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2012年5月

2012年5月28日 (月)

短縮率のはなし

短縮率とは
 短縮率とは高周波信号の波長などを求める際に、ケーブルやアンテナ線などの長さを波長から求める場合に実際の長さを求めるための数値です。
ハード的には
 電波は通常真空中では光速(C .. 2.9979x10^8 m/s )で進みますので、例えば 100MHzの波長を求めるのには、
λ= C / f
なので、
λ= 2.9979x10^8 m/s ÷ 10^8Hz
 =2.9979 m
となります。Tansyuku
しかしながら、空気中でダイポールアンテナを作るときには数値が変わってきます。それは電波は誘電体(真空以外の)の中を進むときには速度が遅くなってしまうのです。それで、右図のように、誘電体の中の速度 Vp は 光速 Cを√(µs x εs) で割った値になります。
µs=媒質の比透磁率
εs=媒質の比誘電率
となります。このCの右側の係数が短縮率と言えます。
ダイポールアンテナでは通常 95% 〜 97%と考えられています。
同軸ケーブルでは 3D-2V,5D-2Vなど充実ポリエチレン素材では 67%程度、発泡ポリエチレンの 3.5D-FAV,5D-FBなどは 80%〜90%となっています。
テフロン材のRG188,RG196などでは 70%程度の短縮率になります。
高周波バランやトランスなどをセミリジッドケーブルで作る長さ計算にもこの短縮率が重要ですね。
ソフト的には
 空気中でダイポールアンテナを作るとインピーダンスが約73Ωになるそうです。それで、昔からアマチュア無線で 3C-2V や 5C-2Vの 75Ω系のケーブルや Mコネクタなどが使われていたのがよく判ります。初めて 7MHzのダイポールアンテナを作った時にはお金がなくて、割り箸で絶縁したはしご形フィーダーケーブルを自作したものでした。(無線機にどうマッチングさせたかは覚えていない。アンテナコイルに150Ω入力のタップがあったのか?)。その後、割り箸とエナメル線のケーブルがあまりにも見苦しく思ったのか、父親が3C-2Vケーブルを買ってきてくれた。
 初めて 7MHz AM で栃木の人と自作真空管セットで交信したものこのアンテナでした。
Vanntena
最近は時々右図のようなV型をしたダイポールアンテナを見ます。アンテナ角度を 120°にすると、インピーダンスが 50Ω になるそうで、50Ω系の低損失ケーブルなど使ってハイパワー出してるのかな?って思いました。昔はインバーテッドVという逆V型のアンテナが敷地面積が少ないときによく使われましたね。


2012年5月22日 (火)

SUDOTECK DIGITAL LOVES 更新

SUDOTECK HomePage の TECK LOVES DESIGN のコーナーですが、デジタル関連のコーナー DIGITAL LOVESオープンドレインについてのはなしをまとめて、追加しました。
TECK LOVES DESIGN コーナーでは、Blogの記事をまとめたり、書き足りなかった点を補足してまとめるコーナーにしたいと考えています。
最新記事にはまとめるための書き始めの記事を載せています。
 本ブログと合わせてご愛顧下さい。
また、本ブログでは皆さんの質問に答えたり、題材についてヒントを頂く場として、引き続き書いていきますので、ご意見もお寄せ頂ければ幸いです。

2012年5月18日 (金)

カレントループのはなし

カレントループとは
[ Current Loop ]で、機器との信号のやりとりを電圧の大小でなく、電流の大小で伝達する方法です。2〜40mA程度の電流を流して数km の低速な信号をやりとりするのに使います。アナログの電話も同じしくみで音声信号を伝送していました。
ハード的にはCu_loop
ではなぜ電流で信号を伝送するのでしょうか?右の図を見て下さい。CMOSで High/Low を伝送しようとすると、上の図のように信号線のインピーダンスを低くしてノイズを避けるために仮に 1kΩでプルアップしているとします。送信側のCMOSが Low を出力して OUTA が 0Vとなったとします。受信側のCMOSは閾値が 5Vの半分の 2.5Vとしたときに、伝送線の抵抗が何KΩまで大丈夫でしょうか? 1kΩでプルアップしていますから、 RX が 1kΩのときにちょうど半分になって 2.5Vになりますから、伝送電線の抵抗値 1kΩまで動作すると考えられます。
 次に電流ではどうでしょう?送信側はオープンコレクタなのでON時の飽和電圧 0.2Vとしましょう。受信側は入力とベースに 100Ωベースエミッタに 820Ωなので、上の例と同じ RXが 1kΩのときはどうでしょう? ベース・エミッタ電圧が 0.7Vとして伝送線のRX と100Ωを足して 1.1kΩに電圧 5V -0.2V-0.7V = 4.1V 4.1V÷ 1.1kΩ =3.7mA と電流が流れますので、トランジスタの hfe(電流増幅率) を100としてもコレクタには200Ωの抵抗に十分電流を流せることが判ります。hfe 100として 200Ωに4V出力させるには、 4V÷0.2kΩ = 20mA で、ベースには 0.2mA以上必要とわかります。
ベース・エミッタ間の 820Ωを流れる電流は 0.7V÷0.82kΩ = 0.85mAなので、( 5V -0.2V-0.7V )÷(0.2mA+0.85mA) =3.9kΩ となって、上記 CMOS の4倍以上の長距離を伝送できるのがわかります。電圧伝送では距離によって受信端では電圧が下がってしまいますが、カレントループでは送信側と受信側で同じ電流値が流れるため、送信側でも受信側がつながっているかどうかを流れる電流を見ることで判りますので、回線の安定性の確認が出来るのもメリットではないでしょうか。
ソフト的には
 現在はオープンコレクタでなく、フォトカプラーや MOSリレーなどを使って低速な信号を伝送するのは当たり前になっています。グランドが分離できることから、グランドラインとともにツイストペア線で配線され、ノイズに対しても信頼性の向上を図っています。


