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2020/10/14 15:19

33回答

VXO回路で水晶と直列に入るコイルとバリコンの値の求め方を教えてください。

VXO回路で水晶と直列に入るコイルとバリコンの値の求め方を教えてください。

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ベストアンサー

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この場合の原点はVXOでない通常の水晶発振回路がどの様に、どの周波数で発振しているかの理論を確立する事から始まります。水晶振動子の筺体に刻印してある周波数で発振する!? 勿論、そんな事でない事はお分かりですね。 少しボケました(笑)。 さて水晶振動子は直列l共振周波数(Fs)と並列共振周波数(Fp)の2種の固有周波数を持っている事はご存知の事と思います。そしてFsとFpの間の周波数に対するリアクタンスはプラス、つまり誘導性リアククタンス(XL)です。そのXLと外部に付加したコンデンサーのトータル容量(Cl)で発振周波数FLが決まります。 その方程式はFL=1/{2π√(L*Cl) }です。 さてここからがVXOのハナシで、その水晶発振子に例えばLxのコイルとバリコン容量Cxが直列に追加された時に発振周波数がどう変わるか、を考えれば良い事になります。LxとCxは直列なので周波数によってはリアクタンスは相殺し合ってある値のLxとなります。そのLxが先に記した水晶の等価的インダクタンスLに加算され、その分だけ低い周波数で発振する事になる、と考えます。 Lxの値は前述した様にCxで可変なので発振周波数もバリコン容量で変化する事になります。 それがVXOであると思っています。 具体的なLx、Cxの値は自分で適当に設定してみて下さい。

他の方の回答を読んで少し追加します。 直列共振周波数Fsはその水晶に固有のモノで外部から変化させる事は出来ません。 インピーダンスの変化から等価的なコイルとコンデンサーで表されますが、LとCが入っているわけで無いのは勿論の事です。さてFsより僅かに高い周波数Fpでは並列共振時のLCと同じインピーダンス変化を示します。FpとFsの差は非常に小さくその間のリアクタンスは誘導性、つまりコイルと等価である事は前に記しました。 つまり振動子がコイルとして扱い得るのはFpとFsの間の僅かな周波数だけである、と言う事になります。とは言え、その僅かな間の誘導性リアクタンスはゼロΩから無限大にまで大きく変化します(それを電気的にはQが非常に大きいと表現します)。 -続く

その他の回答(2件)

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簡単に計算できないということは、先に回答が出ていますので、「計算式が無い理由」を書いておきます。 水晶に直列共振点と、それより「ごくわずかに高い」並列共振点があって、その間の周波数で発振する、というのはすでに回答のあるとおりです。しかし、このふたつの共振点には本質的な違いがあります。 水晶は非常に正確な周波数で振動しますが、それは水晶の形や大きさによって決まる「機械的な共振周波数」によって周波数が決定されるからです。水晶に電極をつけて測定してみると、この機械的な共振周波数でインピーダンスが極小になります。つまり、直列共振回路と同じふるまいをします。 そこで、この機械的な共振周波数を「等価的」に「水晶の直列共振周波数」といいます。水晶の中に本当にコイルやコンデンサが入っているわけではありません。水晶の寸法や形で決まる周波数なので、外部にコンデンサやコイルをつけても「変化させることはできません」。 一方、並列共振周波数は、水晶の等価回路に電極容量などを含めた「電気的な共振周波数」です。なので、外部にコイルやコンデンサをつなぐと少しだけ変化させることができます。 ここが重要な点ですが、以上のことから分かるのは、VXOでは水晶の発信周波数を「上げることはできるが、下げることはできない」ということです。実際、初期のVXOでは、いかにして周波数を高いところまで安定に発振させることができるか、ばかりが研究されていました。 本来、水晶発振は周波数が変化しないのがポイントなのに、無理に周波数を高い方に変化させるVXOは裏技的技術です。(なので、プロは使いません。)それを、さらに、周波数の低い方に変化させるという、「裏技の裏技」みたいな方法が、直列にインダクタンスを入れる方法です。 ここまででお分かりと思いますが、直列に入れるコイルは、水晶の等価インダクタンスと直列にして計算できるような性質の物ではありません。一応の理論はありますが、さらに長い話になるので、ここまでにしておきます。

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単純に計算する方法はありません。と言うか、あったとしてもいろんな条件により変わるから”ありません”と書きました。 例えば水晶の後にバッファと言うか、アンプを付けるか否かでも変わります。 可変範囲(周波数が下がる幅)によってもちょっと変わります。 水晶のタイプがいろいろあり、それぞれの特性によっても変わります。 なので、実際にはカットアンドトライになるかもしれません。 後は過去に製作された無線機の回路から想定する方法が良いかもしれません。(これも使う水晶の特性が変われば変わりますが、当たらずとも遠からずでしょう) 推測するとして、その方法ですが。(ちなみに、私の場合、FCZ誌が参考書です) 10pから20p程度のバリコンだけ付けて、どれくらい変わるか試してみましょう。水晶の特性(可変幅)が見えてくると思います。一番大きく変わったバリコンを使います。 次にコイルですが、これも10μ程度を入れてみましょう。大きくても20μは不要でしょう。 可変幅を増やす方法として、同じ周波数の水晶を2つ並列に付けると幅が広がります。 質問に直接的な回答は書けませんでしたが、私なりに考えてみました。 より良い回答が得られれば幸いです。