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◎概要 |
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前回製作の短波ラジオを「デジタル表示」させ、その他性能を改善します。 |
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@ IFフィルターを交換し、混信の緩和。 |
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ジャンクラジオのオリジナルではIF(中間周波数)段で「セラミックフィルター」を搭載して |
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いますが、短波受信用としては少し特性が「あまく」、混信が気になっていました。 |
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そこで、混信緩和を目的としてフィルターを交換します。 |
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A 周波数カウンターを搭載し、受信周波数を「デジタル表示」する。 |
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PICを用いて「周波数カウンター」を構成します。 |
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中間周波数(IF)の「455KHzオフセット値」はソフトウェアにて計算し、実際の受信周波数 |
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を表示します。 |
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◎IFフィルターの交換 |
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交換したフィルターは、 |
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村田「CFULA455KE4A-B0」 |
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「帯域±7.5KHz」品で図27に交換要領を示します。 |
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1.5KΩの抵抗追加に注意。 |
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取り付けピッチが異なりますので、実装に少し工夫が必要です。 |
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交換した結果(フィルター特性)をグラフ1に示します。 |
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中心周波数から「±15KHz」までの特性で、フィルターの負荷はS社ICのデータシート |
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条件で行っています。 |
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なお、減衰度「-40dB以下」は筆者の測定系の残留ノイズ限界なので測定は行って |
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いません。 |
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周波数 |
交換品 |
オリジナル |
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-15 |
-40 |
-15.5 |
-14 |
-40 |
-15 |
-13 |
-38.8 |
-14.4 |
-12 |
-35 |
-13.8 |
-11 |
-28 |
-13.1 |
-10 |
-21.8 |
-12.3 |
-9 |
-16.7 |
-11.5 |
-8 |
-6.8 |
-10.7 |
-7 |
-2.2 |
-9.8 |
-6 |
-1.5 |
-8.7 |
-5 |
-1.3 |
-7.5 |
-4 |
-0.8 |
-6 |
-3 |
-0.3 |
-4.5 |
-2 |
0 |
-3.2 |
-1 |
0 |
-0.8 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
-0.3 |
2 |
-0.1 |
-2.6 |
3 |
-0.4 |
-4.2 |
4 |
-1 |
-6.2 |
5 |
-1.8 |
-8.2 |
6 |
-2.6 |
-10.1 |
7 |
-3.3 |
-11.8 |
8 |
-4 |
-13.5 |
9 |
-7 |
-15 |
10 |
-16 |
-16.2 |
11 |
-22 |
-17.6 |
|
12 |
-28.2 |
-19.1 |
|
13 |
-35.2 |
-21 |
14 |
-39 |
-22.8 |
15 |
-40 |
-24.2 |
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さすがに「すばらしい特性」。 |
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◎周波数カウンター |
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○原理 |
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周波数カウンターの原理は例えば図28のように一定時間(この例では1秒)におけるパルス |
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の数をカウントします。周波数の定義は「1秒間における信号の繰り返し数」ですから、 |
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4個のパルスがあればこの信号は4Hzということです。 |
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要は「時間を決めて(区切って)、その時のパルス数をカウント」するだけです。 |
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○仕様 |
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・電源電圧 |
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3V (単3×2) |
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・表示 |
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3桁 |
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「MHz表示」と「KHz表示」のモード。 |
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「MHz表示」で7MHz,9MHz,12MHz |
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の違いを認識する。 |
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1KHz単位で周波数を確認したい場合 |
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は「KHz表示」にする。 |
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・スリープモード |
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電源が乾電池なので、LED表示が不要の場合に、「スリープモード」となって |
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LEDを消灯します。 |
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これにより、乾電池の消耗を少なくします。 |
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○ブロック図および回路図 |
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せいぜい10MHzくらいのカウントですから、「プリント基板」で組む必要もありません。 |
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そこで、「ユニバーサル基板」で製作することを前提とし、なるべく部品点数の少ない |
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構成にします。 |
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図29、30に今回のブロック図と回路図を示します。 |
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用いたマイコンは「PIC16F819-I/P」です。 |
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これにこだわる理由は無く、ポートの数が間に合えば良いです。 |
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回路的には「つなぐだけ」なので特に注意するような部分は無いと思います。 |
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定数決めする部分は入力信号の増幅部のみですから、この部分の設計方針を以下に |
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説明します。 |
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TR1の増幅部 |
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ラジオの局発信号はそのままでは小さいので、PICが認識できる振幅レベルまで増幅します。 |
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トランジスタ1石による「自己バイアス増幅回路」で、図30に設計値を示します。 |
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振幅のセンター値をロジックレベルに合わせるために電源電圧の半分より、若干、 |
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下に設定しています。 |
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用いたトランジスタは「2SC1815-Y」です。 |
