自作FMラジオ調整手順メモ

 自作FMラジオの調整手順メモです。

 作成した回路図や基板、LTSpiceなどは GitHub にあげてあります。 

 

回路修正

 実際に組み立てて調整をした結果、部品の個体差によりいくつかの部品定数を変更しました。

 

部品	値	役割	備考
C59	4.7 pF（C0G）	AFC用可変容量ダイオードD1（FV1043）と局発の結合	2 pFでは感度12 kHz/Vで不足だった
C2	8.2 pF（C0G）	局発タンクの固定容量	C59を増やした分を相殺
C14	33 pF（C0G）	RFタンクの容量タップ（GND側）	C15 33 pFと直列で16.5 pF
R67	未実装	フィルタ出力の終端	終端はR30（330 Ω）だけにする。当初調整用に実装したが不要になった。

実装するコンデンサのうち、最低でも以下のものはC0G特製のものを実装してください。 C0G必須の部品：C2、C10、C11、C59（局発）、C14、C15（RFタンク）、C25（T2同調）、C13、C5（検波タンク）。   コイル製作データ 部品 用途 線材・巻枠 巻数 寸法・ピン 最終状態 L1 局発 56 nH φ0.5 mm、空芯、内径5 mm 3 T 長さ約2.3 mmから開始、縦置き STEP 1で伸縮して調整 L2 RF 82 nH φ0.5 mm、空芯、内径5 mm 4 T 長さ約3.3 mmから開始、横置き（リードを外側に開く） 約3.0 mm T1 検波タンク 2.21 µH（C13 100 pF） φ0.21 mm、IFTボビン 17 T AA=GND、AB=Q_TANK 実装前にLCメータで2.21 µH T2 一次 L3 ミキサ出力IFT 4.7 µH（C25 47 pF） φ0.21 mm、IFTボビン 27 T AA=冷側（+5 V）、AB=Q5ドレイン 実装前にLCメータで4.7 µH T2 二次 L4 フィルタ駆動 φ0.21 mm、L3の冷側に重ね巻き 9 T SA=GND、SB=フィルタ入力、SC未使用 約0.75 µH、k ≈ 0.68 L1とL2にフェライトコアは使わない（10.7 MHz用の材質でVHFでは損失が大きい）。 L4は直列法で求めた：加極性La 8.0 µH、減極性Lo 2.9 µH → L4 = (La + Lo)/2 − L3。LCメータで直接測ると0.20 µHと読めたが、1 µH未満はメータの誤差が大きく使えない。 L1とL2は100 nH以下でLCメータが使えないので、寸法で作り、周波数と受信状態で合わせる。 コイル調整   まずはL1,L2ともにコイルデータ通りに巻きます。Lの値が低いのでLCRメータでの測定ができません。回路に接続後実機にて測定・調整を行います。 L4はL1次側（L3）を密巻きで巻いた後、2次巻線をその上に同じ方向で重ねて巻きます。  L3の巻初めは＋5V側になるようにします。 T2のインダクタンス測定は直接LCRメータで測定した場合正しくなかったので以下の方法で測定します。コアの位置はL3が4.7uHになる位置にします。 L3とL4を直列につないで測ります（La）。 L4の両端を入れ替えて、もう一度測ります（Lo）。 L4 = (La + Lo)/2 − L3、k = (La − Lo) / (4√(L3·L4)) で求めます。 実測の結果、Laは8uH、Loは2.9uHでした。  計算結果は以下の通り 項目 値 L3 + L4 = (La + Lo)/2 5.45 µH L4 = 5.45 − 4.7 約0.75 µH M = (La − Lo)/4 1.275 µH k = M / √(L3·L4) 約0.68  前回の実測値（La 7.93 µH、Lo 2.93 µH、L4は約0.65 µH、kは約0.71）とほぼ同じなのでOKとします。   準備 AD3のSpectrumは100 MS/sで動くので、局発（86〜106 MHz）は折り返して見えます。またSpectrumのdBV表示にはプローブの10Xが反映されません。この2点を前提に読みます。 