鉱石ラジオと料理と

巻き方によるコイルＱの違い測定

　バーアンテナのコイルの巻き方でどのくらいＱが変わるものか、実験してみました。

　

　実験したコイルは下の写真の二つです。

　どちらもΦ６ｍｍｘ４０ｍｍのフェライトに同じΦ０．８ｍｍ（２８芯）リッツ線を巻いて作ったものです。

　

　左の物は普通に線の間を空けずに巻いてあります。右の物は同じ材料ですが、線の間を数ｍｍ程度空けるようにして巻いてあります。

同調回路のQの測定（その21:測定してみました）

　ちょっと間があきましたが、コイル（共振回路）のＱの測定をいくつかのコイルでやってみました。

　以前測定したコイルに加えて、リッツ線を入手しましたので、それでハニカムコイルを巻いてみたものを加えました。

　
　今回測定したコイルは下の写真のものです。左が市販のコイル、右が手作り品です。
　

 

 

同調回路のQの測定（その20:ケースに入れました）

　前回に続いて、ケースへの格納をおこないました。

　
　下の写真の状態からスタートです。バラックでデバッグしているうちにかなり混沌状態になっております。

同調回路のQの測定（その19:ようやく全体動作）

　今回は、整流部の動作確認と調整をいたしました。これでようやく全機能が動いたことになります。

　
　今回動かしたアナログ部の最新回路図は以下の通りです。

同調回路のQの測定（その１８：アナログ部とデジタル部の接続）

　夕方からアナログ部とデジタル部の接続とソフト動作確認を行いました。

　
　
　まずは発振部の制御と周波数カウント部の動作を行っています。よろしければ下の動画をご覧ください。

　最近ムービーメーカの使い方が少しわかってきたので、つい必要がなくても動画に走ってしまいます。

　正直今回のはロボットみたいな面白みがないですし、撮影時のガサゴソ音が耳ざわりだったので音声カットして代りに適当なＢＧＭを入れてみました。

同調回路のQの測定（その１７：アナログ部改修の続き）

　前回の記事でＱが少し低めに出ている件、だいたいの原因がつかめたと思います。

　

　各部の電圧を確認した結果、Ｖｏｓｃを５０：１で分圧した後のｒ１（１Ω）抵抗両端電圧Ｖｒ１が共振時に３〜５ｍＶ低下しているのがわかりました。（一緒に確認しましたがＶｏｓｃ自体は変化していませんでした。）

　下のグラフは１０００ＫＨｚに共振させた状態でその前後に周波数を振ってＶｖｃとｒ１両端電圧を同時に測定したものです。

共振によってＶｖｃが上がってくるとｒ１電圧が低下しているのがわかります。

同調回路のQの測定（その１６：アナログ部改修）

　7/26 AM9 補足：　この記事でのQが低めに出る問題ですが、今朝確認したところ、共振回路に信号を与えている１Ω抵抗の両端の電圧が、共振時に低下していることが分かりました。その分の補正を入れるとほぼ期待される値になるようです。確認と対応ができましたら別記事としてアップいたします。

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　ようやく負電源用の部品が届きましたので、アナログ部の方の改修を再開いたしました。

　下の写真が待っていた部品、DC-DCコンバータモジュールです。

電解コンデンサを外付けし、＋９Ｖを供給するだけで±５Ｖの電源を出力してくれます。

　

　負電源の生成方式として、電源トランスから組み込む方法と、負電圧コンバータを使う方法も考えたのですが、前者は箱に入らないし、後者は出力電流が足りないし。。。ということで結局贅沢してDC-DCコンバータを使うことにしました。いつもの秋月電子やマルツ電波では取り揃えがなく、DigiKeyで海外購入しましたので、日数がかかっておりました。

　

