LTspice

2019年1月20日 (日)

LTSpiceで一石トランジスタ検波ラジオを検証。ただいま勉強中(2)

みなさまこんばんは。

色々と勉強しながらやってます。
「ブレッドボードラジオ」様のHPにあった回路図(↓これです)を
シュミレーションしてみました。
http://bbradio.sakura.ne.jp/tram11/tram11.html

LTSpiceで回路図を描くとこんな感じかなあと。
コイルは実データが分からなかったので、適当に設定しています。
また、トランジスタについても定義はネットで見つけた.modelを使っています。
Photo

で、シミュレーションしたところ、次のような波形を得ました。
Photo_2
これは、一番下の緑が音声信号の代わりです。
中段の赤いのは変調波です。
計算上は839kHzが共振となったので、それを指定しています。
で、一番上が、トランジスタ検波後の波形です。
相当に乱れてますよね。
でも、なんとなくは聞けるように思いました。

出力も小さいし、本当にシュミレーションできたのかも分かりませんが
位相が反転して何となく電波から音声信号が取り出せたように見えます。
効率とか、もう少しなんとかしたいところです。

ではまた。

2019年1月 5日 (土)

LTSpiceでゲルマラジオをシミュレーション ただいま勉強中(1)

新年あけましておめでとうございます。
本年もどうぞよろしくお願いします。

さて、正月休みに時間があったので、久しぶりにLTSpiceを触ってみました。
殆ど忘れかけてて唖然としたところです

難しいことが出来るハズもなく、再びFM放送受信用のゲルマラジオかとも思いましたが
先ずは基本的なゲルマラジオの動きを確認してみようと考えました。

先ずは回路図。
「ゲルマラジオ制作徹底ガイド」を参考に下記の構成としました。
Photo

特徴としては、少しでも大きい出力を期待して倍電圧検波にしてみたこと。
あと、アンテナ入力に抵抗(R2 50Ω)を入れました。
LTSpiceでは、インダクタ(コイル)の内部抵抗が0だとエラーとなるからですが、
省略値だと1ミリΩとなります。で、これだとどうも意図したような動きにならず、
関連書籍の例をマネしました。
ネットで調べたら、100pF前後のコンデンサを使われている方もおられました。
(理屈は全くわかりません)

それはさておき、この回路の周波数特性を見ました。
Photo_2

回路図の1次コイル、2次コイルの電圧です。
インダクターの容量比から、10倍の昇圧を期待したいところですが、グラフより、
2次側で約10倍に昇圧されていることが確認できました。

ここからは考えとして正しいのかどうか全く分かりませんが、この回路では
同調回路のコイルのインダクタンス、バリコンの値を、330uH、100pFとしました。
従って、この同調回路の共振周波数はエクセルだと

=1/(2*3.14*POWER(C2*10^-12*C3*10^-6,0.5))

で計算できるハズで、周波数=876,563Hz となります。
グラフでは分かりにくいですが、ピーク値の周波数は874KHzでした。
なので、ここはまあ理論値を搬送波の周波数にして共振周波数の同調を
期待することにしました。

そしてシミュレーション結果です。
Photo_3

緑色が元となる低周波信号です。
赤が電波信号です。振幅は+5mV~-5mVの10mV幅です。
で、一番上のピンクが復調された信号です。
約24mVの出力が得られました。
かなりの歪みがあるような復調結果ですが、色々とC1とR1の値を変えたところ
こんなところが限界でした。

ただ、この出力であれば、セラミックイヤホンを消音量でならせると思います。

次に入力信号の強さでどの程度出力が変わるかシミュレーションしました。
Photo_4

グラフは、下から搬送波の振幅(+値)を5mV 10mV 15mV 20mVとした時の
結果を示しています。
実際にアンテナで受信した時に、振幅幅が40mVの放送電波なんて存在するか
どうか、私には全く分かりませんが、約230mVの出力が得られており、マッチング
トランスを付ければ効率の良いスピーカーが鳴るのではないかと思いました。

一般的にAM放送を受信した時にアンテナから得られる電圧ってどれくらいなのか
ご存知の方、教えて頂ければ嬉しいです。

さて、最後にもう一つ確認しました。
Photo_5

これは、出力側のコンデンサ(C1)を外して、検波直後の信号の様子を見ました。
プラスマイナスのバランスが崩れて、プラス側の信号が強いことが分かります。
何かの書物にこの状態であれば、イヤホンを付ければ音が聞けるそうです。
実際にはイヤホンにはコンデンサーの特性があって、それが働くらしいのです。

それともう一つやってみて分かったこと。
この回路、同調性能は全くダメです。相当にバリコンの値を変えないと、
出力差が出ないので、近い周波数の放送が混信してしまうということだと
思います。

