電子工作

2017/03/25

PICを使ったエレキーを作る

前から1台欲しいと思っていたエレキー、やっと作ることができた。

下は昔作った、C-MOSの汎用ロジックICを使ったエレキーだ。HAM Journal No.1に記載されたTTL製の物をC-MOSロジックに焼き直して作ったものだ。抵抗など乗数を100倍くらいにして低消費電流化したものだ。30年以上前の3Vのメモリーバックアップ用のリチウム電池で今でも動いている。
最近の移動運用とかに重宝して使っていたのだが、誤動作するときがあったり調子が悪い。少し突いてみたのだがよくわからない。それならばということでPICを使ったエレキーを作ったというわけだ。
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サイズは一回り小さくして、YM-90というケースにした。リチウム電池などを使えばもっと小さく出来るが、汎用の単3電池を使うとこで、移動運用をした時の電池切れにも対応できるようにした。
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中を見るとほとんどが電池で占められている。電池の横にある黒色の物がサウンダー。秋月で手に入れた小型の発音体だ。モニタートーンの周波数を1500Hzにセットした。発音体の周波数特性からするともっと高くないと十分な音量は得られないが、これでソコソコ聞こえるのでこれにした。
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白い4pinのデバイスはフォトカプラだ。ちょいと電流は食うがアースを無線機と分離できるので回り込みとかには強くなる。パソコンのキーイングもフォトカプラを使っている。このエレキーとパラに入る感じだ。パソコンを含めるとアース周りが複雑になるので分離しておくとよい。
ただ、手持のフォトカプラのCTRが低いものしかなく、ダイオード側にいっぱい流さないとトランジスター側がONしない。回路図は330オームになっているがこれでは不十分で実機には220オームが付いている。PICの負荷としても重すぎるので、後でCTRの大きいものに変えようと思っている。ドライブの抵抗も簡単に変更できるようにICソケットに実装してある。
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回路図も備忘録として残しておく。オリジナルはCYTEC内田さんのエレキーを参考にさせていただいた。ソースも色々修正してPIC12F1822で使えるようにしてある。スピードの調整範囲とか自分好みに再チューニングした。
これとほぼ同じものを、7MHzのCWトランシーバーにも内蔵させてある。
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HEXファイルを置いておく。これを解凍して書き込めば動くはずだ。
「Ele_Key1822.zip」をダウンロード

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2017/01/29

DC-DC Converter for PC

車の中やバッテリーでパソコンが使えるようにしてみた。Lenovo製で非力なPCだがAtomベースのCPUなので比較的省エネのようだ。
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必要なスペックは20V2.25Aだ。実測では、内臓バッテリーに充電をしている時で、約1.2A程度。満充電時にPC本体を賄うために、約0.5A程度。このくらいが出せるDC-DCコンバーターを探して見つけたのが、これ。

aitendoで見つけた、モノ。DC/DC昇圧モジュール [M6009-S]
M6009s

この電源、実際にどれほどの実力か、電子負荷を接続して、確認してみた。入力は13.8V時で、20V1Aも出力すると、フライバックのショットキーバリアダイオードがかなり熱くなる。スペックを確認すると、3Aのダイオードが使われていた。これで、「3A出力」とうたっているが、これではもたない。出力3A時はフライバックのピークではもっと流れるし、これは電流容量であって、発熱の問題は別だ。
本来なら、もう一回り大きなダイオードにして、放熱器を付けたいところだが、欲しい出力は1A強なので、このダイオードで気休めの放熱器を付けることで誤魔化すことにした。

下の写真で、1mm厚のアルミ板を接着剤でダイオードに張り付けた。効果はかなりある。無いよりはましだ。
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また、メインのICはスペックを見ると400KHzと高い周波数を使っているが、高効率だ。中華の企業オリジナルのようだが、よくできている。また、SW周波数が高いのもいい。アマチュアバンドにn倍がかぶるのが減るからだ。ざっくりとしか見ていないが、7MHzと50MHzで確認できたのは7140KHz付近の1か所だけだった。問題となるレベルとはならないくらいだが、確認できた。この辺りは使いながら確認しよう。

次に探したのが、これ。最近のLenovoのPCの電源コネクターは、角型になって、コネクター単体を見つけることができなかった。色々ネットで探すと、従来の丸形から角型に変換するアダプターを見つけた。日本のAmazonで入手した。これを切断して使用する。この角型のコネクターの中央に細いピンがあるが、これは電源端子ではなく、センシング端子のようだ。プラス側との間で約500オームの抵抗値を示す。