同調回路のQの測定（その15：デジタル部作成）

　ケースに続いてデジタル部の作成を行っています。今回作ったのは下図の点線部分です。

　内容は�@ＤＡコンバータの交換、�A操作スイッチの取り付け、�BＵＳＢポートの作成、の３点です。

以下それぞれの作成状況をご説明いたします。
　

同調回路のQの測定（その14：ケース加工）

　ただいま負電源生成用の部品待ちです。その間にケース加工とデジタル部の作成を行っております。今回はケース加工の方の状況を掲載いたします。　（負電源はとりあえず乾電池で作って実験していました。）

　

　　ケースは、タカチ工業の傾斜型アルミケースＴＳ−２（下写真）という物を使うことにしました。サイズは横２００ｍｍ、奥行き１５０ｍｍ、高さ前部３５ｍｍ、後部７０ｍｍです。

　以下加工の様子を順番にお見せします。

同調回路のQの測定（その13）

　今日の午後から連休来客のため、また２，３日間が空きそうですので、まだまだ途中なのですがＱ測定の方の状況をアップいたします。
　　

　以前書きましたように、問題が多々あるため全面的に修正を入れています。修正部分は下の図の通りです。

�@発振回路を秋月電子のＭＡＸ０３８精密波形キット(AKI-038)に置き換えました。
�A発振出力の分圧抵抗をソリッド抵抗に置き換えました。
�B整流回路を高速オペアンプによる理想ダイオードに置き換え中です。

　

それでは、それぞれご説明いたします。

同調回路のQの測定（その１２）

　購入したオシロを使ってＱの測定セットを全体的に見直しているところです。どうも問題点が３つあることがわかりました。

　（これまでの簡易オシロでは、電圧最小レンジが0.1V/divなうえに、電圧レンジを変えるごとになぜか値が変わったり、ＡＣ設定なのに何らかのオフセットがついて表示されるので最小レンジが実質使えなかったり、等々でこれまでは中々問題点も把握できなかったのですが。。。とちょっと言い訳してみました）

問題点：
　�@．共振回路に与えられる電圧がおかしい？
　�A．並四コイルは本物？
　�B．整流回路がまだ不安

以下、ご説明いたします。

同調回路のQの測定（その１１・・・横道ですが）

　用事が片付いたので久しぶりにQ測定の方をやろうと思い、夕方から２週間ぶりに測定用のセットを取り出してオシロを繋いでみたところです。

　

　まずは回路がおかしくなっていないか、発振回路出力（VOSC）と共振回路のバリコンでの電圧（VVC）の波形をみようとしていて、ふと見ると電源が入ってないのにVVCに何か波形が出ているのに気付きました。（下写真）

←　電源オフでのＶＶＣ波形

　ノイズにしては綺麗だし。。。バリコンを回すと振幅が変化するし、何かに共振してるみたい。。。でも何もしなくても振幅が変動しているみたいだな。。。。で、タイムレンジを変えてみてやっとわかりました。（下写真）

　そうです。ＡＭ放送電波でした。

　考えてみたらラジオの共振回路と一緒ですから受信してあたりまえですね。

同調回路のQの測定 その１０

　6/25　補足：　この記事の回路ではダイオードのVfオフセットが問題になるとのご指摘が有りました。対応ができ次第、別の新規記事にて掲載いたします。

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バーニヤダイヤルとエアバリコンが届きましたので、アナログ系の追加作成を行いました。

　
　下が入手エアバリコンとバーニヤダイヤルです。昔憧れた組み合わせなので、今見ても感慨深いものがあります。
　

　今回は主に整流部の回路を作りました。回路図は以下の通りです。

　先日作ったＦＥＴバッファを手直しした物にダイオード整流回路と５Ｖオペアンプによるバッファを付けています。ついでにオペアンプの余りで周波数測定用のバッファも取り付けました。

　また、Ｑが大きい場合に９Ｖ電源では振れ幅が十分とれないようなので１２Ｖに変えました。

同調回路のQの測定 その９

　バーニヤダイヤルの到着が明日になるようですので、デジタル部の続きを作成しました。
　
　今回作りこんだ部分は下図の周波数制御用のＤＡコンバータ部分です。

　
　事前の発振回路の測定で、４．５〜８．５Ｖの電圧を与えれば９００ＫＨｚ〜１．３ＭＨｚ位の範囲で周波数を振れることを確認しましたので、その範囲をＰＩＣから制御できることを目標としています。

