2021.9.4 GIXIEオーディオの回路設計

前回、ブロック図で設計した回路ブロックの、回路設計に入ります。

前回示したブロック図を下記に示します。

ここで設計要素がある回路ブロックは、3つ。Audio Amplifier、Power Regulator、VU meter driverの三つです。

まず、設計したアンプの回路図を示します。

Audio Amplifer(オーディオアンプ回路)

まず、アンプの回路です。

今回は、細かい設計をしなくて済む、アンプ用ICを使いました。

ICは、PAM8304です。

D級パワーアンプIC PAM8304ASR

■主な仕様
・電源電圧:2.8~6V
・出力:
3W typ(5V・4Ω)
1.75W typ(5V・8Ω)
・ゲイン:300000/Rin
(Rin=10kΩなら30倍)
・無信号時消費電流:5mA typ(VDD=5V)
・効率:93% typ(RL=8Ω、THD=10%)
・パッケージ:0.65mm、MSOP8

**秋月電子HPより引用**

回路は、ここのデータシートに記載されている参考回路を使いました。抵抗値やコンデンサは、感覚的に決めました。

SD(シャットダウン)の端子は、プルアップしないと停止してしまうので、プルアップにしています。

 

VU meter (VUメータ―回路)

次に、VUメーターの回路です。

VUメータは、いわば直流の電流計です。音声信号を直接入力するのではなく、オペアンプで増幅して、ダイオードで整流(交流から直流に変換する)して、抵抗で電流を調節してVUメータに流します。

オペアンプには、汎用的に使えるNJM4580を使いました。

 

Power Regulator Circuit

次に電源回路です。

アンプICPAM8304の電源電圧が最大6Vなので、5Vの定電圧を流せる回路が必要になります。

回路は3端子レギュレターの一般的な回路です。C4とC5が発振防止のコンデンサ。C6がリップル除去用です。また、R5とC9でRCのローパスフィルタにもなっています。

 

三端子レギュレーター 5V1.5A TO-252 NJM7805SDL1

■主な仕様
・出力方式:シリーズ
・出力正負:正電源
・入力電圧:~35V
・出力電圧:5V
・最大出力電流:1.5A
・ドロップアウト電圧:2.2V
・許容損失:1190mW
・リップル除去比(PSRR):78dB
・パッケージ:TO-252

**秋月電子より引用**

最後に、全体の回路図を示します。

次回は、この回路の基板設計を行います。

2021.9.2 AM/FMラジオの受信原理について

・AMとFMの違いって何?

電波と言って思い浮かべるのは、ラジオやテレビの電波だと思います。しかし、電波自体は音声や映像を伝えることは出来ません。

電波に何らかの工夫を施す必要があります。

ここで音声信号と電波を合成する、変調という技法を用いて電波に乗せます。変調には、AMラジオ放送の振幅変調(Amplitude Modulation)、FM放送の周波数変調(Frequency Modulation)などがあります。

振幅変調は、搬送波(高周波)の振幅の上下を変化させる方式です。この方法は技術的に簡単で、古くから使われていますが、その性質上ノイズ(雑音)の影響を受けやすく、音質もあまりよくありません。

これに対して、周波数変調は搬送波の周波数を部分的に変化させる方法で、波形の疎密で合成します。音声信号の振幅が低いとき、送信波の波形は疎になり、高いときは密になります。

AMラジオの受信原理(包絡線検波)

AMラジオの受信原理は至ってシンプルです。受信電波の振幅がそのまま音声信号になっているわけですから、搬送波成分を取り除けばOKです。

AMラジオを、一番簡単に表した図を下図に示します。

これは、ゲルマラジオとよく呼ばれます。

 

アンテナには数多くの放送局の電波を受信します。

そのため、その中からほしい放送局を選定する必要があります。そこで、コイルとバリコン(可変コンデンサ)を並列につないだ共振回路を用意し、ほしい周波数以外の電波をカットします。

次に検波回路です。これは、ダイオードとコンデンサを使い搬送波の成分を取り除きます。

取り除いた結果、音声の成分だけが残るわけです。

この検波ダイオードはゲルマニウムダイオードを使うため、よくゲルマラジオと呼ばれています。

 

ストレート方式ラジオ

先ほど紹介したゲルマニウムラジオでは、感度も音量も小さすぎます。

そこで、一般的なAMラジオでは、同調回路、検波回路はほぼ同じ形の回路ですが、それぞれに増幅回路を挟みます。まず、感度を上げるために同調回路の出力に高周波増幅回路入れます。そしてより大きな音量で聴けるように、検波回路の出力に増幅回路を挟み、スピーカーでも聞けるようになります。

 

FMラジオの受信(スーパーヘテロダイン)

FMラジオで一般的なのは、スーパーヘテロダイン方式です。

これは、今度じっくり説明したいとおもいますが、下記に簡単に申し上げます。

スーパーヘテロダイン受信機の一番の特徴は,受信した信号を低い周波数帯に下げてから検波、復調をするという点です。周波数を下げることで,感度と周波数選択度を上げられるメリットがある.

周波数を下げるためには,下図のように,アンテナで受信した信号を局部発振回路で用意した高周波信号とミキサーで混合します。

すると、混合した波と、受信した波の差(うなり)の周波数が発生します。

このうなりを抽出し、検波(FMの電波を音声に変えること)をすることで、安定して高音質なラジオが出来ます。

今日は、ここまで。