機材 Analog Discovery 3（WaveForms）と×10プローブ（1 kHz方形波で補正しておく） DMM、LCメータ（µH帯のみ信頼できる）、金属でない調整ドライバ アンテナ（1〜2 mのビニール線）、音を聞く手段（MPXデコーダ基板、またはPCのライン入力） AD3の設定（実績） 測るもの 計測器 設定と読み方 局発の周波数 Spectrum Start 0 Hz、Stop 50 MHz（画面下の「Scope: 100 MHz」がサンプリングレート）。局発 < 100 MHzなら「100 − 読み値」、局発 > 100 MHzなら「100 + 読み値」 10.7 MHzの大きさ（相対値） Spectrum Markerを10.700 MHzに固定。FM波を見るときはTraceのTypeをAverage。実際の値 = 表示 + 20 dB 波形と振幅 Scope Probe 10X、Range 200 mV/div、Base 100 ns/div、TriggerのSourceをWavegen C1、Mode Normal、MeasurementsでPeak2Peak 19 kHzパイロット Spectrum Start 0 Hz、Stop 100 kHz、Marker 19 kHz 検波の中心ズレ DMM ＋をTP12（DA）、−をTP11（DB）に当て、DA − DBをmVで読む 信号源 Wavegen W1 STEP 2：Sine 10.700 MHz 50 mVpp、STEP 3：Sine 10.700 MHz 10 mVpp、STEP 5：DC 1.5／2.5／3.5 V 調整前の初期状態 JP1 Open、JP2 Open、JP3 1-2、R67未実装、SW1はAFC OFF（可変容量ダイオードを2.5 Vに固定） RV1は中央。ポリバリコンの内蔵トリマは、RF側も局発側も羽根の重なり90°（中央） T1とT2のコアは、実装前にLCメータで2.21 µH、4.7 µHに合わせた位置 電源5 V（電流制限150 mA）。GNDはJ2、J5、J8のどれかから取る 通電時チェック SW1をAFC OFF側にします。 AFC_Vが固定バイアス（AFC_BIAS、2.5 V）につながる側で、ピン2とピン1がつながる位置です。調整中は可変容量ダイオードのバイアスを固定しておかないと、局発の周波数が決まりません。 RV1を中央にします。 JP3は初期状態（1-2短絡）のままにします。 ポリバリコンの内蔵トリマを、RF側と局発側とも中央付近にします。 電源は電流制限付きで入れます。 制限は150 mA程度です。概算の消費電流は50〜70 mAで、100 mAを超えたらすぐに切ってください。 GNDはJ2、J5、J8のどれかを使います。 プローブは×10にしてください。 STEP 0：DC動作点（無信号、アンテナなし） 期待値は抵抗値からの計算値（概算）です。±10 %程度なら問題ありません。 測定点 期待値 備考 電源電流 50〜70 mA LEDの点灯状態で±10 mA程度変わる TP9 AFC_BIAS 2.50 V 10 kΩ/10 kΩの分圧 TP6 VBU 約2.38 V 検波上段のバイアス TP7 VBL 約1.60 V 検波下段のバイアス TP8 VBias 約2.1 V Q6エミッタフォロア（ベース2.75 V − Vbe） TP3 SF 約1.5 V 以前の基板の実測は1.53 V TP12 DA / TP11 DB 約1.7 Vで、DAとDBがほぼ同じ 差が大きければRV1で寄せられるか確認 TP4 LPF_OUT 約2.6 V Q12エミッタ TP10 AFC_V（JP3-C） 2.5 V前後 AFCアンプの出力。TP9との差を記録 JFETのソース電圧（Q1〜Q5のソース抵抗の上端）   実機での値は以下の通りでした。 TP9:2.498v TP6:2.336v TP7:1.567v TP8:2.120v TP3:1.518v TP12/TP11:1.753v/1.757v TP4:2.687v TP10:2.546v Q1ソース:0.363v Q2ソース:0.544v Q3ソース:0.696v Q4ソース:0.542v Q5ソース:0.589v STEP 1 局発の周波数合わせ バリコン全閉で局発86.5〜86.7 MHz、全開で105.8〜106.0 MHzに合わせ、受信範囲を76.0〜95.3 MHzにします。