So-net無料ブログ作成
送信機 ブログトップ

DDS Direct AM変調 [送信機]

DSCN2654.JPG

 中華製DDSに使用されているAD9850,9851のアプリケーションノート(AN-423)にAM変調がある。今回これを元に実験をしてみた。

 

AD9850AM1.JPG

【回路】 
 アプリケーションノートに記されている回路図は左のような回路である。オーディオ信号をFET(2N7000)で受けDDSのRSET端子(PIN12)に接続する。
 この回路通りに製作し実験してみたが、綺麗な変調は掛からない。FETのデータシートを見るとエンハンスメントFETである。オーディオ信号を通すためには、ゲートバイアスを掛け、ドレイン電流を流してやらなければ旨く働かない。そこで全体回路図のようにバイアスを掛けてみたところ旨く動作した。デプレッションタイプのFETならば、バイアスを掛けなくてもいけると思うが実験していない。
AD9850AM2.JPG DDSの出力であるが、IOUTとIOUTBの2つがある。一般的には片側不平衡で使用するが、AM変調を掛ける場合は、両方を使用し平衡出力としないと100%変調を掛けることは出来ない。これもアプリケーションノートに参考回路がある。(左図) 今回はFT23-43にトリファイラー巻したコイルを使用した。出力にはローパスフィルタを付加している。
 出力は左図のように綺麗なAM変調を掛けることが出来た。実際受信機で聞いてみたが問題は無いようである。

DDS AM Moduration.jpg

  AD9850AMhakei.JPG  DSCN2625.JPG

【中華DDS改造】

 実験には中華製DDS(AD9850)を使用したが、今回の実験のために改造している。回路図では表現しにくいためいかにまとめてみた。
・基準クリスタル発振器の取替(これは、もともとのクリスタルに不安があるため日本製に取替 60Mhz)
・IOUTに繋がっているローパスフィルタ部分を取り外し、IOUTを直接端子に接続
・RSET(PIN12)はアース間に抵抗が付いているので取り外す

 今回の実験には以前製作した万能DDSコントローラー(AVR)を使用してコントロールしている。AM変調用FET(2N7000)は、小さな基板に取り付け中華DDSの上に取り付けている。
 マイクアンプ回路にはTL072デュアルオペアンプを使用し、1個でアンプ 1個でローパスフィルタ(3KHz)としてFETに接続している。

 送信周波数をDDSで作り出し直接AM変調するという簡単な回路構成でAM信号が出来た。DDS出力は8dBm程度であった。これを32dBリニアに増幅すれば10WAM送信機が出来上がる。但しAMピークではSSB等に比べ4倍の電力が必要であるから、リニアアンプには40W程度の能力を必要とする。出なければマイナス変調となってしまう。
従来の終段に変調トランス等で変調するか、最近話題のEクラスアンプにPWM変調するか、このDDSダイレクトAM変調でいくか、AMでも色々な方式が選択できて面白い。いろいろ製作し聞き比べも良いかも。

 尚、今回は実験なので回路図等を整理仕切れていないので、わかりにくいと思うが、ご勘弁を。
 


nice!(1)  コメント(0) 
共通テーマ:趣味・カルチャー

E-Class 7MHz PWM変調 [送信機]

PWMMOD.JPG

 PWM変調による7MHzE-Class送信機用を作成した。これは、JH8SSTさんが紹介されたFAT5送信機及びSSTさんが実験されたものを参考に作成したものである。
 PWMは、DCDCコンバーターや、調光回路、モーターコントロールなどに広く使用されている。また、最近ではオーディオD級アンプにも使用されている。E-Class送信機同様、高効率の増幅器が出来る。E-Class送信機にはお似合いの変調機といえる。


E-CLASS AMP.jpg【構成】
 昨今は便利な世の中で、このPWM用ICが多く発売されている。特にリニアテクノロジーのLTC6992は、外付け部品がほとんど無くオーディオ信号を入力すればPWMが出来る。SSTさんがこれを使用した回路を発表されているので参考にしてください。ただ最近のICなので非常に小さなチップタイプである。
 今回は、PWMの勉強を兼ねてオペアンプで製作してみた。
 4回路入りオペアンプ(TL084)の2回路で三角波を発生させ、1回路をマイクアンプ用とし、こ

