Switching power supply noiseスイッチング電源のノイズ対策法



複数台になった受信機などの電源をひとまとめに出来ないかどうかを試みてみました。

複数台を同時に電源ONとすると、約4Aぐらいの電流容量が必要ということが電流計で計って判りましたので、その電流容量に合った電源としなければなりません。

ところが、手狭な棚の上には、もはや空きスペースなども限られ、大きな電源では物理的に無理だということで、今まで食わず嫌いであった、スイッチング電源に触手を伸ばしてみました。

いやはや、アナログ・トランス式電源 10A モノの重量たるや、10Kgは超えているのでは??? と、思えるほどに重たい、、、、。
かたや、スイッチング電源 4.5A モノで何と!!!!!  数百グラム!!!!!!
ポケットにも入ってしまうほど小型。

時代の潮流なのかな~っ、、、、、。

手持ちのスイッチング電源の電圧が15Vであったため、内部の改造をしました。
IC-R8600 及び IC-R8500 などの機器が、大体 13.8V であるためにそれに合わせて出力電圧を13.8Vになるような改造をしました。

初めの構想では、出力電圧を高くして、安定化回路でもって 13.8V を得ようと考えていましたが、どうしても回路的にシリーズに素子を投入しようとすれば、それらの熱処理問題が新たに浮上してきますので、あ~でもない、こ~でもない、などと迷走していました。
これはこれで、楽しい悩みなのですが、熱処理という厄介な副産物の処理を効率よくする為の物理的パーツの手持ちが無かった為に、断念しました。
SW スイッチング電源単体から希望する電圧を直接的に取り出して活用することにしました。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造17.8V編

回路の改造はとても簡単に出来てしまいますが、極端な電圧変更は避けた方が良いでしょう。
元々の定格電圧が 15V であったものが、改造により 17.85V になりました。

この位の電圧であれば、出力側に安定化回路を付加したとしても十分お釣りがきますね。

SWスイッチング電源の電圧改造ポイント部分

改造の原理的には、オペアンプ側の差動入力側に接続されている、出力電圧検出部の分圧抵抗器の比率を変えてやれば電圧の改造が可能です。
ただし、極端な電圧変更には対応できるSW電源に限りがありますので注意です。

SWスイッチング電源の電圧変更・改造13.8V編

上記写真の改造は、電圧を 13.8V とした改造ポイントです。

用は、出力電圧分岐比率の変更と言う訳です。

この程度の出力電圧変更の改造では、オリジナルなSWスイッチング電源と同様に安心して使用可能ですね。

しかし、ここで大問題。

受信機の電源として使用しようとすれば、やはり、ノイズの問題が頭から離れません。
SWスイッチング電源とは、そもそも、パルス状の制御ですから、出力側からノイズが出てこないと考える方がおかしな話になりますね。

そこで、考えたあげくに夢に出てきた方法を夜な夜な実験してみました。
その中で最も効果が見込めそうなノイズ除去回路を出力側に挿入することにしました。

巷では、電源平滑回路には大容量コンデンサーが一番効果的だと信じて疑わないと思いますが、こと、SWスイッチング電源での大容量コンデンサーは、あまり効果が期待出来ない部類の方法なのです。

SWスイッチング電源 出力側のスパークノイズ


写真でも判るように、ノイズというよりも、もはや、雷電的突発パルスですね。
この鋭いパルス・ノイズを大容量のコンデンサーで消そうとしても、中々消えてくれません。
理由は、コンデンサーの蓄積飽和電荷量に起因するもので、鋭いパルスは、コンデンサーの表面を滑るように抜けて出力されてしまいます。
また、スイッチング電源の出力側へ大容量コンデンサを入れるということは、スイッチング電源の動作にも悪影響が出かねませんので極力、必要最小限のコンデンサで済ませたいところです。

SWスイッチング電源 無改造出力ノイズ・スペクトル

スペアナでもって、SWスイッチング電源の出力を見てみました。
これほどまでの広帯域パルス性ノイズ発生器ということが理解できるでしょう。


SWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路

SW電源ですので、出力側には大容量コンデンサは極力避けています。
このSWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路の要は、
フィルターのど真ん中にある、バルス周期リジェクション回路です。
ちょっとしたアイディアです。

電源なれど、スイッチング動作という高周波。
それならば、慣れ浸しんだ高周波フィルターの出番だ~っ、、、、と、言う訳です。
VRA方式とでもしましょうか???

