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JJY受信機がとりあえず完成

◆まえがき
このところ取り組んでいたダイレクトコンバージョン方式のJJY受信機が完成しました。
完成と言っても、ブレッドボードで動いているだけでまだまだ改良したいところが多いのですが、とりあえずJJYの受信は出来ているので現状を公開します。

◆回路図(クリックで別窓に拡大)
JJY受信機回路図
JJYの40kHzの信号を、U1,U2で高周波増幅。トランス式のDBMで局発の40.5kHzと混合して0.5kHzと80.5kHzの出力を作成。U31の2次のLPFで0.5kHzの成分だけ残し、U32で増幅して小さなスピーカーを鳴らしています。

◆回路図のポイント
先にお断りしておくと、この回路はやや不安定で電気的なショックが引き金となって発振する場合があります。後述するようにブレッドボードで作っているので、40kHzとは言え増幅度の高い回路を安定に動かすのは難しいです。

U2でインダクティブな負荷であるT21を直接駆動しているのは安定性の点で問題がありそうです。実験でT21に抵抗をパラに入れたりしてみましたがあまり効果は感じられませんでした。ちゃんとやるならLTspiceで安定性の解析をやった方が良さそうです。

局発に使う40.5kHzの水晶は、時計用の音叉型水晶を改造して作った物です

ダブルバランスドミキサ(DBM)のトランス (T21, T22) はコモンモードチョークコイルを改造して作った物です。

U12はR12を通してU11の入力にバイアス電圧を与えています。このゲートの入力ピン(U12 pin3)の電圧は中間電位になるので本来は好ましくない使い方ですが無理を承知でやっています。このアイディアはこちら様のページから頂きました

U31のカットオフ1kHzの2次のアクティブLPFでも余分な高周波数成分を除去しきれませんでした。そこで、後段にR35とC34で構成するLPFを追加しています。なお、U31は10倍のアンプを兼ねています。

DBMの入力電圧に対するLPFの出力電圧の比を実測すると1.5倍(+3.5dB)でした。U31のアンプの増幅率は10倍(20dB)あるので、DBMの変換感度は-16.5dBということになってあまり良くない値だと思います。

局発の出力は最初はU13の出力から取っていたのですが、再度波形を整形して矩形波に近い波形の方が僅かに感度が上がったのでU14の出力から取っています。なお、SNの点では不利になっているかも知れません。

◆外観
・全体の外観
JJY受信機

・回路部拡大
回路部拡大
上段が局発とDBM。下段がRFアンプとAFアンプです。

バーアンテナはたぶん電波時計を分解した時に回収しておいたものです。

◆受信の様子
この動画にはSNの悪い40kHzのJJYの信号音が入っています。局発の正確な周波数は40.532kHzなのでJJYは532Hzの音として聞こえてきます。この動画でスピーカを拡大した後に、モールスでJJYを二回(トツーツーツー トツーツーツー ツートツーツー を2回)打つ音が聞こえます。これは毎15分と45分に送出されているJJYのコールサインです。

◆まとめ
この受信機の受信周波数はイメージを考慮すると40.5kHz±1kHzということになります。比較的広い周波数範囲を受信していることになるのでSN比の点では不利だと思います。ただ、この受信機で聴くJJYは532Hzの音で、更に1秒周期の繰り返し音になっています。人間の聴覚には強力な音響分析機能が付いているので、このような特徴のある音は聴き分けることが出来るのがこの受信機の強みです。

この受信機で聴くと、部屋の中はスイッチング電源やモーターのインバーターなどから発生する電磁ノイズで満ち溢れていることがよく判ります。電波時計はこのようなノイズの中からJJYの信号を抽出している訳で、その耳の良さはたいしたものだと思います。たぶんものすごく狭帯域にしてSNを稼いでいるのだと思います。
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