同調回路のQの測定 その８

　Ｑの測定回路の方はただいま部品待ちです。結局エアーバリコンとバーニヤダイヤルをネット注文してしまいました。

　ポリバリコンにサブを付けようかとも考えたのですが、どうもいまいちになりそうですし。
それにバーニヤダイヤルは見栄えがしますから。それらが届いたら再開しようと思います。

　
　部品待ちの間にデジタル系のファームを進めることにして、今回はＬＣＤ表示の続きをやってみました。
　
　今回作った機能は以下の通りです。

　�@８ｘ８のフォントデータによるテキスト表示（大文字アルファベット、数字、記号のみ対応）
　�A共振特性をグラフ表示するため最小限のグラフィック機能（垂直線表示のみ））

　
　できたものが下の写真です。左がフォントデータテスト表示、右がグラフィック機能テストパターンとテキストの混載表示です。

　

こういう表示物は結果が一見して分かりますので確認も楽です。

　

今回はハードをいじっていませんので簡単ですが、以上です。

　

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同調回路のQの測定 その７

　またタイトルから外れますが、ハヤブサの大気圏突入は大変感動的でした。まだ見ていない人がおられたらYoutubeに映像が有りますので是非見てください。

和歌山大学撮影：http://www.youtube.com/watch?v=C680DeICaQE&feature=related
ＮＨＫニュース：　http://www.youtube.com/watch?v=yqaJXUsjEsY&feature=related
ＮＡＳＡ撮影：http://www.youtube.com/watch?v=X-dZicOmu4k&feature=related

　

　さて本題です。今回はコイルのＱを測定してみました。以前コメントでご紹介いただいて参考にさせて頂いているサイト殿に様々なコイルのＱの実測値がありますので、そちらと比較確認ができます。
　
　
　といってもすぐ測定できたわけではなく、いくつか問題がありまして。。。まずその対応を行ってました。

　問題のひとつはオシロです。簡易オシロを使っているのですが、どうもバリコン電圧Ｖｖｃを見ようとするとおかしな値になります。

　オシロのスペックを見たら負荷容量が３０ｐＦとありまして、これでは無理もないな、ということで測定用に下の回路図のようにＦＥＴのバッファを付けました。（他にも電圧測定レンジや周波数も制限が多く、やっぱり簡易でないオシロが欲しいです。）
（クリックで大きな図面が開きます。） 　

同調回路のQの測定 その６

　タイトルとは関係ないですが、小惑星イトカワを探査した探査機ハヤブサが今から地球に帰還します。この記事をアップしたらネット中継の視聴に入ります。
　しかし相当なイベントだと思うのですが、テレビ等で案外触れられてないのが不思議です。こういう日本の素晴らしい技術成果はもっとアピールされて良いと思うのですが。。。。
　　

　さて、本題Ｑの測定の方ですが、発振回路のバッファを改善し、電圧測定部分を作ってみました。
　
　今回作ったのは下図の点線内の部分です。

同調回路のQの測定 その５

　発振回路の改善用に手配した部品の到着は明日になるようです。そのため、今日は昨日の構成の見直しと、表示系の作成を行いました。

　

　見直した構成図は以下の通りです。以下２点が変更になっています。

　　　�@発振出力のレベルも測定できるようにした。

　　　�ALCDとDACのデータラインを共用にした。
　　　　　（良く考えたら分ける理由がなく、IOポートの無駄でしかないので直しました。）

　

　左上の薄緑の領域が今回作った表示系の部分です。

同調回路のQの測定 その４

　前回記事へのコメントによるご指摘で、発信回路のバッファ出力インピーダンスに問題がある、ということがわかりました。その改善を早くやりたいところですが、残念ながらただいま部品待ちです。