パルス性ノイズ・リジェクトの様子

どうですか????
見事に制御パルス周期近辺をノッチ、リジェクトしているでしょう!!!!!!

SWスイッチング電源の種類によって、この周期は変わりますので一概ではありませんが、その周期に合わせたフィルター回路を計算すれば、同様な特性になります。

SWスイッチング電源 パルス性ノイズの様子

元々のSW電源オリジナル出力波形です。


SWスイッチング電源 パルス性ノイズ除去フィルター回路

手持ちに合ったトロイダルを利用したコイルにてパルス・フィルターを構築。
大きなコンデンサーなどを用いなくとも十分すぎるほどのフィルター効果がえられました。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性

見事にSWスイッチング電源特有の、鋭いパルス性ノイズが除去されている様子が見て判ると思います。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性1

出力側 小コンデンサを外した状態での波形スペクトルです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性2

出力側 小コンデンサを外した状態での低周波領域のアップです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性3

出力側 小コンデンサを付けた状態のスペクトルです。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性4

低周波利用域を拡大してみました。


パルス性ノイズ除去フィルター通過後 特性5

低周波利用域を拡大したスペクトルです。

どうでしょう ?????

電源の音も、フィルター無しだと、ザーッ、ゴニョゴニョ、、、などと込み合った音がしていましたが、このパルス性リジェクション・フィルターを付加することによって、その電源の音が落ち着いた雑音にまで減少させることが出来ました。

これで、思う存分、数ある受信機へと電源供給出来そうです。
これなども気分的な部分が、その殆どなのですが、やはり、ノイズは有るよりは無い方が気分が良いですね~っ。

ちなみに、IC-R8600 のオプションとして販売されているACアダプターなるものは、なんと!!!!!

SWスイッチング電源をモロに利用しています。
それも、15V  2A という、以前のノート・パソコン用ではなかろうか??? と見間違う様な形をしています。

実験的に、オリジナルなSWスイッチング電源をそのままIC-R8600へ接続し、受信音を確かめてみましたが、別段、ノイジーという感じは全くなく、普通のアナログ電源のような感じで動作していました。
驚くことに、IC-R8500 などもノイジーさを感じさせない動作をしているではありませんか!!!!!

これには、ちょっぴり 驚きました。

しかし、気分的にもノイズが乗っている事を知ってしまっている電源装置を、そうたやすくは受信機などへと接続させるには、どうも気が引けますね~っ。

と言う訳での、今回の製作に至ったわけです。

まっ、気分的にも、無改造電源よりは、少しは  マシ  だと自身に言い聞かせながら自己満足しています。
精神的にも 良いようです。

きっと 何かが違っているはず、、、、。 っと、思うようにしています。


IC-71 1st Mixer IF AMP



回路的には簡単に見えるブロックです。
が、しかし、アナログ的要素の固まりで一筋縄では思ったような動作が期待できない部分です。
部品点数の数の割には、基板面積が大きく必要になってしまいました。
これも試行錯誤の結果です。

IC-71 1st Mixer  IF AMP 回路図


ようやく思うような動作になりましたが、当初の設計通りの実回路からはだいぶ変化してしまいました。

簡単に、が一番の目標なのですが、如何せん、ここの部分だけはそれも許してはくれませんでした。
IC-71特有の周波数関係から、だいぶ設計には苦労させられました。

回路内にある同調コイルなども意識的にシールドは掛けずに、裸コイルとし、M結合による目的外リジェクション効果を期待した回路構成としています。
その為か??? 各コイルの幅と、向き方向が少しだけ バラバラ な並びになってしまいました。
見てくれがどうも、スッキリしてませんが、まっ、これでOK !!!!  ということに、、、。