といった感じで、ほぼ半日楽しむことができました。

確かに小学生の頃、こんなラジオを作ってました。
実際に作らなくても机上で十分堪能できるのがLTSpiceの良いところですね。

ではまた、



2018年8月11日 (土)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(8)

進歩なく、FMゲルマラジオのシミュレーションを続けています。
色々とやっている間に妙な現象に陥ってます。
回路図はフォスター・シーレ回路として、下記の通りです。
00

この回路そのものは珍しく無いと思いますが、リアルに近づけたく、
変調の元になる低周波は正弦波を2つ重ね、少し変形させています。
また、ダイオードの1N60をネットで調べ、より詳細に定義しました。
更に、変調波の受信時の電圧を3ミリVになるように設定してみました。

(これがリアルに近いかどうかは分かりませんが・・・)

で、シミュレーションした結果が次となります。
Photo

先ず、15PFのバリコン使用を想定していましたが、C2に30PF程度を
使用して容量を増やさないと、76MHz~90MHzを受信しそうにありません。
(FFTを見てそう思いました)

で復調された信号を見ますと、本来、回路図のOUT1から低周波を取り出す
ハズなのに、全く波形をなしておらず、かつ、OUT2からは比較的良好な
波形が得られました。
グラフは下から、変調に使った低周波信号、OUT1出力、OUT2出力です。

何故こうなるのか、全く分かりませんが、ダイオードの設定を詳細に定義
し過ぎていて、逆に何らかの誤りがあるのかもしれません。

奥が深いのか、シミュレーションソフトの限界かもしれませんが、全く分かりません

引き続き深みにハマっていく気がしています。

2018年5月29日 (火)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(7)

はたまたFMゲルマラジオをシミュレーションしてみました。
その後、色々と使い方を学んでいます。
先ずは bv というシンボルの使い方です。
このシンボルは出力に対して、色々と関数で細工をすることが出来ます
Photo
この回路図にあるようにACinを加工しています。
また、周波数変調したFM波の電圧を+1.5mV ~ -1.5mVと、3mVの幅で
出力しています。
多分、この方がリアルに近いのではと思ったのでそうしてみました。
また、tlineというシンボルは同軸ケーブルを表すようです。
つまり、アンテナで受信して3mV幅の電圧となった信号を同軸ケーブルを
通してフォスター・シーレ検波回路に入力したことをシミュレーションしたつもりです。
で、回路的には1N60が相当に細かく定義されてます。
これは、とある書物に出ていた定義ですが、ネット上にも出てました。
ずいぶんと色々な変数が規定されていますが、意味はさっぱり分かりません。
で、共振周波数を確認したら、バリコンが1PF~14PFで90~75MHzあたりを
カバーできそうなことが分かりました。
(7.5PFにてf=85.468MHzのようです)
Photo_2

では、検波状態をシミュレーションしてみます。
Photo_3
赤い線がACinを示していて変調対象となる低周波です。
(適当に合成しました)
緑色の線が位相が逆転していますが、検波した結果です。
ちなみに周波数変調は85.468MHzを中心に、85.393MHz~85.543MHzの
150KHz幅で変調しています。
少しいびつな結果ですが、まあまあの状態で検波しています。
ちなみに、出力はR1、R2の抵抗値で色々と出力電圧が変化します。
色々と試すと面白いと思います。

では、また今度。

2018年3月31日 (土)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(6)

LTspiceをちょっとづつ勉強しています。
FMゲルマラジオで検波するところをところを、これまでもシミュレーションしてきました。
今回、FM波に乗せる低周波信号について、少し細工をしました。
単一の正弦波だけだと面白くないので、便宜的に3つの正弦波を加算し、ゲルマラジオが
どの程度、追従するのか確認しました。
(500、1k、2kの3つの波形を細工しています)

先ず、回路としてはフォスター・シーレ検波回路を使います。
Photo
この回路の場合、周波数特性を調べると、共振周波数としては、82.164MHzで
共振するようです。
で、その周波数を中心に、上下に75KHzずつ周波数変調しています。

_1
緑色の波形が搬送波に乗せる低周波信号です。
赤色のグラフが、それを検波した結果です。
いい感じに検波(復調)していると思います。
電波から音声に変換した変換効率から言うと、数%の効率かと思いますが、
まあまあの結果です。
ちなみに、FFTを見ると、
Fft
まあ、こんな感じで、500Hz、1kHz、2kHz、をシッカリと確認しました。

他の回路でも確かめてみようと思います。

取り急ぎ

2018年2月 4日 (日)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(5)

こんにちは。
ゲルマラジオって奥が深いですよね。特にFMゲルマラジオは深いと思いました。
なかなか時間が取れず、今も中途半端な感じなのですが、ネット上の情報を元に
レシオ検波をシミュレーションしてみました。
特に、https://ji1nzl-official.blogspot.jp/ 様の「レシオ検波による80MHz FMダイオード
ラジオの性能見積もり 」については大変参考になりました。
非常にラジオについてお詳しい方の様子です。
で、私は素人なりに形から入るということでマネしてみました。