　Ｕターン前は秋葉原に気軽に行けたものですが、今は地方ですのでちょっとした部品でもネット購入になってしまいます。。。３０年前は我が街にもパーツショップが有ったのですが、閉店して久しいようです。

　
　部品が届くまでの間、ちょっと気が早いですが、正しいＱ測定ができるようになった後のＱメータ作成についての検討に入りました。

　
　まず、装置の仕様として以下を目標とします。

　　・中波帯用の共振回路のＱとコイルのＱが両方測定できること。
　　・測定結果は数値表示できること。共振曲線はグラフ表示できること。
　　・測定データをＰＣに対して外部出力できること。
　　・測定用のバリコンを内蔵し、測定対象のコイルを接続するだけで測定ができること。
　　・測定用のバリコンは、内蔵のものと外部外付けバリコン（共振回路の測定対象）が選択できること。
　　・できるだけ小型、ポータブルであること。
　　
　以下はできればやってみたい仕様です。
　
　　※短波帯のコイルも測定できること。
　　※周波数カウンタ機能を持ち、発振周波数の校正を単独でできること。
　
　この目標仕様から考えた装置構成は下図の通りです。

同調回路のQの測定 その３

6/10 補足：　

　　コメントでのご指摘によりこの記事の測定結果は誤っていることがわかりました。原因は発振器バッファの出力インピーダンスが大きいためです。今後改善して新規記事として掲載予定です。申し訳ありませんでした。

　共振回路のＱ値算出の元になる周波数特性（共振曲線というらしいです）の出し方について、その後ＷＥＢで調べつつ、再検討してみました。

　考え方としては、直列共振回路のインピーダンスの逆数、または回路を流れる電流値を使用するということです。前回のやりかたでは直列共振回路に直列に繋いだ抵抗の両端の電圧を測定しています。固定抵抗の両端を見ていますので、電流に比例した値を測定していることになり、比率であるＱ＝f0/(f2-f1)を求めるには特に問題ないかな、と考えています。

　ただし、昨日の回路では直列抵抗が１００Ωであり、直列共振回路の共振時にはその１００Ωがそのまま発振回路バッファの負荷になります。これは負荷としては重いだろうということで、抵抗値を大きなものに変更しました。

　変更後の回路図は以下の通りです。

　（図のクリックで大きな図面が開きます。）

同調回路のQの測定 その2

6/10 補足：　

　　コメントでのご指摘によりこの記事の測定結果は誤っていることがわかりました。原因は発振器バッファの出力インピーダンスが大きいためです。今後改善して新規記事として掲載予定です。申し訳ありませんでした。　

　前回に引き続きまして、発振回路の基板組みと、簡単なコイルのQ（共振回路の先鋭度の方）測定をやってみました。

　

　基板組みした回路は以下の通りです。前回の回路に電源と測定用の周辺回路（バリコン等）を付けただけで、発振回路としては前回ブレッドボード確認したものと同じです。

（画像クリックで大きな図が開きます。）

　

同調回路のQの測定 その１

　ようやくまた回路をいじれるようになりました。退院したらやりたいと思っていたのがコイルQの測定です。早速とりかかることにいたしました。

　

　といっても、Qについては正直これまで良く分かっておりませんでしたので、まずはWEBで勉強させていただきました。特に「こちらの方のページ」はQについても丁寧な解説が有り、ご自身でもコイルのQ測定器を作られており、非常に参考になりました。

　

　Qについては、�@共振回路としての値と、�Aコイル自身についての値がある、ということがわかりました。それぞれの理論や計算式はおいといて（上記のような詳しい方におまかせして）、とにかく測定方法をまとめてみたのが下の図です。

�@は感覚的に分かりやすいのですが、�Aについてはちょっと理解度に自信がないです。もしかしたら何か誤りが有るかも。。。

ゆくゆくは�@、�Aを両方測定でき、特に�@については周波数特性のグラフも視覚的に表示できるような測定器を作ってみたいな、などど考えております。