IC-71 1st Mixer  IF AMP 回路基板


入出力側にある、自作DBMも別基板としている為に、回路組み立てがとても楽でした。
ただし、手持ち部品で回路構成を作っていますので、適正化数値ではない部分もありますが、動作的には、何ら問題ありません。
長期安定動作に十分配慮した回路設計を行っていますので大丈夫だとは思います。

故意の衝撃テスト(落下テスト)でも何ら動作に変化は見られませんでした。

これで、ようやく IC-71 内部の全回路基板が完成しました。

あと残すは、IC-71筐体への組み上げです。

バラバラになった IC-71 スッカラカンの筐体を眺めてみては、どのように組み立て仕上げるか??? を、混沌とした趣で見つめています。

仕上がった IC-71 のVFOをつまんで選曲し、短波放送をリスニングしている姿を想像しながら、アイディアが浮かぶのを期待して待っていますが、いつになるやら、、、。


明治維新の立役者 錦の御旗


戊辰戦争から、はや150年が経とうとしている今、福島県内の神社に保管されていた、錦の御旗が見つかったというお話。

これは、現在の日本国を築く礎となった、その立役者的存在物です。
錦の御旗は、天皇を主君とする、官軍を示す旗という事になっていますが、この錦の御旗、実は岩倉具視一派が策略したという、色濃い噂があり、その絶対的存在物としての権威を巧みに利用した、という学者も多数存在する。

公家に仕えた岩倉具視には数えきれないほどの悪性クセが有った様で、追放されたこともあるほどだ。
追放されたその時代、岩倉具視は、平民の出入りなど出来ない自分の屋敷を利用して賭博場を開き、寺銭稼ぎをしていたという話が残っている。
その時、知り合いになった、ヤ〇ザの胴元たちとの交友も闇に消えた歴史である。
戊辰戦争という、まるで水を得た魚だったに違いない。
イギリス国側からのアンダー・グランドでの強い要望もあり、国内内乱へと突き進む方向に傾いた。
そこに鎮座している有名人が、長崎に今なお現存する、武器商人グラバー鄭の存在である。
手足となった人物が、坂本龍馬、その人だ。
その後、意見の食い違いを見せ、世から消えた。
ちなみに、坂本龍馬の同志とみられていた中岡慎太郎、竜馬暗殺の前夜、岩倉具視と接見し話し合っていた事も事実として知られている。
また、両氏とも抜刀傷があったが、中岡慎太郎だけは、無数の刺しキズがあったという見分が残っている。
学者の見識によると、中岡が竜馬暗殺を実行し、その時、竜馬がピストルで中岡を撃ったのではないか? そして、その弾痕跡を判らないようにする為に無数の刀キズを故意に残した、ということらしい。 どうも真実に近い話に思えてしまう。
明治の終わりごろ、新聞紙上に載った、我こそが竜馬暗殺者である、とする記事があるが、多数の疑念が残るエセ犯人である可能性大だ。

それほどまでに混沌とした状態の日本国内情勢に一つの光り輝く、絶対的存在とは相当な威力があったに違いない。

誰一人として、錦の御旗など見たことが無い、という事が岩倉具視たちの悪知恵の始まりだという事のようです。
しかし、世は、絶対君主・天皇の錦の御旗となれば、絶対的に抵抗は排除されてしまいますので、好都合だったことでしょう。
その策略最中の同時期、孝明天皇が突然、崩御となり、幼かった明治天皇へと・・・・。
これにも色々な色の濃い黒い噂が実際あり、毒殺された、という学者たちが多い。
会津藩には深い思い入れのあった孝明天皇の死、それを語るように平和になった昭和時代、昭和天皇は時間が許す限り会津地方へと遊説訪問を度重ねられているのだ。
昭和の時代が終わろうとしているその年でさえ、会津地方へと出向かわれているほどだ。
これなど、地元でなければ知りえない事実なのである。
会津藩の京都守護として新選組は、あまりにも有名だが、名ばかりが独り歩きしている感は歪めない。
近藤 勇 隊長の三条河原でさらし首となった生首、江戸--大阪--京都と見世物にされ、現在、今も会津の片田舎の無名のお寺にひっそりと持ち帰られ、眠っている。
その隣に立つのが 土方歳三 氏の墓標である。(元同志としての慰霊の意味にて)
ただし、後々まで官軍などの眼を嫌い、人目になるようなお墓が出来たのは近年のことで、それまでは、その側に立つ大きな木の根が目印だったようだ。


