2017/08/20

アナログVUメーターを作るのです

タイトルの通りですとゼロから作るみたいに思えますけど、流石にそこまではやりません。やってみたいですけどね^-^;。って事で

ゲットしたこういうジャンク扱いのメーターユニットがありまして、これ自体は単なる電圧計であります(内部構造からの推察)。でもってこの状態だと寂しいですので、色々と工夫していきます。

【メーターのゼロ位置】

そんなに古いメーターでは無いようですが、左端に針が到達した時に、内部の金属フレームに当たったりしますのと、ゼロ位置があんまり正確ではありませんでしたので、メーターの(ゼンマイ)バネを半周分だけ短く、つまり張りを強めました。フロント、リアの両方にゼンマイがありますので、両方を均等にピンセットなどで半周分短くして、再度ハンダで接続。と言ってもこの作業って別にこのブログに来られる方々ならば朝飯前ですわね。

【メーターパネルを作る】


Photoshopを使ってこういう感じで作ります。Photoshopを使っている方の為に、どのように作ったのかが一発で分かるように下地レイヤーを全て表示させた状態が↑です。パネルを作るメーターの張りが、どこからどこまで振れるのか、つまり振れ角幅が何度かを事前に計測しておきます。要するに、針の左端から右端までの範囲ですわね。

【プリントしてメーターにはめ込み&バックライト】

以前は実際のエレメント電球に拘っていたのですが、2016年に登場した特定のケルビン範囲をCOB実装にて実現したLEDにより、ほぼ実際の電球との見分けが付かなくなりました。電球に拘っても良いのですけど、いかんせん耐久年数を長期間持たせる為には電球への突入電流を瞬時にではなく、ジワジワと電圧がかかるようにするなどと言った工夫が必要になりますので、今後はLEDで参ります。で、バックライト用途として120mA標準電流LEDを、15mAにて点灯しています(3V LED直列2つ=6V)。




メーター背面の空いている箇所にドリルで穴を開けて、LEDへの電流供給端子を付けます。写真には写ってませんが、プラスラインにはE-153定電流ダイオードを入れてますので、6V以上加えておけば明るさは変化せず、最大50Vくらいまでの範囲でバックライトが機能する、とまあレトロメーターとは相反してここは最新のテクノロジーでありますわね。



でまあ後は、このメーター自体は正しいVU特性ではありませんので、対数駆動増幅アンプ(可能ならば1/2乗、1/4乗圧縮)を介してフリフリさせれます。そちらは別の機会にでも。





2017/08/18

考察(ライセンスフリーラジオ)

以前記事にしましたこちらについては、特に皆さん異論は無かったようです。まあ仮に以前の記事内容の行為が法的に駄目だとは流石に言えませんわね。で、今回の考察はもうちょっと踏み込んでみます。

【絶対に厳守する条件】

1:トランシーバー本体には電気的な改造を行わない
2:日本で使用を正式に認められている無線機を用いる

これらを厳守する事を条件とします。

【パターン1】


これは前回の記事で全く問題が無いとされたパターンであります。逆にこれが駄目だとするならば、フェンスなどがあり偶然にもこのような運用位置になって効果を発揮してしまう事もありますので、そう言った意味も含めてこれは問題なしとされています。これは所謂、トランシーバーのアンテナ部分を、八木アンテナの放射器の位置に据えているだけです。後は八木アンテナの原理としまして、波長がしっかりと合っている場合は、図では左端の1本(反射器)と右側の2本(導波器)により、右側方向への指向性を得る八木アンテナとして動作します。

【パターン2】

ここからです。もう一度言いますが、絶対に厳守する条件を厳守すると言う条件下です。


本体への改造は行っていませんが、電磁結合の原理を用いた結合です。フェライトコアの内側に交流信号を流しますと、コアの周りに電磁界が発生するとか、その系統。この方式は交流電流計やクランプメーターなどでも用いられているピックアップ方式ですわね。因みに我が国ではこの方法は法的には全く問題はありません(と言うより普通にアンテナ取替えれますけどね)。勿論、パターン1に比べてこちらの方法は(電波の)輻射電力などの面では不利になり、またコアキシャルケーブルの長さにょっての当然ながらのロスも大きくなります。でも今回はロスが全く無いという事にした上で考えてください。

【パターン3】


もうこれをやるんだったらトランシーバー分解して、アンテナ部分をSMAコネクター化するなりして直接リニア繋いで人生を賭けた大冒険と言う名の大博打をすべきだと言われそうですが、私としてはこれは完全にアウトである、と考えます(我が国でも同様にアウトです)。と言うのは、リニアアンプは確かに弱い電波を強くする物です。トランシーバーに改造を施していませんが、そこまではOKだとして、リニアアンプ自体が一種の別個の送信システムであると見なされるわけですのでね。




