LTspice

2019年3月21日 (木)

LTSpiceで1石超再生式FMラジオを検証。ただいま勉強中(7)

皆様こんにちは。
相変わらず、理屈分からずにトランジスタ1個を使ったラジオ回路をシミュレーションしています。
今回は、「JA2YGR 常滑アマチュア無線クラブ様」に投稿されていた記事の情報を参考にして
超再生式FMラジオをシミュレーションしてみました。
http://kero-kero.ddo.jp/ja2ygr/JA2YGRrBBS/file/img018.jpg
をご参照下さい
超再生式の紹介は色々とありますが、この回路、あまりの単純さにビックリして、本当に動作するのか
シミュレーションしたくなったしだいです。
で、回路は
Photo_1
です。
恐ろしく簡素な回路でしょ。
ただ、これがなぜ発振するとか、理屈は全くわかりません。
で、シミュレーションの結果です。
FETのソース(Bのポイント)で電圧を見ると、
Photo_2
この結果(おそらく、発振と停止を繰り返す、クエンチング動作)となりました。
ただ、この結果、それこそ可変抵抗とバリコンのつもりのコンデンサの容量を、これでもかと
いうくらいミリミリで変化させて、この数字に絞り込みました。
また、オリジナルの投稿では、コイルは7Kボビンに5回巻ということでしたので、たぶん
0.3~0.4uHと思われますが、自分が作るとしたら、単四電池に5回巻くらいのイメージかなあと
思って、0.18uH程度を想定しました。
その他、波形の変化に合わせ、コンデンサー容量とか、かなり変更しています。
理屈を知ってれば計算で求められるのでしょうけど、知らない悲しさ・・・
試行錯誤を繰り返すしかありませんでした。(どえらい時間かかりました)
入力となるFM信号(±5mV)は、例によって1KHzと3KHzの合成信号で変調し、周波数は
83.0MegHz、変調幅は+75KHz~-75KHzとしています。
そして、得られた復調結果が、
Photo_3
赤線の波形が復調したいオーディオ信号。緑の波形が復調結果。
なんか気持ちは分かりますが、かなりのノイズが乗っている結果となってしまいました。
でもFFTを見ると、
Fft
ということで、1KHzと3KHzに0.7mV程の出力が得られています。
そして、ノイズの波形は人の聴覚の外の周波数なので、出力は小さいものの、セラミックイヤホン
を付ければ聞き取れるかもしれません。
最後に、この状態で、回路の周波数特性を確認しました。
Photo_4
84MegHzのあたりにピークがあるようです。
超再生式はスロープ検波という記事がありましたので、FM信号の83MegHzで共振をしている訳では
ないことが分かります。
ということは、もう少し色々と調整すると、もっと高出力の結果が得られるかもしれません。
でも、今回は疲れました。
ここまでとしておきます。
読んで頂き、ありがとうございました。
ではまた。

2019年3月13日 (水)

LTSpiceで1石再生式レフレックスを検証。ただいま勉強中(6)

皆様こんにちは。

ふじひら・ゆうじ先生の、RFワールド・ウェブ・ブックス「ラジオで学ぶ電子回路」に
1石トランジスタラジオでは、レフレックスに再生をかけることで、最強の1石ラジオが
できると述べられています。

分離の良いレフレックスラジオって、凄く魅力的です。

で、さっそくシミュレーションしてみました

先日シミュレーションしたレフレックスラジオをベースに、理屈は分からずに、試行錯誤で
パーツの値を決めています。
(この回路が本当にレフレックスであり、また、再生がかかった回路なのか、
私には分かりません。違っていたらゴメンなさい。)
Photo_3

ここでもバーアンテナコイルはSL-55GTというものを使う前提としました。
そして、同調回路で、電波を増幅するような接続(のつもり)です。
で、シミュレーション結果にビックリ仰天です。
2

かなり良い結果が得られました。
これも搬送波の入力としては前と同様にプラマイ5mVとしていますが、なんと
4Vの出力が得られています。
しかも波形が綺麗。これだとマッチングトランス付けたらスピーカー鳴りそうです。
ただ、少し残念なのが、選択度はさほど良くありませんでした。
実際に搬送波の周波数を変えると、
750KHz→3V   730KHz→1.4V  710KHz→0.8V
という結果でした。
以前にシミュレーションしたレフレックスラジオに比べると相当に良いとは思います。
でも前回の再生式に比べるとイマイチってところでしょうか。