ちなみに、日本国民が観たことのない天皇の姿、そして、その声、その実像を実際、見聞き出来たのは、皮肉にも、終戦の玉音放送以後です。

その明治維新を築いたあまりにも大きな存在であった、錦の御旗が大切に保存されていたのです。
複数枚存在した、その内の二枚が同神社に保存されていましたので、これはすごい事です。
会津討伐へ向かう途中だったことが伺え知れます。



司馬遼太郎 氏 曰く、戊辰戦争での会津討伐の戦いは、まるで鬼畜の如く、であったと記しています。

国自体を動かしてしまうほどの強靭な存在であった錦の御旗。

良きも悪くも、記憶に残しておきたいものです。

現在の日本国の成り立ちの道程のキッカケとなった錦の御旗、どのような人々の思いが染み込み、詰まっているのでしょう。

IC-R8600 ALL Digital RX 高性能受信機


高性能・多機能 ALL Digital RX 受信機

IC-R8600

ようやくここまでのデジタル・受信機が世の中に登場しました。
以前にも存在はしていたものの、プロ用のとても高価なシロモノでした。
それも、単に受信するだけでした。
量産製品として世の中に出たのは、すばらしい事です。
今どきの思考なのでしょうか???  とても多機能なのです。
その為、一つのボタンに多数の機能が受け持たれている為に、頭がボケたとしたら、もう操作できそうにもありません・・・・・。


今までの受信機よりも、遥かに小型で、コンパクト。
そして、何より軽量です。
多機能な操作の補助として、タッチ・パネル式が採用されていますが、iPADのような静電式ではなく、圧着式ということです。
その為、単に触っただけでは反応はしないようです。 が、どういう訳か、手元のIC-R8600では、触っただけで反応してしまいました。
今はまだ、新品だからだと、、、、思うようにしています。

IC-R8600  ブロック図

ついにここまで、、、、、、、。
受信機性能の基本部分には、FPGAが鎮座しており、そこで全ての受信復調を担っています。
今までの様な、アナログ回路が使われていません。

このデジタル受信機を動かしての、ファースト・インプレッションは、
デジタルらしさも無く、まるでアナログ受信機、、、、、。
しかし、フェージング現象が著しい、短波帯を受信していた時、信号が減少した時の復調音に何やらデジタル臭さが漂っていました。
ただし、注意深く聞いていないと判らないほどの微小な点です。
何やら、粗探し、のように感じますが、本器の持つ多機能・高性能を体験してしまうと、どうでも良くなってしまいます。

今までの高性能・受信機にも多機能・メモリーが搭載されていましたが、IC-R8600のメモリー管理ソフトを体感してしまうと、もう、戻れません。
ほぼ、スマホのような操作性には、今どきの感覚を覚えました。
メモリーの入れ替え、書き換え、そして、保存と、どれをとっても今どきです。
このメモリー機能、個人的に気に入ってしましました。
ときどき受信出来る、周波数を、バンバン、メモリーへ放り込んでいます。

デジタルならではだと感心した点があります。

NB ノイズ・ブランカーの理想形なのではないか??? とも思える動作です。

受信周波数移動時のスムーズさ、が何よりも快適です。

以前のアナログ式受信機のように、一瞬、息つき現象のような瞬間的断続がまったく見られませんでした。

IC-R8600  内部構造 

コイルが見当たらない、、、。 なんて こったぁ~っ。

歯抜け 改修


IC-R8600 では、受信復調音の音にもだいぶ拘った様で、内部のスピーカー部には、受信機としては初めての試みだと感ずる、スピーカー・ボックスが採用されていました。
それも、スピーカー部分の筐体を本体から免振ゴムにて支える構造とし、スピーカーから出る音の振動を本体側に受けさせない構造になっていました。
そしてまた、スピーカー・ボックスには、これもまた、新しい試みなのでしょうが、低音の補正用として、バスレフ式スピーカー・ボックスが用いられていました。