先ずは回路図です。
__
ダイオードは1N60にしています。(理屈は分かりませんが、そう定義したつもりです)
で、周波数特性ですが、次のようになりました。
_

同調回路と出力に、ピークがいくつかあるようです。
ピーク周波数はそこにカーソルを合わせると周波数が表示されるので、日本の
FM放送周波数に近かった、73.784MHzの共振周波数(かなあ?)を使って検波性能を
シミュレーションしてみました。

検波回路です。
__2
色々と文献を見ると、日本のFM放送の周波数変調幅は上下に75KHzとのことです。
でも周波数の読み取りも適当だったので、これまで通り、上下に100KHzとしました。
結果は
__3
ということになりました。
復調したと言えるのかどうかもわからない状態ですが、正弦波っぽい感じはあります。
ただ、徐々に電圧が増えています。どこまで増えるかやってみましたが、途中で
LTSpiceが固まってしまって、タスクマネージャーでタスクをキャンセルするハメに
なりました。
理由はわかりません。
いずれにしても数ミリVから10ミリVくらいの出力なので、東京タワーのど真ん前とか
でもない限り、何等かのアンプで増幅しないと、先ず聞こえないのではと思いました。
で、以前にダイオードの向きを揃えると、感度が上がったと投稿しましたが、D1とD2の
向きを同じにしてみました。
結果は
___2
ということで、今度は右肩下がりの正弦波を測定することが出来ました。
また、電圧もだいたい200ミリV前後であり、この出力であれば、クリスタルイヤホンを
それなりに鳴らせると思いましたが、どこまで下がり続けるかは試していません。
ということで、やはりダイオードを逆につなぐと感度が上がるという結果になりました。

やはりレシオ検波は噂通り、難物のようです。

で、さらに色々と調べていると、凄い情報にたどり着きました。

鳩歩堂の電子工作館様(http://qhodo.at.webry.info/)のページにレシオ検波の
改造回路の情報がありました。同調コイルの作り方を工夫されています。

この回路を参考にマネをして、次ぎの回路図を描いてみました。
___4
こんな感じです。
これで確認した周波数特性が次のようになりました。
___5
非常に対称性の高いS字曲線となっていると思います。確かにレシオ検波の
特徴だなあと思いました。

早速、復調のシミュレーションをしてみました。
先ず回路図。いつもと同じく、FMのモジュレーターを使います。他は同じ。
____2

シミュレーション結果は
___6
こんな感じで、何故か右肩上がりになりますが、綺麗な正弦波を確認できました。
※ちなみに180ms後にLTSpiceはハングアップしました・・・・・・(T_T)
また、出力電圧も20ミリV以上ありました。
この状態であれば、電波の強いところで、キチンとしたアンテナがあれば、放送を
聞き取れるかもしれませんね。
(でも、やっぱり何等かの増幅回路がいるかなあ・・・)

FFTも見てみました。
___fft
若干ノイズありますが、1Hzの正弦波を確認できます。

鳩歩堂の電子工作館様の改造レシオ検波回路、恐るべしですね。
いつか、組み立ててみたいです。

あ~あ、もっと分かろうとすると、根本から電気の勉強しないとダメかなあ・・・・

ではまた。

2018年1月13日 (土)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(3) の訂正投稿

申し訳ありません。
先般投稿した記事でダイオード4個のゲルマラジオでFM波を3V差で復調したと
お知らせしていましたが、大間違いでした。
【正】mark=82.8megHz space=82.6megHz
とすべきところを
【誤】mark=82.8megHz space=81.6megHz
としてしまい、200KHzの周波数変調幅ではなく、1200KHz幅でのシミュレーションを
していました。
ここに訂正させて頂きます。
実行結果は
4_
ということで、ピンクのグラフが共振した状態の時で、約0.8V差での復調が確認
できました。
これでも十分な値だと思います。

どうもお騒がせしました。

2018年1月 8日 (月)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(4)

肝心なことを忘れていました。

以前、レシオ検波というものをネット上で回路図を見つけ、それをマネした
つもりで作ったFMゲルマラジオが、2つのダイオードを同じ方向に接続
した方が感度が上がるという結果になりました。
それをシミュレーションしてみました。
先ずは実際に作った回路図から。
__2
これを実際に組み立てています。(但し、実機にはC6は接続していません)
この状態でも実機はブースターに接続すればそれなりに受信します。
(画像参照。右側の基板がFMゲルマラジオ、左はブースターです。)
Photo_2
また、TVアンテナケーブルを直結すると、さすがに受信は困難ですが
何か音はする程度の受信はしています。
また、この回路の周波数特性は、
__
出力端子で電圧を見ると上側の良くわからない状態。一応は共振する周波数が
ありそうな感じで、下半分の緑色のグラフはc1に掛かる電圧です。