完成の姿は、これ。これで、車の中でPCが使えるようになった。
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2017/01/01

FH-2を作る

昨年の作品だが、冬休みの工作といったところか。
FH-2とはYAESU製のリグにつける外付けキーだ。メモリーキーやボイスメモリーの呼出し/書込み、周波数のアップダウンが手元で操作できるようになる。

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コンテスト時のCW用メモリーキーは、通常はパソコンのコンテストログに入っているものを使うので、さしあたり必要はないのだが、phoneのコンテストの時は、Rigに内蔵されているボイスメモリーを使いたいと思いこれを作ることになった。
ネットで検索すると、いくつかの情報が見つかった。想定していた通り、中身はキーと抵抗だけで、本体側のADコンバータで電圧値を読み取って、どのキーが押されたかを判別する回路が採用されていた。シンプルで、私の7MHzトランシーバーでも使った手法だ。ポートを食わずに何とか32キーぐらいまでは、読み込める。16キーぐらいなら、使う抵抗値も気にすることなくラフに作ることができる。通常の安物のADコンバータでも1024ぐらいの分解能はあるので、このくらいは容易に実現できる。

ということで、ネットで検索した値が下記のようになっていた。いくつか別のサイトにも記載があったが、値が同じなので、ソースは一緒であろう。かなり半端な値になっているのは、製品の値を実測したからだろう。通常はE系列の1個の抵抗で済ませていると思うのだが、実験するのもめんどくさいので、この値をそのままいただいた。2本または1本の抵抗で作っている。それの、テスターでの実測値となっている。
ネットの情報では「P/B」と「DOWN」が入違っていた。実際に作ってみればすぐに気が付く。抵抗値を入れ替えてFIX。実際に作られる方はご注意を!
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回路は簡単だが、工作は結構めんどくさい。販売価格4,500円ぐらいで売っているようなので、手間を考えると買った方が、絶対にいいと思う。なんせ、プラスチックケースに10個の12角の穴をきれいに開けるのは、根気のいる作業だ。万能基板に取り付けたSWをうまくケース面に出すにはCADを使って、配置図を書いてそれをプリントアウトして、ケガいてケースに印をつける。ドリルで大まかに穴を開けて、後はカッターで削っていく。これが中々根気のいる作業だ。CNCがあれば、きっと綺麗にできるだろなと思う瞬間だ。(欲しい!)

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このケースは11.5mm厚と薄型だ。aitendoで手に入れた。薄さにこだわったのは、コンテストで使うと背が高いケースだと疲れて使いづらい、押しやすさを追求するとこのくらいがいい。いい感じにヘッドセット・インタフェース仕上がった(自己満足!)。

PICマイコンを使ったヘッドセット用のインタフェースと合わせて、こんな感じで使う。次のコンテストはオール埼玉コンテストか。CW+phoneのMixコンテストに参加しようと思っている。
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先日作ったヘッドセット・インタフェースと、FH-2相当のキーボードだ。


(2016/1/4)==============================
ちょいと、化粧直し。ラベルの色がきついような気がして、変えてみた。素材も薄い光沢紙から、白ベースの白無地フィルムに変更してみた。こちらの方が厚みがなくていい。
しかし、プリンターの印刷では思い通りの色が出ない。
結局、平凡なところになってしまった。やっぱりセンスないね。
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2016/11/22

マイクスイッチ

新しいトランシーバを手に入れたので、こんなことをしていた。

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トランシーバーにはハンドマイクが付属しているが、これだと手がふさがってしまう。パソコンを打ちながらだとちょっと不便だ。そこで、こんなのを手に入れた。サイドのジャックはフットスイッチ用のコネクターだ。

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一応使えそうだが、レシーバーがおもちゃで長く使う気がしない。そこで、分解してこうしてしまった。

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普段使っている、ヘッドフォンに挟み込んで、ヘッドセットにするのだ。クリップは昔もらったケータイのストラップ・クリップだ。
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回路的には、ノンロックボタンとロックボタンを置く。ロックボタンを普通のノンロックキーで実現するにはFFなどロジックICでできるのだが、誤動作など結構むずかしい。