2012年5月16日 (水)

CMOS-IC 電源のはなし

CMOS-IC 電源のはなしとは
 CMOS-IC はデジタルのゲートなどに使われますが、アナログ値をデジタルの High/Lowに変換してマイコンに伝達するためなどによく使われます。その際、アナログ部分の電源とデジタルの電源が電圧が違うとか、ノイズの点で分離してあったりして時として別々の時があります。そんな場合 CMOS-IC側の電源を OFF にして動作させたときに、時として不具合が起きます。
ハード的には
Cmos_vdd 通常の場合、CMOSーICの入力はハイインピーダンスなのでほとんど電流は流れません。図のようにアナログ側でオペアンプで直接駆動しても問題はおきません。
 しかしながら、何かの原因でデジタル電源(VddB)が OFF になっていたらどうでしょう?デジタルICは現在ほとんど CMOSでゲートを静電気などから守るためや、寄生ダイオードで、入力から電源側にむかってダイオードが構成されています。デジタル側の電源がOFFになると、入力された電圧はこのダイオードを通ってデジタル電源(VddB)側に流れ出します。この電源がIC単体ぐらいで電流があまり流れない場合ならばこの漏れ電流はわずかですが、全体のデジタル電源などに繋がっていたり、この入力のICがラッチアップを起こしたりするばあいは、この入力端子に大きな電流が流れ込むことになります。そのために出力側のオペアンプが壊れたり、発熱したりします。
ソフト的には
 「CMOSだから電流は流れない」と思い込んでいると、大きなトラブルになることがありますので、CMOS-IC の電源のOFFになる場合や、電源立ち上がりのタイミングなどは注意が必要です。


2012年5月12日 (土)

SUDOTECK Homepage アップデート

SUDOTECK Homepage を アップデート しました。
新らしいページとして
ANALOG LOVESとしてこれまでのBlogの記事をまとめたページを作成しました。
まだまだ全体として作成途中ですが、ご愛用されれば幸いです。
20120512_175036


2012年5月10日 (木)

終端電圧のはなし

終端電圧とは
 高周波では伝送ラインのインピーダンスが 50Ωとか 75Ωとか決められた上で、いくつかの信号のレベルなどが比較・測定されますが、この決められたインピーダンスにうまくインピーダンスマッチングさせて測定する必要があります。このため、50Ω などの抵抗値で伝送ラインを終端(ケーブルの最終点につけてマッチングさせる)するため、本来の信号源の発生する電圧と、インピーダンスを合わせるための信号源の内部抵抗によって最終段の電圧が変わってきます。うまくマッチングさせた場合は、本来の信号源の電圧の1/2になります。これが終端電圧です。
ハード的には
Load 右図は 信号発生器 SG の例ですが、電圧発生レベルは 2µV rms とします。これに対して出力するときには 50Ωの出力インピーダンスを保つために、等価的に直列に 50Ωがはいっているように考えます。このとき、出力に何も付けなければ、抵抗で電圧は落ちないので電圧はそのまま 2µV となります。この状態の出力電圧は「開放電圧」と呼ばれ、最近の単位では dBµEMF ( Electro Motive Force ) と呼んで、この値が開放電圧であることを示しています。ここでは +6dBµEMF となり、EMF表示のある SG では 6dBµ EMFと表示されるはずです。
 この状態でケーブルを付け(付けなくて直接でもいいですが)50Ωの終端抵抗を付けます。そうした場合終点抵抗の両端には SGの内部抵抗50Ωと 分圧されて、半分の電圧になります。この状態が「終端電圧」で、この例では 1µV rms となり、 0dBµ PD(Potential Drop )となります。この PDは省略される場合がほとんどですから、時としてデーターが dBµEMFで測定されて、この EMFが省略されていた場合は6dB多く記載されていることになります。同じ電圧を発生していても、単位によってその接続状態が表現されるなんてちょっと変わっているかと思いますが、終端することは高周波の常識なので、そのあたりを基本として覚える必要があります。アマチュア無線ではこの終端電圧での表現が一般的なのですが、FM受信機の感度などで実際は -12dBµ なのに -6dBµ EMFと書いてあるとなんだか感度が悪く感じてしまいますね。
dBmのはなしも参考にして下さい。


