狭帯域版スペアナ（試作品）の紹介
機器紹介のページ
今回作製するスペアナの試作品の紹介画像です。
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| 図１．スペアナ試作品 |
図１の写真が狭帯域版スペアナ（試作品）の外観です。本機の性能を調べることができるようにオシロスコープに直結し、まずはアナログ出力として観測できるようになっています。
オシロスコープとの接続としては、Ｘ軸（周波数軸）、Ｙ軸（信号強度）のケーブルが筐体の上面より出ています。被測定信号の入力ケーブルは、筐体の右サイドについています。左サイドから出ているケーブルは電源用です。
パネル全面のツマミですが、左上のスイッチは、信号強度をLOGスケールで見るか、リニアスケールで見るか選択できるように付けました。ここではＬＯＧ変換回路を搭載しています。
ＬＯＧ変換回路の設計については、簡単な回路ですと温度特性、特に周波数特性が悪いため、性能を向上させるノウハウが必要です。これについては別途ご紹介する予定です。最初は簡単のためリニアスケールで表示させていたのですが、８０ｄＢにもおよぶダイナミック・レンジを１画面に表示するため、リニアな信号を対数変換する必要があります。
上段の黒いツマミはＸ軸の掃引スピードを調節するためのものです。Giga-Siteスペアナのように、広帯域での掃引では問題ありませんが、狭帯域で観測する場合、掃引スピードが速すぎると信号出力のピークの形状が広がって見えたり、ピークの大きさが変わって見えたりしてしまいます。したがって、スパンによって掃引スピードをコントロールする機構が必要になります。狭帯域にすればするほど信号のレスポンスは遅くなってきます。
下段の２つのツマミは中心周波数の設定用とスパン設定用になります。
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| 図２． ８桁周波数カウンタ， ２．４ＧＨｚプリスケーラ（手前） |
搭載機能
（１）周波数カウンタ（０．１Ｈｚ〜１０ＭＨｚまで）
（２）周波数比カウンタ（ｆA／ｆB、２入力の周波数比を測定）
（３）計数（パルス）カウンタ（０〜９９９９９９９９までカウントする）
（４）周期カウンタ（測定信号の周期を計測）
（５）時間幅カウンタ（Ａ入力，Ｂ入力の２つのパルス入力差時間幅を計測）
２．４ＧＨｚプリスケーラ（秋月キットの自作品）
図２の手前にある小さなボックスが２．４ＧＨｚプリスケーラです。８桁周波数カウンタ自体では１０ＭＨｚまでしか測れませんので、１０ＭＨｚ〜２．４ＧＨｚまでの測定周波数は、プリスケーラで１０２４分周しています。２．４ＧＨｚとありますが、実力は２．８ＧＨｚまでは分周できるようです。
プリスケーラは、周波数カウンタ本体内には取り付けないほうがよいと思います。数ＧＨｚ台の被測定回路からプリスケーラ間の配線は、できるだけ短くしたいところです。また、将来もっと高速のプリスケーラが出たときに、取り替えることができるようにもしています。今のところ秋月では、最速で３．０ＧＨｚの高速プリスケーラが出ているようです。１２００〜１３００円のキットです。
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図３．ディジタル・ディップメータ |
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| (a) 被測定ＬＣ回路 | (b) ディップ前 | (c) ディップ後 |
| 図４． 未知のＬＣ回路の共振周波数の測定風景 | ||
代入して求めることができます。
ＤＣ電源（自作品）
スペアナに限らず電子工作にはＤＣ電源が必需品です。
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| 図５． ＤＣ電源（自作［上］） |
ＤＣ電源の電圧構成は、
正電源として
の各出力電圧を、それぞれ６種類選べるように作りました。
図５中下は、約０〜１５Ｖ可変でき最大電流３０Ａまで流せる市販品ですが、数種類の電圧を同時に出力して使えるＤＣ電源がなかったので今回自作しました。
ＶＣＯチューニング電圧用に＋３０Ｖ，ＯＰアンプ駆動電源用に±１５Ｖ，もしくは±１２Ｖ，デジタル電源用に＋５Ｖです。
ＤＣアダプタ