そこで、いつものPICを使う。ほぼ1年ぶりにプログラムをいじるので、頭の中がすっかりリセットしてしまっている。リハビリにはちょうどいいネタだ。キー読み込みは割り込み処理を使う。ちょっとだけ工夫したところは、ロックを解除するにはロックボタンを再度押下すれば解除するが、これに加えて、ノンロックボタンをちょこっと押しても解除するようにした。こうしておけば、間違って送信状態になったときに、どのボタンを押しても送信が解除されるってわけだ。マイコンならこんなロジック追加も簡単にできる。自己満足だが・・・・

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【回路図の訂正】マイクのDCカットの10uFの電解コンデンサーの極性が逆で誤っています。

PICの消費電流は数100マイクロアンペア程度。クロックは8MHzだが、下げれば電流も減ると思う。もっとも食うのLED。回路図では3.3Kだが実際には4.7Kにした。これで0.5mA程度になった。これならば、本体の電源で賄えるだろう。

最近のトランシーバーーにはLANに使う8pinのモジュラージャックが使われている。LANのケーブルを切って使った。回路図にpin接続の線の色を描いておいた。(備忘録)
マイクのケーブルはツイストになっているがシールド線ではない、ハムを拾わないかと気になるが、ケーブルはうまく使えば大丈夫だった。

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実はちょいと苦労したのが、コンデンサーマイク用のバイアス回路。どうもこいつからハムが回り込む。デカップリングを入れることで解決したが、この4.7Kは2.2Kではだめで、このくらいが必要であった。秋月のマイクではこれでOKだが、同じくパソコン用のスタンドマイク(こちらは600円弱)はまだハムぽい。こちらは、マイクコードが原因かもしれない。もう少し、やってみよう。

そのうち、マイコンのプログラムも公開するつもりだ。こんな電子工作は楽しい。このくらいがちょうどいいかも。

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【2016/11/23追記】=========================
最初に悩んだのは、実はケース加工だ。ノンロックの12mm角の穴を開けるのは、結構難しい。基板の穴にスイッチを取り付けた状態でキートップがケース面から顔を出す必要がある。難関のその1は位置合わせ。その2は穴あけ加工。きれいに開けないと、穴が直接見えるので要注意だ。これは、ドリルで4か所穴を開けて。カッターナイフで少しずつ削ることでうまくいった。

そして、「その1」の位置合わせだが、こうやって、うまくいった。
Mic_sw_cad

さて、MikroCのプログラム(プロジェクトファイル)を置いておく。ソースファイルもあるし、HEXファイルもあるので、利用できると思う。「PIC_SW2.zip」をダウンロード


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2016/11/10

テフロンチューブ・キャパシター

今日は秋葉原のオヤイデに寄ることができた。早速、テフロン物をいくつか仕入れた。
これは同軸ケーブルと同じ構造だ。心線を抜き差しすることで、容量を可変することができる。

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約10cmの長さで20pFを得る。テフロンチューブはAWG14サイズということで、内径1.68mm、外形2.28mmだ。内側には1.6mmのPEW線を入れようとしたが、絶縁層があるのか外形が1.62mmぐらい。これだとチューブに押し込むのがつらい。外皮をカッターで剥くとすんなり入った。

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心線を抜くと容量が減る。
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この構造だと、同軸ケーブルを使うのと何も変わらない。これだと内径、外形比が小さいので容量が稼げるぐらいか。

さて、耐電力特性。手動チューナーでマッチングを取って、100W入れる。銅テープが少し発熱するような気もするが、問題ないようだ。何だか、当たり前の結果だが。

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2016/11/09

テフロン・キャパシター

タンデルターが小さいといわれている、テフロンシートを使って試してみた。そういえば、随分前にテフロンシートを分けてもらったのを思い出した。どこにあるか、机の中をひっかきまわすと見つけることができた。

テフロンシートの厚みは実測で0.47mm。電極の面積は20x30mm。厚みがあるのと、誘電率が低いのであろう、容量は18pFぐらいと少な目。

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前回と同様に、カップラーでマッチングを取り、送信機からパワーを送り込む。周波数も同じく7MHz。10W程度ではほとんど発しない。100Wに上げると、若干発熱するものの、これなら使えるかも。銅テープが発熱するようで、表皮効果もあり銅の抵抗が発熱しているのではないだろうか。奥が深そうだ。

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2016/11/07

ポリイミド・キャパシター

一昨日の秋葉原懇親会の席で、アンテナに使う高耐圧・高電流容量のコンデンサーができないかという話題があった。共振に使うのでちょっとした出力電力でも、コンデンサーには結構な耐量がいるらしい。