2012年5月 8日 (火)

Stick DOMINO をやってみた。

Stick DOMINO とは
 アイスの棒の大きいのを組み合わせて、ドミノのように順番にはじけていくゲームです。最近入手した Nikon V1 のスローモーションモードで撮影したので、どんな感じか見てみて下さい。
スティックドミノは本屋さんで見つけました。税別で ¥1,100でした。

 組み方は3種類ほど紹介されているが、この画像の組み方が一番はじけるみたいです。100本セットなので、組むのに5分ぐらいかかりますが、あまり時間をかけると木の板なのでしなってしまい、はじけ方が弱くなるそうです。是非一度やってみて下さい。
AMAZONでは








撮影した Nikon V1はミラーレス一眼ですが、画像センサにAFセンサーが一体となって入っているので、AFがめちゃ早い(一眼レフくらい)ので、AF追従しながら秒間10コマの静止画が撮影出来ます。
センサーは1インチですので、フルサイズの2.7倍の焦点距離になり、300mm望遠が、810mmになりますので、野鳥カメラマンに愛用されているようですね。小さいほうの J1 はダブルズームでも安価なのですが、V1はEVFがついているので、老眼の私にはその点が重要です。

2012年5月 7日 (月)

TRIO 6R4 Mixer回路図追加

SCHEMATICS にTRIO 6R4 Mixer回路図を追加しました。
TRIOが最初に春日無線工業として出した、アマチュア受信機第1号が 6R4です。このセットは実際はコイルがスイッチでバンド切り替えする回路でしたが、回路図は簡略化しました。高周波増腹部を持たない直接アンテナからミキサーで、IF、検波、音声増幅、BFO、電源整流に各1球づつ使った5球スーパー+BFO1球という構成でした。
 この回路はポピュラーな 6BE6という 7極管を使ったLocal発振回路とミキサーを1球で行っている回路です。7極管といっても第2・4グリッドは接続されているし、第5グリッドはカソードと内部で繋がっているので、コントロールするのは3つのグリッドですが、カソードに繋がったローカル発振用コイルを第2・4グリッドに帰還して発振させており、その出力を第1グリッドに繋げています。アンテナから入力した信号は、第3グリッドに入って、ローカル発振と混合されて、プレートに繋がる 455kHzのIFT( IFトランス)に出力されます。真空管はハイインピーダンスでコイルのQが比較的高くとれ、高い電圧で動作しているので、結構ゲインがあったように思います。自作しても結構回路図どおりにつくるとちゃんと動作するので、昔はラジオのキットが結構売られていましたね。
Tubemixer


2012年5月 1日 (火)

FETと三極管のはなし

FETと三極管とは
FETは普通のバイポーラトランジスタと違って、ゲートにマイナスをかけてバイアスし、ゲート電流がほとんど流れないことから、しばしば真空管と似ていると言われています。実際 三極管ではほとんど同じような動作をするので、昔の真空管を使った回路とFETを使った回路を比べると大変似ていることが分かります。
Fettube
上はMK10 という 2SK19の古いバージョンのFETを2つ使ったカスケード増幅回路と6AQ8という双三極管(2つの三極管が入っている真空管)の同じような高周波増幅回路です。
 二つを見比べて面白いのは、どちらも入力インピーダンスが高いので、同調回路のホット側から直接信号を取り出している点です。トランジスターになって一番苦労したのが、同調回路とのマッチングで、一番のホット側からとると全体としてコイルのQを下げるようになってしまい、シャープに同調しないのです。それでコイルの途中にタップをとってインピーダンスの低いポイントからトランジスタのベースに加えます。マッチングがよくなっても今度はトランジスタのベースに電流を流すためのバイアス回路が必要で、コンデンサーでコイルとの直流接続を切ってバイアスを加えたり、コイルのコールド側をコンデンサーで直流的に浮かして使ったりしました。FETが出て来て古い高周波技術者は使い勝手の良さに喜んだでしょう。
 真空管では+電源電圧が120Vと高くなっています。それでグリッド(FETのゲートに当たる)のバイアスは 470Kという高い抵抗値を使っています。電流も 10mA流れるとすると 1kΩでは 10V で電力は 0.1Wとなりますので、カソードや電源デカップリングの抵抗は 1kΩ1/2Wをつかってます。そもそも真空管の時代はラグ版に半田付けする配線が普通でしたので、大きな抵抗が普通でした。しかしながらコンデンサーは耐圧が200V程度は必要なので、セラコンが出る前はマイカコンデンサーや大容量のものはオイルコンデンサー等を使いました。オイルコンデンサーは今の電解コンデンサーと同様劣化するので、昔はこれが原因でテレビやラジオがよく故障しました。古くなるとオイルが漏れだしていたりしてけっこう汚れているので、かえって不良がわかりやすかったかな?昔のラジオ屋さんは自分で修理してましたね。小さい頃の私の夢は自分でラジオの修理屋をすることだったんですが、今時修理する仕事って少ないですね。

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