って事で今回は、あんまり語られていない「グレーっぽいけど実際どうなのさ?」って部分を考察してみました。





2017/08/16

DIYにおける電源に毎回悩まされます

毎回、何かを製作した際に割りと考えさせてくれるのが電源です。物を動作させる為のエネルギー源をどうするか、って事を考えるのが毎回億劫なのですよねー。

幾つかの方法があります。勿論其々にどれだけの電流消費がある製作物なのかによっては多少の制限が課せられますが

1:乾電池
2:二次電池(Ni-MH, Li-ion)
3:ACアダプター
4:AC-DC内臓
5:自然エネルギー
6:その他
7:夜中にベッドの上で営まれる行為による自己発電

主に挙げるとしますとこの6つになります。7は特殊なエネルギーでありそれは自転車のダイナモと同一視するのかしないのか、って所からの考察をしなくてはなりませんのでここでは割愛します。仮にベッドの上下方向運動を電磁コイルによって電力に変換するとしますと、その持続時…(←ちょっと黙ろうかヽ(`Д´)ノ)

でまあ、この乾電池と言うのは同時に二次電池にも対応可能なソケットが存在します。AA電池とリチウムイオンセルの14500は同一サイズですのでそのままAAホルダーへの装着が可能であります。但しリチウムイオンセルは3.7V、Ni-MHは1.2V、AA電池は1.5Vですので、形状が合致してもそのまま代替できるわけではありません。でその二次電池を用いる場合、どうしても充電回路まで搭載したくなります。そうなりますと、Ni-MH充電回路、Li-ion充電回路になるのですが両者は電圧の違いから混在出来ません。Ni-MHを3本とLi-ion1本ならば何とか混在可能ですが、今度は形状というかセルの本数が3本 vs 1本と違うわけで構築上複雑化します。

二次電池としては6F22タイプの積層二次電池も存在し、こちらは9V(Ni-MH版は7.2V)になります。一見すると使い勝手が良さそうですが電池容量が少ないという問題もありまして、私は実際に使った事はありません。電池としては23Aというタイプの12V電池も存在しますけど、こちらも実際には容量の問題があります。

一番私が用いる事が多いのは

・ACアダプター15V駆動
・Li-ion内臓+5V充電回路内臓の3.7V駆動

しかしながらこの3.7V駆動と言うのは結構厳しいのですよね。場合によっては3.7Vを昇圧して6V駆動程度にする事はありますが、どのみち回路規模としてはその分多くなってしまいます。




2017/08/14

AMラジオ送信機~小豆5号機(1)



今回は、私の目的の中で、この小豆プロジェクトを進めております。

【目的1】

以前までのプロジェクトである、飛鳥シリーズのような製作のし辛さを如何に解消できるか。いやもう、飛鳥シリーズは二度と作りたくは無いです。間違っても、贈呈用としては絶対に作りたくないのです。木箱の都合で側面にプリント基板を配置した事により、各基板間をワイヤーで接続する事になった、と言う経緯があるのです。勿論、特性面では全く問題が無いように配慮しなくてはならなかったり(配線の引き回しによる回り込みノイズ)、そのせいで普通ならば不要なインピーダンスを下げる回路を加えたりしました事で、余計な回路規模増大になったのです。信号の経路としましては、高いインピーダンスで受け取り低いインピーダンスで送り出すと言うのは音響回路のみならずとも信号の配膳方法としては一般的であります事からも、ノイズ面では非常に有効なのです。勿論配線を引き回す手前では低いインピーダンス化を施したり(ボルテージフォロワーなど)しなくてはならなかったわけです。

そう言った製作面、設計面での疲労困憊を避ける為、可能な限りの最適化を行う、またはそれが行えるかが、小豆プロジェクトの目的の一つであります。

で、この項目についての達成率、満足率は残念ながら80%と言った所であります。

【目的2】

100%変調。飛鳥シリーズでは、回路の特性上と電波出力の関係で、100%変調はできておりません。可能ではあるのですが、仕様外の音声歪が発生する設計でしたので、必然的に少し音量が下がった位置に100%変調ほ設定しております(つまり音が小さい)。

その100%変調を達成する、それが小豆プロジェクトの目的の一つであります。

で、この項目についての達成率、満足率100%であります。現在一般商業放送局で主流になっていますPWM(PAM)変調方式のようなクリアな音質ではなく、1970年代以前の真空管式完全アナログラジオ送信機に近い音になってます。