sannkakuha.JPG

の2つの信号を残り1回路をコンパレータとして使用することにより、PWM信号を生成している。このあたりの内容については、NETに多く載っているので検索して見てください。
 このPWM信号をフォトトランジスタでドライバーに送っている。これは、変調ファイナルをフローティングさせることにより、ドレインに電源を接続し、ソースからローパスフィルタをとおり、送信機ファイナルの電源とし、変調を掛けるためである。この辺りが、この方式のミソであろう。
 ファイナルFETをドライブするため、ドライバー用ICを使用(TC4422A)した。これは前回のE-Class送信機でも紹介したものである。PWM信号はキャリア130Khz程度なのでこれで十分ドライブ可能である。
 尚、フォトトランジスタは、無信号時HighとなるためNANDゲート(74HC04)で反転させている。TC4422は非反転なので、ファイナル部分も無信号時LOとなる。これはファイナル部分に常時電源を掛けた制御とする場合には重要である。
 変調ファイナルは前回紹介した2SK3234である。ドライバー、ゲート回路、フォトトランジスタの電源はフローティングである必要があるため、たまたま在庫していた絶縁型DCDCコンバーターを使用し12Vを得て78083端子で8Vを作り出している。 
ファイナルのソースからLPFを通り送信機ファイナルに送っている。
 このLPFが結構難物である。今回はSSTさんが作られたものをそのまま使用させていただいた。送信機の出力インピーダンスがファイナルの負荷となることから、それに基づき、PWMのキャリアを低減させ音声信号のみ通過させるものである。
構成は、このような感じである。

OUT100MOD.JPG

【結果】
 結果は、見事100%変調を掛けることが出来た。 依然作った7MHzAM送信機ではプシュプルで、大きな変調トランスを積んでいる。(井上無線IC71ジャンク品)これと比較するとコンパクト且つ高効率に製作出来たことが分かる。特に今では入手が難しい変調トランスが不要である。また、HighパワーAM送信機もこの方式で可能となる。
 尚、出力は電源電圧20V0.45で5W、30V0.77Aで13Wである。これにはドライバーの電源も含まれている。ファイナルのみであれば70-75%の効率である。更にファイナルをIRF640等に変更すれば80%以上の効率が得られる。

【失敗】
 この回路を作る前にタイマーIC555でPWM変調を行ったが、50%変調しか掛からなかった。これは、UP/DOWNの内、片側しかデューティーを変えられないとの事でMAX50%となるようである。100%変調のためにはデューティー0~100%に可変できる必要がある。従って555はあきらめた。

【課題】
 E-Class送信機とPWM変調機を作成するにあたり出来る限り汎用品を使うことを目的としていたが、FETドライバーのみが専用品となっている。回路的には何とかなりそうであるが、次回の検討事項とすることとした。
 もう一つの課題であるが、変調機出力のLPFであるが、もう少し最適化が必要と思う。パワーピークでコアがピーとなることがあるのだ。これについてはSSTさんが最適化して解決している。
 更に全体の最適化を行うことにより更に高効率化を検討したと思う。

今回の製作では、色々なことを勉強できた。実に有意義な製作であった。色々な情報を提供していただいたJH8SSTさん有難うございました。また部品提供頂いたKさにも感謝。 

2015.01.26 回路図訂正
2015.05.29 回路図訂正 


nice!(1)  コメント(0) 
共通テーマ:趣味・カルチャー

Class-E Amplifire(7MHz) [送信機]

実験1外観

 7.195MHzのAMも結構定着して、真空管による大出力送信機や、音質を高める話題などが聞こえてくる。そんな折、親しくさせていただいているJH8SST/7 OMがFAT5というE級AMPとPWMによる変調機を製作され、ブログに紹介された。
 これに触発されて早々実験をしてみた。

 

 
実験2外観【E級増幅】
 一般的に増幅器はA級、B級、C級といったバイアスの違いによる区分ではなく、スイッチングによる増幅方式である。一般的にはDCDCコンバーター等に使用されているもので、非常に効率の高い(損失の少ない)増幅回路である。欠点としてはスイッチング方式なのでノンリニアであり、SSBやAM低電力変調などの増幅器としては使用できない。CW専用となる。また増幅後に振幅変調を駆けることは出来るので、AM送信機は可能である。AM放送などは主としてこの方法が主流の様である。 

【構成】
 手始めにJH8SST/7 OMが紹介されている構成でE級を体感してみた。
 ゲートICを使い発振及びバッファとし、ドライバーICでいったん増幅し、ファイナルのFETをドライブするという構成である。
 今回は実験であることから信号源はファンクションジェネレータから矩形波を入力することとした。

【ゲートIC】
 ゲートICは74HC04(インバータ)を使用。今回は使っていないが、ゲートを使って水晶発振回路を構成すればコンパクトに回路構成できる。今回はインバータ1個を入力ゲートとして使用し、その出力を2回路のゲートに入力し2回路のゲート出力をパラとして次段のドライバーICに入力している。
 海外の製作例をみてみると74HC240を使用している例が多い。74HC240を3パラ、4パラにしてIRF510を直接ドライブしたり、240の出力をそのままLPFに入れたQRP送信機等がある。興味深いものがある。

【ドライバーIC】
 ドライバーICと言われるICを使用しているのは、今回使用したファイナルFETをONさせるためにはゲート電圧が4.5V以上必要なことと、FETの入力容量が大きく十分な電力を必要とするためである。1000pF近い入力容量を十分なスピードを持って充電できる必要があるからだ。従ってこのドライバーICの選択は、成功させるために重要な要素となる。最近ではモータードライブなどFETを活用するためにいろいろなドライバーICがあるようだ。
 今回は原典に習ってIXDD414及びTC4422を使用した。(Yさん、Kさん各氏より幾つか提供いただきました。有難うございます)