ＯＰアンプを使うとなると、一般に正負の電源が必要になってきます。簡易的ではありますが、ＤＣアダプタ（秋月、鈴商などで５００円程度で買える）を利用する手もあります。
私が持っていた種類としては、図８の左上から、（１）ＤＣ６Ｖ（６００ｍＡ），（２）ＤＣ３Ｖ（４００ｍＡ），（３）ＤＣ１２Ｖ（５００ｍＡ），（４）ＤＣ１４Ｖ（３３０ｍＡ），下段左から（５）ＤＣ７．５Ｖ（２５０ｍＡ），（６）ＤＣ１２Ｖ（５００ｍＡ），（７）ＤＣ１８Ｖ（１８０ｍＡ）など、電圧と取り出せる電流がいろいろあります。
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| 図６（ａ）．各種ＤＣアダプタ | 図６（ｂ）．ＤＣアダプタの表記 |
ＣＡＵＴＩＯＮ（警告）！！
安いアダプタだからというわけではないと思いますが、ＤＣアダプタは、規定の電流が流れたときに表記の電圧値になるものが多いようです。無負荷のときには、表記の電圧値よりも高めに出力されますので注意して下さい。同じＤＣ１２Ｖ（５００ｍＡ）のアダプタでもメーカーによって、（３）と（６）の例のように表記電圧と無負荷時の電圧が違っています。（１）の例は、ひどいもので、ＤＣ６Ｖと書いてあるのに無負荷時で、１０．４Ｖもありました。こんな表記にだまされて、大切な機器を壊さないためにも必ず出力電圧を実際に測ってください。そして、安全性を確かめてから使うようにしましょう。
（１）表記ＤＣ６Ｖ -->無負荷時１０．４Ｖ 変動率７３％
（２）表記ＤＣ３Ｖ -->無負荷時 ３．５Ｖ 変動率１７％
（３）表記ＤＣ１２Ｖ -->無負荷時１５．１Ｖ 変動率２６％
（４）表記ＤＣ１４Ｖ -->無負荷時１９．５Ｖ 変動率３９％
（５）表記ＤＣ７．５Ｖ-->無負荷時１１．９Ｖ 変動率５９％
（６）表記ＤＣ１２Ｖ -->無負荷時１３．４Ｖ 変動率１２％
（７）表記ＤＣ１８Ｖ -->無負荷時２７．９Ｖ 変動率５５％
あなたの持っているＤＣアダプタは、だいじょうぶですか？
これを見ると、大半のＤＣアダプタは定電圧電源としては使えません。電圧変動が大きいので、三端子レギュレータを追加して出力電圧を安定させる必要がありそうです。
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| 図７．１００ＭＨｚオシロスコープ |
今回、スペアナの評価に１００ＭＨｚのオシロスコープを使用しました。電子工作をこれから趣味としていくためには、是非ともオシロスコープはほしいものです。機能が豊富で、できれば最近主流のディジタルオシロなどを・・・・と思う人もいるかもしれませんが、オシロスコープを扱い慣れていない人が、多現象、遅延掃引機能付きの高級機を買ったとしても、その操作が複雑で輝線すら出すことができなければ意味がありません。初めてオシロスコープを使う人は、一番価格が安くで操作が簡単なものを選んだほうがよいと思います。
実験に使用したＳＧ
組み立てた実験回路の動作確認、特性評価をするときに、ＳＧ（Signal Generator：信号発生器）が必要です。本実験では、秋月電子通商で扱っている、０．１Ｈｚ〜２０ＭＨｚの広帯域精密波形オシレータキットを使いました。
キットの値段は￥４，８００−ですが、ＭＡＸ０３８（ＭＡＸＩＭ社製）のＩＣが、このＳＧの心臓部ということで、設定により、三角波／のこぎり波／正弦波／方形波／パルス波の多種類の波形が出ます。また、同期出力（ＴＴＬレベル）、位相検出器付きということで、ＰＬＬにも対応できるようです。
また、全波形に対する出力信号は、グランドを基準に対称な２Ｖp-p信号で、最高±２０ｍＡまでドライブすることができるようです。ＳＧのＤＣ電源は、±５Ｖ（各１００ｍＡ）が必要です。
同様なキットとして、￥２，４００の ICL8038使用の精密波形発生キットもありますが、ＭＡＸ０３８と比べると、出力周波数範囲は狭いです。オーディオ周波数程度を扱うだけでしたら、キットの値段も手頃ですのでいいかもしれませんが、私はＭＡＸ０３８のほうが気に入っています。
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| 図８． 実験に使用した広帯域精密波形オシレータキット | |
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