また、Orban Optimod 9000シリーズの特性を独自に再現しました回路を基本搭載しています。音響プロセッサーに知識無い人用に表現しますと、1970年代のAMラジオに非常に近い音質、質感になります。60年代にAM, SSB系をされていたHAMの方に分かり易く説明するとしますと、ボイスプロセッサーが搭載されている、と言えばスパっと分かってもらえると思います。

とか、Optimodとか言うと、傍から見ているとア○丸出しで楽しい頭がお○○い人楽しい人が沸きそうですが(笑)。ま、それは置いといて(つ´_`)つ

【目的3】

送信出力の改善と、アンテナへの電圧供給のアップ。ただ、これは私個人で使うバージョンでのみ採用しています。具体的には、送信出力を4W(p-p)に設定し、飛距離をアップしつつ、変調特性を保持できるかどうか。

で、この項目についての達成率、満足率は残念ながら0%と言った所であります(小豆5号機では採用していない為)。小豆5号機の飛距離は、想定値としましては障害物有りの環境で30m程度。私が自分で使用するバージョンを設計する場合は、飛距離を200mに。

【進行具合】

回路その物はもう問題無く完成していますので、後は内部配線であります。ここから、作り易さと作り難さの探求を行い、どの部分が作り辛いかをピックアップして、それを改善していきます。偉そうに書いてますけど、私は完全に素人でして、自身の職の中にはこの電子回路関係とはかすってもおりません。なので、こう言った自己学習が楽しいわけです。

理想的なのは配線ケーブルを1本も使わない作品ってのがそれなのですが、残念ながら未だにそこまでには達しておらずですわね。内部配線ケーブルの多さ=出来の悪さ、というバロメーターは私の中では正しくもありますが、同時にアンティークっぽさを無くす要因でもあるのですよねー。同時に手作りっぽさはそういった部分で出るのかな、って認識であります、私の中ではね^^。

で、とりあえず、Potentiometer(VR)が、仮に取り付けている物は、ツマミ軸がツルツルのタイプで、ツマミはネジ式でないと駄目なのです。比べると


↑こんな感じになるのですが、現実的にこの左側のほうが色々と得な事があります。


ツマミ、ノブの種類としましては、世の中に流通しているものはこのギザギザタイプ(↑の中で右3つ)の物が圧倒的に多いのです。それこそ数万種類はあります。それに対してストレートタイプ(↑の中で一番左側)の物はかなり種類が少ないのです。特に商業製品においては圧倒的にギザギザタイプが多いのも事実、やはりはネジで軸を掴んで固定するタイプよりもギザギザである事からしっかりと引っかかる、それが認知されているのかもしれません。↑の右3つの真ん中、シルバーのやつは、1978年製PIONEERのFMラジオチューナーから抜き取った物です。

と言うわけで、良さそうなギザギザタイプのPotentiometerを現在物色中であります。

【贈呈品?】

今回の小豆5号機については、試作機と言う事からも、贈呈先が存在しなければいずれは廃棄処分か、解体する物でありますわね。

で、今回予定しています贈呈先は、久しぶりの電子工作、電子回路関係の方。いや、そっち関係ならばその人自身が作れるんじゃねーかい?とか思われますけど、そう言われるとちょっとテンション下がりますわね。うん、実際、回路図さえお渡しすれば余裕で製作可能なお方です。とか語ってますと、「え?私、贈呈先間違ってませんか?」って事にもなりそうですけど、まあそれは置いといて、普段からハンダゴテを使ってらっしゃる方への贈呈だと色々と安心感があるのです。と言うのは、何か故障が発生した場合、御自分で修理したり出来ます。または、自分なりに改造したりも出来ますし、遠方地の方ですのでそう言った点でも私としては非常に気持ちが軽くなりますわね。しかも小豆の場合は使用しているパーツはすべてが汎用パーツであり、恐らくは今後100年は流通が途絶える事が無いようなパーツですので。たとえばPotentiometerにガリが発生した場合、適当にそこら辺で売ってる物に取り替えたりも余裕でしょうし、今思えばこれ、製作キット化した状態で贈呈しても良かった感があるくらいですのでね(恐らくは今回の贈呈先の方は、製作キット化していたほうが喜んでもらえたかも^-^;)。






2017/08/06

遅延回路(スピーカー、メーター保護)


電源を入れた時に、時としてアンプなどでは「ボンっ」とか大きな音が鳴ってしまう場合があります。市販のオーディオアンプでは、電源を入れると数秒後に内部から「カチッ」て音が聞こえるのを耳にされた事があると思います。あれはスピーカーとアンプ回路との間の接続を、アンプ出力が初期状態へと安定するまで切断しておくリレー回路であります。