で、共振している状態で復調した出力をシミュレーションしました。
___2
なんだか全くわからない状態です。
良くみると、電圧の単位がnVとなっています。ミリでもマイクロでもなく、ナノボルト、
つまり、殆ど電圧は発生していない状態です。

で、少し文献などを調べました。
基本的に上記回路はレシオ検波回路とは呼べないのでは? と考えるに至りました。
レシオ検波の場合、周波数特性としてS字特性になるそうですが、どこをどう測定
してもそのような結果は得られません。
ちなみにこの回路のダイオード(D2)を消してシミュレーションを実行すると、何と、
僅かですが、復調します。さらに、D2をD1と同じ向きにすると、
___
確かに赤い正弦波(入力の低周波)と位相は逆転しますが、復調しています。
これらの事象から、全くの私の想像ですが。
ダイオードが1個の場合⇒スロープ検波では?
ダイオード同じ向き   ⇒不完全なフォスターシーレ検波では?
と考えたしだいです。
レシオ検波というのは設計とか調整が凄く難しいらしいので、当方のような
電子工学の知識皆無のど素人がチャレンジするには少しハードルが高いの
だと思いました。

また、改めてチャレンジしてみたいと思います。

(詳しい方おられましたら、回路図教えて頂けると嬉しいです・・・)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(3)

またまた、FMゲルマラジオをシミュレーションしてみました。
http://www.geocities.jp/side2949be/LTspice_2.html で紹介されていたFM検波回路を
できるだけオリジナルに忠実に再現しつつ、76MHz~90MHzが受信できないか検討
してみました。
色々と値を調整して、回路は次のようにしています。
_4d_2
L1~L3は、あくまで計算値です。
想定したのは、
・1ミリ銅線を使用
・直径1センチ(単四電池に巻くと良い)、6回巻きを1.3~1.4センチ程度の長さに整える
・同じものをもう一つ用意する。
・どちらか一方は中間タップを出す
と考えました。これを計算すると上記の数値になります。(合ってるかは自信無し)
また、結合係数は全くの適当です。おそらく、L3をウレタンメッキ線にして、2つのコイルを
絡み合わせるようにすると上の様な値になると勝手に想像しました。
で、バリコンは20PFのものを使用します。
この回路の周波数特性を見ると、C2のコンデンサー容量が2pF、11pF、20pFと
変化させると下記のようになりました。
共振周波数で見ると76MHz~90MHzをカバーしているように見えます。
(11pFの時の共振周波数は82.7MHzのようです)
_4d_1
この状態で、バリコンに相当するC2の容量を7pF、9pF、11pFと変化させて、
出力を比較したのが下記です。
_4d_
驚いたことに、共振状態となる11pFの場合、約3Vの電圧差で復調しています。
少々容量がずれても0.5V程度の電圧差で復調しているので、この回路を実際に
作ってみると、感度は良いけど分離はいまいち、という結果になりそうです。
それにしてもこの結果には驚きました。いままでの回路とはケタ違いの感度です。
ちなみに出力波形のFFT解析は次のようになりました。
_4d_fft
C2のいずれの容量に対しても同じ波形です。
1000Hzに対して2000と3000Hz、その他の波形がノイズとして混ざってます。
なので、音質は歪みがあるかもしれません。
まあ、細かいことは無視して、いつか実際に作って性能を確認したいと思いました。

ではまた。

2018年1月 3日 (水)

LTSpiceでFMゲルマラジオをシミュレーション(2)

以前の投稿記事「FMゲルマラジオを実験してみました(9) その2」で報告した回路を
シミュレーションしてみました。
以前と異なるのはダイオードを1N60にしたことと、周波数変調の変調幅を0.2MHzと
しました。
前は2MHzの変調幅としましたが、これだと隣の局と混信しますよね。きっと。
周波数特性としては、
1__
となりました。
85.265MHzで共振している様子です。
で、この回路ですが、4倍スロープ検波と呼ぶことにしました。
もともとは
http://www.geocities.jp/side2949be/LTspice_2.html
にあった記事を参考にさせて頂いた回路の同調回路部分を
変更しています。
1_
シミュレーション結果は上記の通りで、C2のコンデンサーですが、
緑が実際に私が使った940pFの場合で、正弦波がずいぶんと歪んでいます。
赤は容量を5nFまで増やしてみた場合のシミュレーションです。
ずいぶん綺麗になります。
蓄電と放電の関係かと思いますが、ずいぶんと変化するものですね

もし、作ってみようと思われる方は、5nFの方が良い音質が得られると予想
します。
チャレンジしてみて下さい。

では、また。