともありました。

 当方では電圧の高いリチウムイオン電池を直結して使っているので電圧トラブルは起こりにくい様です。ただ、ポケットラジオNo.3では単3型電池を2本直列にして使っているので、電池BOXの接点がオカシイ時にはバリバリ音割れすることが良くあります。電池の接点を磨いて装填し直せば何事も無かった様に素直な音となるので気を付けています。

 以上、[機械屋]さんと当方とでは扱っている条件が異なるので生じる問題も違うものになっている可能性はありますので、正確な情報ではありませんが一応記載しておきます。

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