実際、FM帯を受信し、ミュージックを聞いていると、今までの受信機では不可能だった、リスニング的・受信が十分出来てしまいました。
もはや、FMオーディオは不必要かも ????  などと、、、、。



実際の受信の様子です。
ほんと、良い音が出ています。
ただ、微弱な電波の場合には、デジタル・臭さが目立ってきますが、、、、。


多機能・高性能・メモリーに、苛立ちを感じながら一つずつ入力した、日本全国の中波放送局の受信の様子です。
とにかく、多機能すぎて、イライラしっぱなし、です、、、、、、。
一つのボタンが複数機能となっている為、イライラ しっぱなしでした。

いゃはゃ、お頭も だいぶ、ボケボケ ぎみですね~っ。


IC-R8600 単体だけで、RTTYなどの受信復調と、その表示が可能なのですが、それが中々、むずかしぃ、、、、、。
RTTY局自体、常時ではなく、時々なので、それも忍耐のいるところです。
丁度、送信していた局があったので、それを受信してみましたが、アマチュア局ではないので、シフト幅が違っているのですが、そのまま受信していますので、正確な表示にはなっていないようです。

いゃはゃ、、、設定項目にたどり着くまでに受信出来なくなってしまいますょ~っ。

そんな訳で、そのままの受信結果です。

IC-R8600 動作時の電源容量は、13.8V供給時 交流電源側での測定で、28Wでした。

だいたい、13.8V 3.5A 程度の電源容量は最低限必要なようです。
起動時に、だいぶ電流が流れていました。
その後の安定受信時に、交流側で、28Wまでになり、落ち着きます

USB RTL ドングル・受信機も多機能・高性能なのですが、いかんせん、パソコンの前提が有って動作する受信機器です。
この IC-R8600 は、スタンド・アローンで全てか動作出来る、USB ドングルのような感覚です。

望むらくは、受信復調音のみのメモリーへの記録を、出来れば、USBドングルのように受信電波信号そのものも記録・録画出来ていれば、すばらしい、と、思いました。

RTTYのみではなく、ここまでの高性能機であれば、世界初の試みとして、SSTV復調画面表示や、FAX画像表示なども可能になれば、すばらしい、と、考えます。
ファーム・アップで、何とかしてもらいたいですねぇ。

しかし、とうとうここまでの受信機が世の中に現れてしまいました。

いたずら心たっぷりの、小大人には、十分すぎる、パーツとなりそうです。

これを利用して、今度、何か、おもしろ 電子関連などを、などと思っています。

IC-71 40MHz IF AMP Tr Vs FET TEST


IC-71 の 40MHz IF AMP 回路に用いるテストを行ってみました。
Tr と、FET とでテストを行い、その違いなどを検証しました。
また、同一環境とするために、回路構成はほぼ同じにしています。

IC-71 40MHz IF AMP TEST

使用するデバイスのみの変更としました。
これにより、同一回路構成でのデバイスの特性の違いが見て取れると思います。
厳密には、各デバイスでの適正化回路構成が理想なのですが、簡易的にテストしました。

40MHz IF AMP TEST の様子

いつもながらの直付けハンダ基板を利用しての実験です。
毎回使用していますので、徐々に銅箔が基板から加熱による浮き上がり現象が所々に見られるようになりました。

ちなみに、この実験基板も、後でIC-71の内部へと使用する予定の基板です。

いやはや、、、、ハンダが盛り過ぎて、ボコボコ状態です。
後で、ハンダを溶かして均一化する予定ではいます。

40MHz IF AMP 実験回路の様子

TG出力 -20dBm

Tr式アンプ 40MHz IF AMP +30dB

TG出力    -20dBm
AMP OUT  +9.72dBm

約+30dB ほどの増幅です。


簡易的なノイズ・フィギャーNFなども計測してみたところ、このTr式アンプ、
約1.64dBでした。

FET式アンプ 40MHz IF AMP +15dB

TG出力    -20dBm
AMP OUT  -5.28dBm

約+15dB ほどの増幅となりました。


これらにより、増幅度は、高周波Trの方が高いという事が判ります。
それらのデバイスの違いは、増幅度もさることながら、デバイス端子間でのスルーが全く違っていることです。