同調回路の前のアンテナ入力に100pF程度の容量を入れても動作が変化するし、
やはり理屈を分からずにやるのは辛いです

いずれ、しんけんに勉強したいなあと思い始めています。

ではまた。

2019年3月10日 (日)

LTSpiceで1石再生式ラジオを検証。ただいま勉強中(5)

皆様こんにちは
何となく、トランジスタ1個で何ができるのか調べ始めました。
少し前に再生式なるラジオがあるのを知りました。
大昔に真空管では作ったことがありますが、トランジスタ1個で可能だとは
思いませんでした。

で、早速、シミュレーションしてみました。

先ず、回路図ですが、ブレードボードラジオさんのHPにあった回路図を参考に
次のような回路をシミュレーションしています。
この回路は1個のFETで検波までするものだそうです。
Photo_2

オリジナルからの変更点は、
・FETを2SK439から2SK241に変更しています。これは、LTSpiceの.modelが見つからず
ネット上に2SK241なら大抵の用途に使えると書かれていたので、そうしてみました。
・同調コイル回りのつなげ方を変更しています。
バーアンテナというものが、どのような働きをして、LTSpiceでどのようにシミュレーション
すればよいかわからず、取り合えず、電波を増幅するように考えてみました。
で、復調してみたところ、次のような結果(ちょっと悲しいかぁ~)でした。
1

一番上が復調したい低周波信号。例によって、1KHzと3KHzの正弦波を合成しています。
で、真ん中の赤い帯が変調後の搬送波(のつもり)。
周波数は、この回路の周波数特性を調べて、779.16KHzにピークがあったので、その値
としています。
で、一番下のが検波後の信号です。
あまり綺麗には検波していません。位相も少しずれているようです。
一方、出力はざっくりですが、400mV近くあります。
セラミックイヤホンであれば十分な音量で鳴るでしょう。
マッチングトランスつければ、一般的なイヤホンでもいけるように思います。

この回路の特質すべきところは、ブレードボードラジオさんのHPにも書かれていましたが
選択度が非常に良いことです。
搬送波の周波数を770KHzとすると出力は90mV程度に、760KHzとすると3mV程度に下がります。
バリコンに相当するVC1を変化させても同様です。
再生バリコンの値にもよるのでしょうが、受信時の混信は無いと思います。

いやあ、今度、是非、実際に作ってみたいと思いました。

ではまた。

2019年2月11日 (月)

LTSpiceで1石スーパーラジオを検証。ただいま勉強中(4)

ネットで一石トランジスタラジオを検索すると、 https://電子うさぎ.com/ というHPに
1石スーパーなるものが掲載されておりました。
えっ!、たった1個のトランジスタで、そんなことできるの?
と思うと、シミュレーションの虫がうずうずとしてきました。
そこで色々と調べてみると、他にも動作原理や制作例が存在することを知りました。
で、電子うさぎ様で紹介されていた回路図と、これもネットで知った、

・古橋 武先生の論文「LTspiceによる混合回路の シミュレーション」
・ふじひら・ゆうじ先生のワールド・ウェブ・ブックス「ラジオで学ぶ電子回路」

を参考に、シミュレーションしてみることにしました。

なんせ理論知らずにやったので、かなり苦労しました。
先ず、LTspiceで表した回路図です。
Photo

とにかく苦労したのが、OCSとIFTの定義をどうするかでした。
パーツや容量は電子うさぎ様の回路図に使われている値を使用することに
したのですが、OCSとIFTについては、先ずそれらのパーツが何かを理解する
ことから始めたので非常に時間がかかりました。
正直、今でも理解は殆ど出来ていないです。
それはさておき、ネット上で調べたデーターシートにあったOCS(赤)とIFT(黒)の
巻線比率から