それから、何か身近なものでできないかと考えて、これをやってみた。
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カプトンテープの商品名でよく基板などの絶縁に使うテープだ。熱耐量があるので、ハンダを当てても溶けることはない。以前はデュポンのオリジナルの物しかなく高価であったが、最近は秋葉原でも中華製と思われるものが手に入るようになった。ポリイミドテープの名で出回っている。ここで使ったものはaitendoで手に入れた15mm幅のものだ。

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銅テープの幅を10x30mmにカットして張り付けた。このサイズで64pF。10x10mmあたりで20pFあまり。テープが薄いので結構容量を稼げる。

さて、問題の電力耐量だが、50オームのダミーロードにこのコンデンサーを直列に接続し、手動のアンテナチューナーで整合を取った上で送信機からパワーを突っ込んでみた。周波数は7MHz。
最初は10Wから。若干発熱を感じる。30Wに上げてみた。結構発熱がある。0.5Wぐらいはロスっているだろうか。
電圧的には問題ないであろうから、もっと突っ込めるかもしれない。
興味のある方は、追試をどうぞ。

ポリイミドの物性は、こちら

これ以外のアイディアは、パワートランジスターの絶縁シート。昔は雲母であったから、正にマイカコンデンサーだ。手持ちもあるのでこれも試してみるか。デンカ製のシリコン系のシートもある。これはちょとロスが多そうだ。何か身近なもので良いコンデンサーができないかと思案してみると楽しい。

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2016/06/07

AM変調 高調波の影響

ちょっとだけ、確認してみた。

前回の記事のこの波形。
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LM317のA級アンプで変調を掛けているが、変調波が上下対象になっていない。この原因を確認してみた。

結果の波形は、これ。
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かなり綺麗な波形になった。RFアンプは前回と同じ、シングル(2N7000の3パラ)のE級アンプ。

原因はこれ。
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RFの信号、7MHzの波形を拡大して見てみた。気づいていたが、波形が歪んでいる。スペアナで見れば、第2高調波がいっぱい出ているはずだ。

こいつに、1段のローパスフィルターを追加した。これを入れると、RF波形はオシロで見ている限り綺麗に見える。(下の写真のプローブ付近にあるのが追加したフィルター)

変調波が上下対象にならない理由は、(想像だが)変調を掛けた時の直流分に偏りができるため、上下のバランスが崩れるのではないかと思う。(言葉では上手く説明できないが)
これは、0-5Vの方形波をCカットしてオシロで観測すると、直流点がズレて、マイナス側にオフセットしてくる事象に似ている。

-・・・-
ところで、このAFアンプに使用しているLM317。ADJ端子にオーディオ信号を入れてやると、0Vから入力電圧近くまでスイングできる。下限は2V程度ではないかと思うがそうではない。上手く、0Vまで振ることができる。ICに負荷がかかっているかもしれないが、今のところ壊れてはいない。

A級アンプは、無信号時にアンプ自体の消費電力が最大となり、熱くなる。ここでの実験では100%近くの変調時はホンノリ熱くなるが、無変調時は結構熱い。(小型の放熱器付き)

あと、このICで100%近くの変調波を得るためには、LM317に供給する電源電圧の1/2(無変調時)をRFアンプに印加する必要がある。そうしないと、100%になる前に上側か下側のどちらかが潰れてしまう。無変調時に真ん中にセットしておくと、上下同時にクリップし始める。

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今回のデータは、RF出力は0.6W(無変調時)。0.9W(100%変調時) LM317の電源電圧は12.0V

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2016/06/03

AM変調

またまた、AM変調を試してみた。Cytec内田さんのサイト(2016.5.21 - 2016.6.3の書込)で話題になっていたので、試作を行ってみた。
実はこのテーマは過去に何度か実験している。今回は「理屈」も頭の隅に置きながら、試してみた。
テーマは終段変調(高電力変調)だ。

結論からすると
①RFアンプは電源電圧によって、スムースにRF出力が変化する事が必要。
例えば、Vdd=12Vとすると、2倍の24Vから0Vまでの変化に追従することが求められる。
②AFアンプは、音声変化を①の電圧変化0~24Vまで変化でき、かつRFアンプに電力が供給できることが求められる。

こんな要求事項を頭に入れて、実験を行った。

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これがRFアンプ。7.2MHzクリスタル発振子を74HC00で発振させ、バッファーを1段置いて、2N7000 3パラのE級アンプだ。シンプルにするために、プッシュプルではなく、シングル構成にしてみた。
RF出力はVdd=7Vで約0.8Wを出す。Vdd=14Vにすれば、約3W(約4倍)の出力を得ている。
(やはり、高調波や出力の点ではプッシュプルの方がいいなぁ、と再認識)