最近はその突入電流自体をそもそも防止済みのチップを使用している物もありますが、今回は色々と応用が利く回路を作ってみましょう。

基本としてはトランジスターを使ったこのような回路でも良いのですが、私はお奨めしません。上記の回路では若干動作が不安定で、これを改良される場合、初段Trの後にもう一段付け加え(ダーリントン)るか、そもそもTrをスイッチングに特化した物を探してそれを使って作るのが宜しいと思うわけです。

で今回は、確実でハキハキした遅延回路を考えて見ましょう。



VCCを5Vにすれば、5Vリレーを使う事も可能です。

もう御覧になって、なるほどと思われた方も多いと思います。358を通常の増幅回路として見ている方は「なんじゃこりゃ」になりますが、比較器、つまりはコンパレーターとして見ますと分かりやすいでしょう。もちろん、この定数のまま、コンパレーターと銘打つLM339, LM393を使用されてもOKです(LM339はピン配置が通常のオペアンプと違ってますのでご注意)。

[動作]

電源が供給されると、LM358の2番ピンには、12Vの100K:100Kの分圧された6Vが加わります。次に、RcgとCcgの時定数回路により数秒後に3番ピンの電圧が6V以上に達します。2番ピンに供給されている6Vが基準になり、その基準電圧より大きい電圧が3番ピンに入ってきたら出力がHになる、という動作です。3番ピンにかかる電圧を電源投入時から時定数回路によって遅延させる事で、時間差回路を構成しています。この2番ピンと3番ピンの電圧差により、1番ピンがHになるかLになるかが決まります。2番ピンはマイナス側の基準、つまりは低い電圧側の基準。3番ピンはプラス側の基準、つまりは高い電圧側の基準となり、上記の回路では3番ピンに2番ピンより高い電圧が加わった際に、1番ピンがH、今回は6Vが出力されます。論理回路とは若干違いますので、5V基準と言うわけではありませんが。そして、Drfダイオードは電源がOFFになった際にCcgに充電された電荷を放電する為に入ります。このDrfダイオードが無い場合、電源がOFFになってもCcgに充電された電荷がなかなか放電されず、電源をOFFにして間もない状態で再度ONにすると、完全にCcgが放電しきっていませんので遅延時間が短くなったりと、不安定な動作をしますので必ず入れましょう。

簡単な応用としましては、100K:100Kでは1:1で、VCCの1/2になります。もし100K:10Kならば10:1の比率で分圧され、それが低い側の電圧となります。

因みに時定数の計算方法はちょっと複雑になりますので、計算サイトを活用します。

さて、数秒後に1番ピンにHである6Vの電圧が出力された後は、今回使用したLM358ならば1KΩ程度で電流制限した状態でLEDが光らせます。上記回路ではそのままリレーを動作させるドライブ回路を1Trで組んでおります。Trのベースに入ってきた6Vによって、コレクター、エミッター間が接続状態になります。つまり、スイッチとしての働きですわね。その経路にリレーの駆動コイル端子を配置すれば、後はリレーの制御先としてリレーの仕様範囲内で色々な負荷を制御できます。スピーカー保護に使う場合は、2回路入りのリレーを使って、アンプ出力⇔スピーカーの間に配置する事で、電源投入から数秒後に、スピーカーとの接続をさせる、と言った使い方が出来ます。
こんな感じで^o^。

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[CMOSロジック版]

初歩の初歩ではありますが、CMOSの4000番台を使うと言うコメントを頂きましたので、そちらも組んで見ましょう。基本的にはAND GATE、OR GATEがあればもっとスマートに出来ますが、在庫切らしていましたので、NOR GATEにて代用しました。

もう中学校で習うレベルの基本中の基本ではありますが、ロジックICとは言え、回路的にはこれはアナログ回路の内に入ります。TC4001BP, CD4001BMP、HD14001など、4001ロジックを使いましょう。NOR GATE(Not OR)ですので、出力論理値は反転になります。つまり本来、出力がHになるはずがLになり、LになるはずがHになる、と言う反転出力になります。NORは、入力ピンのどちらか、又は両方がHになれば出力がHになると言う基本的な論理回路であります。今回、手持ちの都合でNORになりましたが、1ピン2ピンのどちらかがHになれば、3ピンはLになります。今回は1ピンの方を使い、その1ピンがHになるまでの時間を時定数回路によって遅延させています。1ピンがHになれば出力3ピンがLになります。LとはつまりOFFの状態ですので、それを反転させてHを取り出しています。まあ、ロジックブロックを2つ消費しますけど、どのみち4ブロック入ってますので^^。後の回路はコンパレーター回路と同等ですが、4001からの駆動負荷を考慮して、2.2KΩに気持ち的アップしていますが、別に1KΩでもOKであります。LEDは確認用ですので実使用では不要でありますわね。

video
実際の動作はこんな感じ。