Taru6AM2009 - 回路設計の考え方 -

木樽ケースの6m QRP AM トランシーバ(Taru6AM2009) - 回路設計の考え方 -

JR8DAG 菅野正人(KANNO Masato)

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Taru6AM2009の回路図

　【回路の概要】
　受信部は中間周波数10.700MHz、高周波増幅1段、中間周波増幅2段のシングルスーパーヘテロダイン方式、送信部は局発の10.7MHzとVXO(可変水晶発振)の信号を混合して得られる50MHzの信号を増幅したのちに終段コレクタ変調をかけてAM波を発生させています。終段に2SC2053を使用し送信出力は200mWです。周波数可変はVXOとし、6mAM運用に必要な周波数範囲をカバーすると共に送受共用にしてトランシーブ操作を実現しています。
　全般的に他の作品同様、新規性よりも安定して動作することを重視した回路を選択しています。

　【回路の説明】
（受信部）
　受信部は簡単な回路で高感度が得られるシングルスーパーヘテロダイン方式とし、中間周波数はイメージ混信を減らすこととラダー型水晶フィルターやVXOの水晶に既製品が利用できることを考慮して10.700MHzとしました。
　高周波増幅は回路が簡単で高感度が得られる2SK241を使用し、ソースに抵抗とコンデンサを入れて動作の安定性を高めました。周波数変換も2SK241を使用し、ソース抵抗を4.7kΩと大きくして動作の安定化を図っています。選択度を決定するフィルターには、ラダー型水晶フィルターを使用し、これまで運用実績や再現性などを考慮した結果、4素子としてAM運用に必要な選択度を得ています。
　中間周波増幅は高周波増幅と同じ2SK241を使用しました。高周波チョークとコンデンサで10.700MHz付近に同調させた上で、ダンプ抵抗をつないで広帯域化することで、無調整化と安定動作を図っています。ソース抵抗とコンデンサは高周波増幅と同様の目的で入れています。自動利得調整（AGC）は信号の一部をダイオードで検波して得られたマイナス電圧を高周波増幅、及び中間周波増幅にフィードバックする方式で、現在の6mAMではこれで必要な性能が得られます。検波回路はショットキーバリアダイオード1SS106を使用した一般的な回路ですが、入力抵抗を1kΩと小さくして動作の安定を図りました。低周波増幅は2SC1815とLM386Nによる汎用性の高い回路によりスピーカを鳴らせるようにしました。スピーカも本体に内蔵し、待ち受け受信がしやすいようにしています。
　可変水晶発振（VXO）はトランジスタに比べると得られる出力は少ないものの安定して発振するFETを採用し、部品の共通化の観点から高周波増幅と同じ2SK241を使用しました。周波数を変化させる素子は周波数安定度に優れるバリコンを使用しています。水晶は秋葉原のパーツ店で入手したHC-49US型の19.975MHzを使用し、発振周波数は19.925～19.9625MHz、これを次段の2SC1815で2てい倍して39.850～39.925MHzを得ています。中間周波数が10.700MHzなので、運用周波数は50.550～50.625MHzの75kHz幅となります。これまでの運用実績からこの周波数範囲に出られれば、実用性に問題ないと判断しています。このVXOを送受共用にすることでトランシーブ操作を実現しています。
　QRPで運用する場合、信号強度の目安になるものが欲しくなりますが、本作品では表示にスペースをとらないLEDインジケータ回路を採用しました。AGCの電圧をFETで検知してトランジスタを動作させることで、一定の信号強度を越えるとLEDが光るようになっており、送信部と共用の2色LEDで緑色に光るようにしました。点灯ポイントがずれないように、電圧を安定化し、2SK241にはダイオードを入れています。また、このダイオードは消費電流を減らすことも狙っています。

（送信部）
　送信部の局部発振および周波数変換はFMラジオ用のICであるTA7358Pを使用しました。このICは高周波増幅回路、発振回路、周波数変換回路を内蔵し、本作品に応用可能な機能と性能を持っているICであることから採用しました。局部発振はTA7358Pの高周波増幅ブロックを発振回路として動作させ、出力に小容量のコンデンサを介して同調回路と接続することにより、近接スプリアスの元となる10.7×5=53.5MHzの信号を極力抑えるようにしました。周波数変換はこれまでTA7358Pの周波数数変換ブロックをそのまま利用しています。TA7358Pの周波数変換はダブルバランスドミキサーとなっておりスプリアスの低減が期待できます。出力は複同調回路とし、さらに同調回路をハイＣローＬとして、近接スプリアスを抑えるようにしました。
　ミキサー出力の後の高周波増幅はゲインの高い2SC1906を使用しています。出力100mW以上を出すためにはこの高周波増幅でゲインを得る必要があり2SC1906を採用しました。この後は2SC1815で高周波増幅を行い、終段の2SC2053でAM変調をかけて入力480mW、出力200mWを得ています。2SC2053はVHF増幅用のトランジスタでコレクタ耐電圧が17Vと低くAM変調をかけるのには不利ですが、コレクタ耐電圧35VのHF増幅用の2SC2086では出力が数10mWと少なくなったため、出力を優先した結果2SC2053を採用しました。本作品では2SC2053にコレクタにかかる電圧は6～7Vで、変調時にかかる最大電圧は15V程度であり動作には問題ないと判断しています。出力はコイルとコンデンサを使ったマッチング回路ですが、FCZコイルで扱える電力は100mW以下が推奨されているため、FCZコイルと同じような7kボビンに0.2mmホルマル線を6回巻いたものを使用しました。出力にはＴ型同調フィルターをつないで第２次高調波以下のスプリアス対策としました。
　変調は終段の2SC2053に変調器LM386Nの出力をトランスを介して接続し終段コレクタ変調をかけています。より深い変調をかけるため前段の2SC1815にも軽く変調をかけています。変調器のLM386Nは汎用性の高さとコンデンサマイクを使用することで十分な変調をかけられることから採用しました。変調トランスは送信出力に見合った規格であるST-83を使用して良好な変調が得られるようにしました。
　送信表示は送信電波の一部をコンデンサで取り出して、ダイオードで整流した出力をトランジスタに加えてLEDを光らせています。コンデンサはLEDが点灯する最低容量ということで2pFにしました。この送信表示により送信出力が出ているか確認できます。

（その他の回路）
　送信部の回路図にあるCAL-SWを受信時にONにすると、受信周波数と同じ周波数の微弱電波が発生し、簡易的にSSBやCWを受信することができるようになっています。CAL-SWはプッシュオンの押しボタンスイッチを採用しました。
　送受切替は、動作の安定なリレーを使用しました。2SA1015はリレーを動かすためのスイッチング回路でPTTスイッチに流れる電流を少なくして負担を減らしています。
　ケースはコーヒー豆の入っていた木樽（最大径110×高さ115mm）を使用しました。動作電圧は直流7～9Vで外部電源の利用を標準としていますが、移動運用にも使うことを想定し、自己放電が少ない単4型ENELOOPタイプのニッケル水素電池6本を内蔵しました。

（外観など）
　外観は木製の樽型ケースを使用し、木材の色合いを生かすつつ筐体の保護を行うことを目的に透明のニスを塗りました。パネル面は木樽のふたを利用し、裏面にはシールドをかねて導電性の塗料を塗っています。パネルの文字は作成の容易さからネームランドテープやインクジェットプリンタ用のシールに印刷したものを使用しましたが、木材の風合いを壊さないようにデザインには気を配りました。