【ファイナルFET】
 FETにはIRF640を使用した。また簡単に入手できるFETで使えそうなものは無いかと探してみて秋月で入手可能な2SK3234を追試してみた。
 IRF640はQRPSSBトランシーバーにも使用している例がみられること及びFAT5でも使用されており実績では問題ない。

実験1回路図、データ

【実験1】
 74HC04ーIXDD414-IRF640-フライホイル-LPFという構成で行った。
74HC04及びIXDD414に関してはデジタル回路なので直結するだけである。IXDD414の入出力とグランド間に10KΩが入れてあるが、これはOFF時に確実にGNDレベルにするためのものと思われるが、これは1KΩの例もあるが、原典をまねて10KΩとしている。
 ファイナルFETのドレイン側にはフライホイル回路と言われるLC回路がある。ここで波形整形されサイン波になる。詳細についてはCQ出版「パワーMOSFETの高速スイッチング応用」に記されているので参照されたい。実験してみるとわかるのだがこの回路が非常に重要となる。
 整形された波はまだ高調波が多いのでLPFは必須である。今回は7次定型フィルタをつけている。
 実験の結果は左図を参照願います。効率80%程度となった。感想としてはリニアと比べると簡単にパワーが出てくるといった感じである。驚くのはFETの電源電圧を上げていくと、それにつれてパワーが出てくることである。30Vで50Wもでる。孤効率は多少悪くないが、リニアアンプと比べて簡単にパワーアップが出来る。これも効率の高さによるものであろう。発熱も少ない。コンパクトに大出力が望める。FAT5等を見ても300W送信機などが紹介されている。

実験2回路図、データ

【実験2】
  74HC04-TC4422-2SK3234-フライホイル-LPFという構成
 基本的に実験1と同じでドライバICとFETの違いである。結果としては効率75%程度となった。これを合格と見るかダメと見るかであるが、基本的にはOKと思う。もう少し最適化すれば十分OKである。これでも電源電圧30Vで40W以上が可能である。



E級アンプ波形例【フライホイル回路】
 この回路が重要で、綺麗なE級波形になるかがキーであり、この調整にはどうしてもオシロスコープが必要となる。波形がどう変化するかは左図を見ていただくと分かると思う。もっと最適化するためにはドレイン電圧とドレイン電流の波形を比較しながら行う必要がある。電圧が無くなり電流が流れ始めるようにすると効率が良いのだが、電圧が十分下がらないうちに電流が流れ始める。これが損失となるわけだ。電流プローブが欲しいところである。
 調整はL2、C1,C2(回路図参照)で行う。L1はRFCなので特に調整は必要ないが磁気飽和しないように選択する必要がある。
 L2、C1,C2は前出の本に詳しく書かれているが、目的周波数がL2とC2の直列共振周波数以上でL2とC1,C2の合成容量による直列共振以下となるように決められる。
 今回2種類のコイル(T68-2 18L、T68-6 15L)で試験してみたがC2の値で調整すれば大差は出なかった。従って本による計算式から出された数値で作成し調整はC2で行うことで良いと思う。C1はFETがOFFの時に関係してくるが、取り付けると出力が多少下がり気味であり、無くても十分動作している。理由は良く分からないが。
 C2は結構クリチカルである。要するに動作範囲は非常に狭帯域となる。数十KHzもずらすと出力が大きく変わる。10pF単位程度で調整を行っていく。最終的に目的周波数において左図の右端の波形になるように調整する。

【ドライバーIC】
 今回IXDD414とTC4422の2種類で行った。詳しく実験していないが、感じとしてIXDD414のほうが良い感じであった。
参考にドライバーICの入出力波形を左図に載せておいた。何となくIXDD414のほうが立上りが良いような気がする。
 高速に大容量のFET入力を早く充電できるかがポイントと思われる。データシートからこれらが読み取れればいいのだが、私には良く分かりません。また、コンプリメンタリーFETで適当なものがあれば、汎用品で構成できると思うので、今後の課題としたい。

【LPF】
 デジタル増幅器であることから高調波が多いためLPFは必須である。回路図には描いていないが、7次定型(L:T68-6 0.8UEW 17t 3個 C:420PF(段間420PFx2))で構成している。

【2SK3234】
 今回たまたま秋月で見つけたFETであるが、そこそこ使用できることが分かった。これはめっけものであった。IRF640が7MHzトランシバーに使用されている例から考えて、2SK3234でも出来る可能性がある。今度実験してみよう。
 最近のFETデバイスの発展から見てよりHighパワーで高速なものが安価に出てくる可能性も高い。こまめに探してみるのもいいと思う。

 E級増幅器の目処が付いたことから、PWM変調にも挑戦しAM送信機として完成させたい。

 

 

 

 


nice!(1)  コメント(0) 
共通テーマ:趣味・カルチャー
送信機 ブログトップ

この広告は前回の更新から一定期間経過したブログに表示されています。更新すると自動で解除されます。

×

この広告は1年以上新しい記事の更新がないブログに表示されております。