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基板の自作

ブレッドボードによる水晶発振回路の試作、試行錯誤の仕方

投稿日:2015年2月21日 更新日:

ここでの実験は、水晶発振子で正弦波を出す、
最終的には、共振コイルを付加して発振させたいところだが、まずは、試行錯誤の開始点として、
発振させることが、最初の目標だった。

ブレッドボードによれば、部品の取り換えが自由にできて、試行錯誤が容易にできる。
ただし、グラウンドが頑丈でなく、高周波装置には不向きとされ、
水晶発振子では、異常発振が生じやすいというのを、ネット上で多数拝見した。
(私のブレッドボードには、鉄の板?が裏に張ってあるが、浮いておりグラウンドにはならなかった。)
しかし、10Mhz程度なら、全く異常発振せずに、容易に動作を確認できた。
150212_0339~01.jpg
150212_0341~01.jpg

そこで、以下は、試行錯誤が容易になるような、お話をする。
ここでは、コルピッツ回路を使う。
ループで正帰還を起こし、発振させるもので、
むだな振動が生じないよう、飽和振動でなく、あくまでサインカーブを取り出す。
前回「水晶発振子を測定するためのスペアナ、ネットアナの記事 オーディオお宝記事12」は、
始まって以来の異常な高評価のアクセスをいただいた。
ここでご紹介した、)「第九研究室だより」というサイトの「発振するぜ」という記事によれば、部品を全く切断することなく、簡単に、とりあえず発振できた。
しかしそれは、異常発振の原因を究明してからであり、かなりの試行錯誤が必要だった。
より、グラウンドが頑丈だとされる、ランド基板(後の回に後述)も作成した。

そこで、試行錯誤の方法を説明したい。
試行錯誤するうえでは、どの部品が問題かをつかむ必要がある。
そのためには、PCの修理で学んだことは、「いろいろな試行錯誤をする」
これがだめなら次はこれ」(リセットだめなら、ハードディスク付け替え、メモリ交換、OS入れ直し・・・ネットで対策を探し・・・・エンドレス)ということだった。
・試行錯誤とするには、すでに動作する基準が必要であり、他のPCを用意することも重要だった。
ブレッドボード上で回路を組んで行うと、見かけ、異常発振が確認できた。
・どの部品が、おかしいのか、分からない場合には、その代替を多数用意しておくことが重要である。
①抵抗
②コンデンサ
③トランジスタ
④水晶発振子
⑤オシロ

①②について、セットを用意しておくと便利である。散発的に買っても、どこに行ったか分からなくなり、買ったことが無駄になりやすい。
店に買いに行くと、小さい部品で、ただ袋に入れてくれるだけで、ラベルまでは付してくれない。
やはり、目で見て買う必要がない部品は、隣に店があっても、通販に限る。
秋月や、デジキーなどは丁寧にラベルを付してくれる。
①については、秋月の抵抗セットをお勧めする。
100本ずつ入っている。
これだけあれば、ブレッドボードで、付け替えするまでもなく、はんだ付けできる。
私は、xxの店で、2本ずつ各種を大人買いした。5千円以上はした。
抵抗のセットはないですか?ありません。と言われて。数多く(150以上)買うと、いやな顔されて・・・
(koaの2wで、数値が書いてある。だい3の男などを思い出すまでもない。)
しかし、後で気づいて、秋月さんにしておけば、よかったです。

少量のpfのコンデンサについては、アイテンドーさんのセットがおすすめである。
③トランジスタ。これも、今つけたものが壊れている可能性から、何種類も用意する。
2sc1815他、
カソード電圧が出ているなら、壊れていない証拠となると判断した。
④水晶発振子も、4MHz~14MHzまで、5種類ぐらい用意した。
⑤オシロは、代替をそろえるのは、金銭的に難しい。
そこで、できる限り、ネット上で成功した回路を、数種類デッドコピーする。
いろいろためしたが、どれも振動が安定せず、おかしいことがわかり、ようやくオシロを疑い始めた。
・CAL(カリブレーション)という、動いて当たり前の、調整用の波形が出ているが、
どのようにしても現れないので、つぶれていると思っていた。
ところが、取説に従い、オートセットを押すと、それらしい波形が見えた。
結構、感動した。しかし、波形が揺れている。これは故障だな!?
・オシロを交換しなければならないのかと思ったが、初期状態にリセットする方法を知り、
オシロをリセットをすると、波形の揺れが止まった。

・それで、上記の波形は、トランジスタ下の、カソード端子の部分。
この部分は、前回ご紹介した本からすると、波形がよくないとされており、
水晶発振子の両端が波形がよいが、バッファが必要とされている。
測定子の容量により、不当な影響が生じるからとされているが、
水晶発振子の両端については、
実際には、そもそも、インピーダンスが高すぎて、まったく発振波形を測定できず、
バッファを設けてようやく、発振を確認できたが、
波形を観測できないことは知らなかった。
しかし、電源電圧も、同じ波形がかなりの電圧で、揺れている。
バッファに観測できたのは、これのせいかもしれない。
電圧を安定化する必要がある。
安定化しないと、みかけジッターになる(「マニアなら知っておきたいオーディオ雑誌のお宝記事10 デジタル」)の②2013年2月「作るマイデジタルオーディオ」の特集記事の「低ジッタクロックで高S/N再生」p54参照。

また、電圧を安定化してベースに影響がないのか、と思いながら、また考える必要がある。
前回の「水晶発振子を測定するためのスペアナ、ネットアナの記事 オーディオお宝記事12ご紹介した「定本 発振回路の設計と応用」には、ベース抵抗を、高抵抗にするとの記載がある。

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