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コレクタ波形をオシロスコープで観測しましたが、ロジック的には問題無い波形です。 |
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○ソフトウェア |
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使用言語は「C言語」で、コンパイラは |
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CCS社のCコンパイラ |
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今回のような機能は、C言語を用いれば「半日」あれば組めると思います。 |
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マイコンの「RA4」は「タイマー0」の外部入力ピンです。 |
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したがって、このピンに入力される信号をカウントすることにより周波数カウンターとして |
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機能します。 |
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カウントの基準となるゲート制御は「タイマー1」を用い、今回はゲート時間を「100msec」 |
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にしています。 |
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基本的にはゲート時間は「1sec」と思いますが、筆者の場合、1secの更新周期は |
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我慢出来ない(待てない)ので短く設定しています。 |
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これにより、周波数の演算は |
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周波数
= カウント数×10 |
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「455KHzのオフセット」のプログラムを以下に示します。 |
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これだけ。 |
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マイコンの場合、このようにオフセット演算は簡単です。 |
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かなり昔に「455KHzのオフセット機能付の周波数カウンター専用IC」を用いたことがありま |
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すが、あらためて、マイコンは柔軟性があり「万能」だなと思います。 |
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周波数カウンタ機能は一般的な方法であれば特に難しい制御ではありませんので、 |
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ここではソフトウェアの詳細は説明しません。 |
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○部品表 |
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部品番号 |
品名 |
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型番 |
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メーカー |
備考 |
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C1 |
ケミコン
47μF |
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*1 |
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|
C2,C3 |
セラコン
15p |
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IC1 |
マイコン |
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|
|
Microchip |
|
|
|
LED1 |
7SEG-LED |
LB303VK |
|
|
ROHM |
|
|
|
R1 |
カーボン抵抗 |
47K |
|
|
|
*2 |
|
|
R2 |
カーボン抵抗 |
1K |
|
|
|
*2 |
|
|
R3 |
カーボン抵抗 |
220Ω |
|
|
|
*2 |
|
|
R4,R5,R6 |
カーボン抵抗 |
3.3K |
|
|
|
*2 |
|
|
R7,R8 |
カーボン抵抗 |
47K |
|
|
|
*2 |
|
|
R9〜R16 |
カーボン抵抗 |
220Ω |
|
|
|
*2 |
|
|
S1,S2 |
スライドスイッチ |
SS-12E01G3 |
|
Linkman |
|
|
|
TR1〜TR4 |
トランジスタ |
2SC1815-Y |
|
東芝 |
|
|
|
X1 |
水晶振動子 |
HC49SFWB20000H0PESZZ |
京セラ |
*3 |
|
|
XIC1 |
ICソケット(18P) |
212118NE |
|
|
Linkman |
丸ピン |
|
|
PC1 |
ユニバーサル基板 |
「72×47mm」サイズ |
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金属スペーサ |
メスーメス 長さ10mm |
|
M3用 |
|
|
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|
ビス類 |
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|
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塩ビ板 |
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t = 0.3mm |
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茶系 |
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*1 電源電圧が低い(3V)ので耐圧は10V以上であれば可。 |
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*2 小型サイズを用いましたが、標準サイズでも可。 |
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*3 他メーカーを用いた場合、C2,C3の値は「要調整」 |
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○キーパーツ |
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表示用の7SEG-LEDは3桁で、「内部結線済」のものを使用しています。 |
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図31のように通常の1桁7SEG-LEDを3桁並べると、データライン(a,b,c,・・・・DP)の配線 |
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は24本です。 |
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これに対し、「内部結線済」の3桁LEDを用いれば、配線は8本で済みます。 |
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用いた7SEG-LEDは、 |
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ROHMのLB303VK |
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特に、今回のようなユニバーサル基板では配線本数が少なくなり、すごく楽。 |
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水晶振動子は指定の「負荷容量」にしないと発振周波数がズレますので仕様が |
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はっきりしているもを使用してください。 |
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今回のカウンターは数100Hzの誤差は許容範囲内ですが、周波数調整は「無調整」 |
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です。したがって、今回のように「京セラ」製の水晶振動子を用い、指定の負荷容量 |
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となるようにしています。 |
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○製作 |
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写真10に外観を示します。 |
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基板は「72×47mm」サイズの片面ユニバーサル基板。筆者の場合は、このサイズでは |
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ラジオのケースから若干「はみ出す」ので、やや大きめの基板をカットして製作しています。 |
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ラジオ本体との固定は「金属スペーサ」により行います。 |
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写真11のように、かなり「余裕のある」部品配置で配線本数も少ないです。 |
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写真10では「9.81」MHzを表示した状態で、KHz単位で読みたい(表示)場合は「表示切替 |
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スイッチ」により図11のようにします。つまり、現在、受信している周波数は |
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9.813MHz(9813KHz) |
