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

２０２０／０８／２２（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？

VHF発振回路の実験

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。

バリキャップで共振周波数を変化させてみた

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。

鋸歯状波をトランジスタで増幅してみた。

２０２０／０８／１６（日曜日）　晴れ

マイコンボードのソフト・バイナリカウンタがカウントする数値出力を外部に取り出し、
抵抗ラダー回路（Ｒ－２Ｒ）に加えて鋸歯状波を作ってみたが、めちゃくちゃ工作の
Ｒ－２Ｒ回路は正確な鋸歯状波を作り出すことはできなかった。
そこで今度はマイコンボードのＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）を使って
鋸歯状波を作ることにした。
ただマイコンボードが作る鋸歯状波はスロープの最大値は３Ｖちょっとだ。
オイらが必要とする鋸歯状波は（バリキャップを駆動して広帯域をスイープするＶＨＦ
発振器を作りたいので）９Ｖ以上が必要だ。
そこでこの３Ｖ鋸歯状波を９Ｖ以上に増幅する回路を実験してみた。



ＥＳＰ－３２で作り出した鋸歯状波。　
通常の（登り坂）鋸歯状波と下り坂鋸歯状波を作ってみた。　
トランジスタ増幅で入出力は反転するから今回は下り坂鋸歯状波を使用する。


デジタルで作り出す波形は正確だ。


でも波形を拡大して（時間軸を引っ張って）みると細かい段差みたいなものがある。
デジタルは「デジタル」なんだから仕方がない。（えっ、ホント？）


トランジスタ増幅回路で増幅してみた。
鋸歯状波のスタート部分と頂上部分が歪んでいる。


鋸歯状波スタート部分の入力値が大き過ぎてトランジスタが飽和？し続けてるのかも
入力を調整してみた。

改善された。


頂上の方は入力値が小さくなってトランジスタが遮断状態？になっているのかも・・・・・
バイアスをかけて動作範囲を広げてみた。

改善された。



調整後の波形。
最高電圧は供給電圧にほぼ等しい８.５６Ｖになっている。
これは供給電圧を上げればもっと高くできるはずだ。
周波数は２００Ｈｚ。　たぶんこれが精いっぱいの周波数かもしれない。
実際にＶＦＯをスイープさせるのは２、３Ｈｚぐらいだから問題はないけど・・・


鋸歯状波の増幅は何とかうまくいったみたいだ。

ただ、今回の実験ではＥＳＰ－３２を壊してしまった。
出力を上げようと電源電圧を（別の電源から供給して）１３Ｖに上げて実験した。
これで確かに電圧が上がることを確認したが、配線をごちゃごちゃ引き回していたので
うっかりＥＳＰ－３２のＤＡＣ端子に電源線を触れさせてしまった（らしい）。
オシロの波形が停止したので、おや？っと思ってマイコンボードを見てみると電源確認ＬＥＤが
消えているではないか。
「電源がショートしたのか！？」
慌ててＵＳＢ（マイコンボードの電源はＵＳＢから供給している）コネクタを外した。
そして恐る恐る再接続してみた。
すると、電源確認用のＬＥＤが瞬間的に光って消えてしまう。
この電源部には自己回復型のヒューズが付いていて短絡等の事故から回路を保護するようになっている。
その保護回路が動作してしまうんだろう。

他の装置に付いていたＥＳＰ－３２を取り外して付け替えてみた。
これは正常に動作してくれた。
念のために動作電流を測っていたところ５０ｍＡばかりだった。
壊れたと思われるＥＳＰ－３２を測ってみると１００ｍＡ以上が流れてヒューズが働いてしまう。
あぁー残念なことをした。
っていってもこのマイコンボードは電子部品屋で９００円で買える。
細々年金暮らしのオイらにとってはちょっと痛い出費だけど工作には必要な部品だからなくては困る。
すぐ、通販で注文した。

閑話休題

本筋にもどろう。
鋸歯状波ができたので今度はバリキャップＶＦＯ発振回路の実験をしてみよう。　
とりあえず、鋸歯状波と同じ電圧範囲を可変抵抗器（ＶＲ）で再現して発振させてみるか、
トラッキングジェネレータで共振状態を確認してみるかだな・・・・・

鋸歯状波をトランジスタで増幅するための確認

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と増加させていたのを（最大値２５５から）１ずつ、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。