Trは、かなり信号を漏らします。
そして、FETは、信号のアイソレーションの点では優れています。

使用する用途や、各箇所での特徴を活かした利用が良いようです。

この様なハダカ基板でのバラック・テスト回路でも、異常発振などを起こさなかったのですが、やはり、しっかりと組み上げていけば、より良い特性・性能が期待できますね。

このように一つずつ、回路の実験を行いながら IC-71 の全体回路を組み立てていますが、やはり、時間がかかります。
いつになるやら、、、、。


IC-71 40MHz IF DBM テスト


手持ちの市販DBM ダブル・バランスド・ミキサーがRF入力として使った場合に低周波領域まで伸びていない事が判った為に、ここも自作することにしました。
その為にも各ブロックごとの動作を把握しておかなければなりませんので、簡単なテストを行ってみました。

40MHz 1st IF DBM テスト回路 

非常に簡単ですが、通常のFB801タイプのコアよりも二回り小さな材質の同等なコアを使ってテストしてみました。



毎度の事で、カット基板上に各パーツごとに組み立てています。
この様にブロックごとに組み立てていけば、最終組み立ても楽になります。
ただ、一つ一つの各パーツ基板が小さい為に、目を凝らしながらの作業となりますが、これが大変でした。





出来上がった40MHz 1st IF 回路の DBM と、40MHz BPF 回路のテスト基板の様子です。


DBM 低周波領域でのテスト


通常の周波数範囲なら、どんなDBMを使ったとしても大差なく利用することが出来ますが、低周波領域 0MHz~という領域が、実に厄介なのです。
それをテストしてみた結果が、上の様子を写したモノです。

Lo 信号 40MHz  +7dBm

RF 入力信号 0~1MHz をスイープ入力

IF 出力   40MHz 出力信号

どうでしょうか???

IC-71 の 1st IF 周波数変化の方向が、通常とは違い、逆方向への移動変化となりますので、右端が 0Hz-->40MHz   左端が 1MHz-->39MHz  となっています。

だいたい、許容範囲での把握では、500Hz 辺りから同一出力レベルに成りました。

f特なども良好ではないでしょうか?
うねり無く、素直なミックス信号が出力されています。

DBM に注入する Lo信号の漏れレベルが多少、大きくなってしまいました。
その点だけを簡単に改善する方法は、DBMに使用するコアに巻き方を変えて巻くことにより、だいぶ改善はします。
しかし、その方法だと低周波領域が苦しくなってしまいましたので、局発信号の多少大きくなった漏れ具合には目をつぶることにしました。

だいたいの動作テストを行った感想は、なかなか実用的だ、という思いがします。

IC-71 BPF の違いと特性比較



PLL VCO OSC 回路基板も出来上がり、今度は40MHz 1st IF 回路です。

そこで、ここに用いる40MHz BPF の特性の比較を見てみました。

受信部のトップIFなので、限りなく良い特性にしたいものです。
願望ですが・・・・・。

簡単で且つ、特性の良いものを目指してみたいと思います。



とても簡単なBPF回路ですが、回路定数をほんの少し変えるだけで、かなり特性が変化してしまいます。

40MHz BPF 実験回路

ちょうど、手持ちにあった出来合いのコイルのみで設計してみました。
これだとコイルを巻く手間が省けますのでラクチンでした。
もちろん、手巻きコイルでも同様な特性は出せます。

A タイプ BPF 特性

Aタイプの特徴が特性として現れました。
左右対称になっているスカート特性は、いつ見ても綺麗ですね。


B タイプ BPF 特性

BタイプのBPF回路は、一番多用されているBPF回路ではないでしょうか?
しかし、特性は写真のように左右対称とはならず、BPF帯域も広がっています。
ただ、製作しやすい、という点が一番の利点でしょう。


A & B タイプ BPF 特性比較


二つのBPFを同時に比較してみました。
各々の特徴的特性が現れています。

製作しやすさは、何と言っても (B) タイプ ですが、特性には不満が残りますね。

これを元に、IC-71 1st IF 回路のBPF回路部分を設計します。
いつ完成するのやら・・・・・・。