低い端はコイル（L1）、高い端はトリマで合わせます。 条件： JP1 Open、JP2 Open、 R67実装、SW1はAFC OFF。アンテナはつながない。 接続： CH1（×10）をTP1（OSC、局発バッファ出力）。Spectrumは0〜50 MHz。 バリコン Spectrumの読み値 局発 受信範囲の端 調整する部品 全閉（容量最大） 13.3〜13.5 MHz 86.5〜86.7 MHz 75.8〜76.0 MHz L1の巻き幅 全開（容量最小） 5.8〜6.0 MHz（0 Hz付近を通過した後の値） 105.8〜106.0 MHz 95.1〜95.3 MHz 局発側トリマ 全閉でL1を合わせる。読み値が大きい（局発が低い）ときは巻きを伸ばし、小さいときは詰める。0.1 mmずつ動かす。 全開でトリマを合わせる。読み値が小さい（局発が低い）ときはトリマを減らし、大きいときは増やす。 1と2を2〜3回繰り返す。 バリコンを全閉から開いていくと、読み値は下がり、局発が100 MHzを通る位置で0 Hz付近に埋もれて消え、その後ふたたび上がります。発振が止まったわけではありません。 結果： 全閉13.268 MHz（局発86.732 MHz、受信下限76.03 MHz）、全開6.016 MHz（局発106.016 MHz、受信上限95.32 MHz）。局発側トリマは羽根の重なり90°で、可動範囲の中央。 万能基板で自作した時は調整できたが、専用基板で調整がギリギリだったのは、専用基板の場合GNDが強化されたので浮遊容量が低くなったことが原因と思われる。 STEP 2 検波部（T1、RV1、Sカーブ） T1は、TP3の10.7 MHzが最大になる位置に合わせます。実機では、チューニングLEDの中央が点く位置と一致しました。その後RV1でDA − DBを0にし、Sカーブを測ります。 条件： JP1 Open、JP2 Open（フィルタとリミッタを切り離す）、SW1はAFC OFF、アンテナなし。 接続： W1（Sine 10.700 MHz、50 mVpp）をTP5（IF_OUT、リミッタ入力。R30で330 Ω終端）へ CH1（×10）をTP3（SF、検波タンクのソースフォロア出力）へ。タンク（Q_TANK）には直接当てない DMMの＋をTP12（DA）、−をTP11（DB）へ SpectrumのMarkerを10.700 MHzに置き、値が最大になるようにT1のコアを回す。中央のLEDが点いていることを確かめる。 ScopeでTP3のPeak2Peakを読む。 10.700 MHzのまま、DA − DBを0 mVに近づけるようにRV1を回す。DAとDBは時定数があるので、1〜2秒待ってから読む。 W1の周波数を10.55〜10.90 MHzで変え、各点のDA − DBと点灯したLEDを記録する（Sカーブ）。 終わったらW1を外し、JP2をCloseにする。 結果： TP3は282 mVpp（Spectrum表示は−41.6 dBV、実際は約−21.6 dBV）。10.700 MHzでDA − DB = 5.3 mV。Sカーブの中心は約10.7014 MHz、傾きは−4.38 mV/kHz。 TP3はリミッタの後ろなので、W1を5 mVppにしても100 mVppにしても振幅は変わりません。T2やRF側の調整には使えません。 手順4の実測値は以下の通り。本機はセラミックフィルターの精度頼みなのでT1の調整がラフでもなんとかなる。 W1の周波数（MHz）    DA − DB（mV）    点灯しているLED 10.550    386.2    left     10.600    330.3    left 10.625    280.1    left 10.650    213.0    left 10.675    116.2    left 10.700    5.3    center 10.725    -102.7    right 10.750    -196.4    right 10.775    -261.1    right 10.800    -312.7    right 10.850    -379.4    right 10.900    -404.0    right STEP 3 ミキサ出力IFT（T2） T2は、W1の10.7 MHzをミキサQ5のゲートに直接入れて合わせます。