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ということです。 |
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なお、12MHzのように10の桁がある場合は図32のような表示になります。 |
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(スモーク板の固定) |
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7SEG-LEDの表示部を覆う「スモーク板」は「板厚0.3mmの塩ビ」を利用しています。 |
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筆者の場合、ホームセンターで購入したもので色は「茶系」。 |
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板厚0.3mmですと、「ハサミ」で簡単にカットでき、加工が楽です。 |
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7SEG-LEDへの固定は図33のように「両面テープ」を利用します。 |
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ラジオとの接続は、 |
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・電源、GNDの2本 |
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・TR1への1本 |
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となり、この線材は外部乾電池への接続2本を含めて5本です。 |
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この線材はラジオのケース下部に穴を空けてラジオ内部と接続します。 |
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ユニバーサル基板の製作も含めて、3時間もあれば組めます。 |
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◎トラブル対応 |
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周波数カウンターをラジオに搭載するということは「デジタル、アナログ混在回路」です。 |
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製作前からデジタルノイズがラジオに混入する「不具合」は予想されます。 |
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この対応(対策)の目論見はあったのですが、今回の場合は「かなり手ごわい」。 |
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デジタルノイズの混入は具体的には次のような現象です。 |
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@電磁結合等によるマイコンからのデジタル信号の混入。 |
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AGNDパターンからのデジタル信号の混入。 |
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@についてはデジタルノイズ有/無で聞き比べれば分かるレベル。 |
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この対策はラジオ部とマイコン(基板)部の距離を離し、なおかつ、シールドを施すことで |
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問題無いレベルにすることは可能です。 |
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Aは「気になりだしたら我慢できないレベル」。 |
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以前にレポートした「LA1600レポート」ではデジタルとアナログ(ラジオ)のGND接続ポイント |
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を適切にすることと、電源のデカップリングで問題無いレベルにしています。 |
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しかし、今回の場合とLA1600レポートでは基本的にGNDの「作り」が異なり、ラジオ部 |
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のGNDを適切にすることは困難。(最初からパターン設計をしたほうが早い) |
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数日、Aに関して対策(緩和)を試みましたが、「あきらめる」ことにします。 |
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そこで、思いついたのが、 |
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マイコンの「スリープモード」を利用する |
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つまり、表示は受信局の周波数が分かれば良いので、その後は表示させる必要があり |
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ません。 |
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スリープモードにすればマイコンは待機状態となり、表示が消え、「眠ったまま」です。 |
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これによりデジタルノイズも発生しませんし、なおかつ、消費電流はほとんどゼロに近い |
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状態です。 |
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ジャンクラジオは「乾電池動作」ですから、これにより電池消耗も少なくなり、まさに、 |
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「一石二鳥」。 |
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最初に記述した仕様の「スリープモード」はスリープモードが目的では無く、デジタル |
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ノイズ対策が目的でした。 |
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筆者の場合はAの対策にスリープモードを用いた「かなりインチキな方法」でしたが、 |
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真の対策にチャレンジされてはいかがでしょうか。 |
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◎使用感とまとめ |
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ジャンクラジオに周波数カウンターを搭載し、さらに怪しいラジオになってしまいましたが、 |
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すごく「快適」♪ |
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なにしろ「放送が始まる前」から受信待機出来るのは使い勝手が良い。 |
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このような事を「待ちうけ受信」と、昔、呼んでいたような気がします。 |
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筆者の場合、受信環境は良いのですが、アンテナが貧弱です。 |
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12MHz帯の「モンゴルの声」はデジタル表示のおかけで放送開始前から受信待機できる |
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ようになりましたが、「インドネシアの声」は未だに未確認です。 |
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アンテナの整備を考えています。 |
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はるか昔、「BCLブーム」だった頃に「デジタル表示の受信機」(注:高級機はラジオの表現 |
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ではなく通信型受信機の表現)が各メーカーから販売されていました。 |
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筆者もこのような受信機が欲しかったのですが、とても買える(買ってもらう)ものではあり |
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ません。(今も買えていない) |
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このような機種とは単純に比較出来ませんが、デジタル表示機能だけを見ると「数100円」 |
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のマイコンで実現できるのは素晴らしいことだと思います。(しかも、乾電池動作) |
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ジャンクラジオを |
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復活〜航空無線に改造〜短波受信に改造〜デジタル表示 |
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と思いつくまま「いじりまわして」楽しんできました。 |
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これ以外の改造案が思いつきませんが、まだ、ジャンクラジオが筆者の手元に数台 |
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残っています。 |
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