 OCS:周波数特性を見ながら試行錯誤と巻線回数比でザックリ算出
 IFT:古橋 武先生が論文で使われてた計算式で算出

してみました。
それが、回路図上に記述された数値です。

それではシミュレーションスタート・・・とはなりません。
ダイオード(BAT43)とトランジスタ(2SC1815GR)の.model定義が必要です。
これはググると直ぐに見つかりました。
ただ、ググった2SC1815GRだと、何故か結果が悲しいことになり、結局、
2SC1815の定義を使っています。
(出力は大きいですが、とにかく期待した波形にならない・・・)

では、シュミレーション結果です。

シミュレーションで使用した搬送波は776.5KHzとしました。特に意味はありません。

OUTでの周波数特性。
Photo_2
中間周波数のの455KHzでピーク、1231KHzのところにマイナスのピークがあります。
1231=776.5 + 455
ということで、一応、計算通り。

シミュレーション結果。
Photo_3
下から上に順番に、
緑:検波したいオーディオ信号(1000Hzと3000Hzの正弦波を合成)
赤:776.5KHzで変調した放送波(のつもり)
桃:OCS(L5)での発振している様子
Fft_ocs
FFTを見ると、1231KHzで発振しているのが確認できました。
灰:ダイオード手前の状態
かなりノイズが混ざっていますが、455KHz、1231KHzさらに驚いたことに
1000Hzと3000Hzに若干のピークも確認できました。
Fft_d

そして、一番上が復調した音声信号です。少し悲しいかなあ・・・

まあ、気持ちは分かってあげられそうです。

ざっくりですが、入力の電波(に似せたやつ)を、とりあえず、10mVの振幅に
しています。これがどの程度の電波の強さに相当するかは分かりません。
ただ、その結果の出力は15mVほどの出力電圧差の波形となっています。
セラミックイヤホンであれば聞こえる出力です。

また、この回路というのか、この1石スーパーですが、選択度(分離)は素晴らしい
性能だと思います。まあ、スーパーヘテロダインなので当然ですが。
入力の搬送波の周波数を 776.5KHz から 766.5KHz に、10KHz変化させただけで
こんなに出力が変化します。ビックリ仰天
Photo_4
(赤がもともとの776.5KHz、緑は10KHzずらした結果)
いつか実際に作ってみたいなあと思いました。

動作原理の理解までは至っておりませんが、ここ何日か、試行錯誤をして
楽しむことができました。

本当に奥が深いです。

ではまた。

2019年2月 1日 (金)

LTSpiceで一石レフレックスラジオを検証。ただいま勉強中(3)

今回、昔にキットで購入して作成した、シャンテック電子さんの1石レフレックスラジオを
LTSpiceでシミュレーションしてみました。
シャンテック電子さんのキットについては、以前に「私のオーディオ原点 その2」で紹介
させて頂いたものになります。
回路図はこれです。
1

実は、これをシミュレーションすると、全くダメでした。で、試行錯誤の結果、R2の値を
少し変えると(510Ω→875Ω)、凄くいい感じの結果が得られました。
それがこちらとなります。
Photo

緑の波形が検波したいオーディオ信号としています。
で、赤い部分が一応、AM周波数での変調後の波形。送信電波のつもりです。
で、一番上のピンクの波形が検波出力です。
何かいい感じですよね。
なので、実機もR2は1KΩの可変抵抗器にして調整してみると面白いかもです。

ところが、この回路、分離が全く効きません。
実機も感度はすごく良かったですが、分離はいまいちでした。

そこで試行錯誤で色々といじって行って、下記のような回路としました。
C6を追加、R2、R1、C2の容量変更してみました。
(理屈は不明。シミュレーションの結果重視です)
2

これでシミュレーションすると、
2_2
こんな感じで、ちょうど逆相となっていますが、凄くいい感じで、また、この回路は
分離についてもだいぶ改善した結果が得られました。
で、受信は±5mVの範囲としましたが、出力は30mV近くで得られていて、セラミック
イヤホンを十分にならせる結果です。
ちなみに受信した電波を±5mVとすることの意味は自分でも分かりません。
ネット上で色々と調べると、このあたりかなあといったことで指定しています。

これも分かりませんが、調べると、レフレックスでの受信結果は逆相になるのが
正しいような情報を見つけました。
だとすると、後のシミュレーションが正しいのかもしれません。

電子工学知識ゼロの私がやると、何が正しいのか、本当に分からないです。

でも不思議と飽きません。

では、また。

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