放送波ではTP2やTP5の信号がAD3の検出下限より小さく、合わせられませんでした。Q5はゲートに入った10.7 MHzをそのまま増幅してT2に出します。 条件： JP1 Close、JP2 Close、SW1はAFC OFF、アンテナは外す。 接続： W1（Sine 10.700 MHz、10 mVpp）をR11のGNDでない側のパッド（Q5ゲート。C14とC15の間のパッドも同じネット）へ CH1（×10）をTP2（T2の二次側、フィルタ入力）へ SpectrumのMarkerを10.700 MHzに置き、値が最大になるようにT2のコアを回す。最大を越えたら少し戻す。 合ったらコアをロウかワニスで固定する。 W1を外す。つないだままだとW1がRFのタップをGNDに落とし、放送が入らない。 結果： TP2はSpectrum表示で−53.8 dBV（実際は約−33.8 dBV、20 mVrms程度）。W1の10 mVppに対して約6倍。 STEP 4 RFタンク（L2、RF側トリマ） RFタンクは、帯域の低い端の局でL2、高い端の局でRF側トリマを合わせます。指標は、検波出力に出る19 kHzパイロットの強さです。 条件： JP1 Close、JP2 Close、SW1はAFC OFF、アンテナ（1〜2 m）をJ1につなぐ。 接続： CH1（×10）をTP4（LPF_OUT、検波出力）へ。Spectrumは0〜100 kHz、Marker 19 kHz。 局 帯域内の位置 調整する部品 78.2 MHz 低い端 L2の巻き幅 94.6 MHz 高い端 RF側トリマ 78.2 MHzを受信し、中央のLEDが点く位置にバリコンを合わせる。 19 kHzが最大になるようにL2を伸縮する。 94.6 MHzを受信し、同じようにRF側トリマで最大にする。 1〜3を2〜3回繰り返す。 結果： L2は約3.0 mm。RF側トリマはわずかに回した程度。78.2、88.3、94.6 MHzの3局とも、MPXデコーダ基板をつないで十分な感度と音質で受信できた。 強い電波のままだとリミッタが振り切れ、パイロットの強さはほとんど変わりません。より厳密に合わせるときは、受信音に「サー」という雑音が混じるまでアンテナを短くしてから同じ手順で行います。 STEP 5 AFC AFCに調整箇所はなく、JP3を1-2にしてSW1をONにすれば動作します。可変容量ダイオードの感度は、全開側で約53 kHz/Vでした。 感度の測り方 条件： アンテナを外し、SW1をON。バリコンは全開（局発は100 MHzより上で、読み値 = 局発 − 100 MHz）。 W1をDCにしてTP10（AFCアンプ出力、約25 kΩ）につなぎ、AFC_Vを外から上書きする。 CH1をTP1に当て、W1を1.5 V、2.5 V、3.5 Vにして局発を読む。 W1を外す。 実機での測定結果は以下の通り AFC_V（V） Spectrumの読み値（MHz） 局発（MHz） 2.5 V基準の変化（kHz） 1.5 5.974 105.974 −60 2.5 6.034 106.034 0 3.5 6.080 106.080 +46   引き込みの確認 アンテナをつなぎ、94.6 MHzと78.2 MHzで、左LEDが点く位置と右LEDが点く位置からSW1をONにします。中央のLEDに戻れば正常です。 結果： 両局とも左右から中央に引き込んだ。78.2 MHz側は戻りが弱い。可変容量ダイオードによる周波数の変化は局発の約3乗に比例するためで、全閉側の感度は約29 kHz/Vの見込み（計算値）。 調整が終わったら、通常使用ではSW1をAFC ONにします。 なお、AFCは低い周波集では効きが悪い。R80,R81のエミッタ抵抗をショートさせることで改善可能。