オリジナルは、こちら

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E級のRFアンプにD級のAFアンプ?で変調を掛けてみる。D級アンプと言っても、実はチョッパー型のスイッチング電源で変調を掛けてみた。電源用のICはMPM80サンケン製のスグレモノだ。SW用のFETはもちろん、フライバック用のダイオード相当のFET、そしてインダクターまで入っている。SW周波数が630KHzと高いのも小型化、オールインワン化に貢献しているのだろう。
色々な方のPWM方式のD級アンプを使った変調器の回路を見ると、チョッパー型(降圧型)のスイッチング電源そのもの回路が使われている。であるならば、電源用のICが使えるのではないかとということで、やってみたのがこれ。
他の方の回路と違うのは、安定化電源であるため、フィードバックがかかっている点が違う。音声信号は、誤差検出のところに注入している。

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D級アンプ?で頑張って変調をかけたところ。既に上下、非対称でありこのくらいが限界のようだ。もっと掛けることができるがさらに歪む。

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この波形は、電源の出力を見ている。目盛が写っていなのでわかりにくいが、このICでは0V付近まで振ることができない。これが電源ICを流用した事による制限事項(限界)だ。この特性が、良くないので、上手く変調がかからない。

-・・・-

さらに、進めると、
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こちらは、A級?増幅器の変調器。以前にも紹介した電源IC LM317を変調器に仕立てたものだ。こちらの方が、深い変調が得られる。しかし、これでも上下非対称になっている。この辺りは、RFアンプの電圧特性の非直線性か、AFアンプの特性によるものか、詰める必要がありそうだ。

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これも、電圧制御端子に音声信号を入れている点は同じだが、このICの場合、電源電圧を0Vまで振ることができるため、深い変調を得ることができる。

以前の記事はこちら

-・・・-
とういことで、さらに続く。
RFアンプのVddを0Vから最大電圧まできちんと振るためにPWMアンプをやってみようということで作ったのがこれ。
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PWMだったら、マイコンでできると考え、PIC12F683で20MHzの外部クロックをつけて、最大スピードで回すプログラムを組んでみた。


約40uS周期でADCをサンプリングして、PWM出力する。25KHzでサンプリングしているから、音声信号ぐらいなら再生できると踏んだ。こいつで、チョッパー回路をドライブすれば良いはずだ。SW用のFETがハイサイドになるので、どうやって接続しようか、ちょっと悩んでいる。

(つづく、かなぁ?)

【過去の記事】
AM変調
(故 尾崎さんJE1RYHのオリジナル変調回路を実験。生前、尾崎さんにこんなことをしてまぁ~す、とお話したことがある)

AM変調2
(LM1496を使用した低電力変調の実験)

【2016.6.4 追記】
大昔に買った名著、「高周波回路の設計」(久保大次郎著、昭和46年、CQ出版社)
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振幅変調の記載があります。それ以外では、IFTの設計方法など具体的な設計手法が記載されている貴重な書籍です。


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2016/05/04

11.4MHz クリスタルフィルター

ちょっと、息抜きを。軽めのネタを楽しんでいる。
先日、Cytec内田さんのところへお邪魔した際に、分けていただいた最新のクリスタルフィルターKitを組立ててみた。
このフィルターのミソは並列に入れたインダクターで特性が補正されるとのこと、早速追試を行ってみた。

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組み立てたところ。

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コンデンサーやインダクターの手持ちを探したが、ピッタリの定数の物は、チップ部品しかない。このところチップ部品を多用していたのでこんなことになっている。


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こちらは、インダクター(10uH)を入れる前の波形。測定は、ステップアップトランスで200オームの終端インピーダンスを実現している。また、測定系のロスはノーマライズして、除いてある。センター周波数は、このスペアナの読値なので参考程度にしてほしい。正確には校正する必要がある。


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これが、インダクターをパラに挿入した時の波形。肩のところが綺麗になっている。以前から、この肩のところの波形の乱れが気になっていたが、これだと、ずいぶん綺麗だ。音を聴いてもわからない範囲だろうが、精神衛生的にはすっきりした。


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使用前後の重ねあわせた様子だ。


ー・・・ー
Cytecオリジナルのデータ
回路図

特性

外観

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より以前の記事一覧