SONY ICF-2001D/ 2010 マイコン／時計用電源改造

　ICF-2010のマイコン／時計用電源の電池の保ちが悪くなった。以前は半年以上保ってゐたのが三ヶ月程で消耗するやうになった。

　ICF-2001D/ 2010は二系統の電源を必要とする。4.5Vの主電源と3Vのマイコン／時計用電源である。4.5VはACアダプターまたは単一電池三本から取り、3Vは単三電池二本から取る。

　マイコンの電源はマイコン／時計用電源のみから供給される。主電源が供給されてゐるときでもそこから電力を供給しない仕組みになってゐる。時計用電源であることもあるが常に3V電源は電力を消費してゐる。

　マイコン／時計用電源の電池が消耗してくると液晶表示が薄くなり、時計の時刻が大きく遅れ出す。
　
　この電池の保ちが悪くなった理由はラヂオの動作時間が長くなったことだ。
　サービスマニュアルによるとこの部分の全電流は、AIR/AM 270uA、FM 265uAである。
　連続動作を仮定して電池の持続時間を概算する。単三電池の容量を500mAhとすれば、
500mAh / 270uA = 1852h =77.2日
二ヶ月強しか保たないことになる。最近のラヂオの稼働時間に比べるとこの日数は見合ってゐる。
　以前は一日に5時間ほどの稼働時間でありそれが最近は三倍の15時間近くなってゐたから、半年余りの寿命が三ヶ月程度になるのは合ってゐる。

　三ヶ月程度で単三電池を交換するのが煩はしいのと、交換の時にメモリ内容がクリアされるのだがそれが嫌なのでマイコン／時計用電源電池寿命を延ばす改造を行った。

　主電源供給時はマイコン／時計用電源を主電源から供給するやうにした。3.3Vレギュレーターを4.5Vラインに接続し、電池とレギュレーター出力の後にショットキーダイオードを直列に入れ逆流を防止し3Vラインに電力を供給する。

　これで快適な利用が期待できる。

　私はICF-2001Dより前に開発されたICF-7600Dも持ってゐる。この時計用電池は何年も保つ。五年に一度位の交換だと思ふ。液漏れしてゐないか心配になる位の長期持続時間である。2001Dのマイコン／時計用電源の保ちはこれに比べて悪すぎる。大して開発時期は違はないと思ふのだが差が大きい。

ICF-7600D 定価46800円　昭和58(1983)年7月発売
　　(ラジオ工房BCLラジオ博物館による)
ICF-2001D 定価69800円　昭和60(1985)年1月発売
　　(らくしゅみ、2010/07/05　SONY ICF-2001Dカタログの項による)

改めて各ラヂオの定価を見て驚いた。7600Dもこんなに高いラヂオだったか。2010は十五年前の円高の時に34000円でアメリカから購入した。

時計の誤差と発振器の周波数偏差

　今回は高校生向けの話。

　以前PSoCで24時間時計を作った。この時刻のずれを観測すると+1秒/1日だった。クロックは32k水晶を使った発振器だ。水晶の仕様は±50ppmだったと思ふ。それを周波数カウンタで測定しながら1Hz以内に調整した。

　さて1日に1秒ずれるのは周波数偏差として幾らになるか計算してみる。
　1日を秒に直す。
　　60秒 * 60分 * 24時間　= 86400秒

　現実には86400秒の1秒前に時計のカウンタは86400秒を計数してゐる。その比を計算すると
　　86400 / 86399 = 1.00001157...
　従って所望の値に対して +11.6ppm である。
　つまり水晶発振器の周波数偏差は +11.6ppm となるわけだ。
　32768Hzの11.6ppmは0.38Hzになるから調整で1Hz以内に追ひ込んだ結果からは妥当な周波数偏差である。

　ついでに1年に1秒しかずれのない時計の発振器はどの程度の周波数偏差か計算してみよう。
　先程の計算結果を利用して
　　86400秒 * 365日 = 31.536M秒
　　1 / 31.536M = 0.032ppm = 3.2 * 10exp(-8)
　10の-8乗水準の周波数偏差となる。これは周波数カウンタのオプション基準発振器に良くあるOCXOの水準。

不と非

大正時代の漢和辞典「字源」を見てみる。

「非」の項より

• ず、あらず(不)うちけし、否定する、不の下は主に虚字を用ひ、－の下は多く実字を用ふ。以下論語先進篇からの引用。

「虚字」

• 漢文にて動詞・形容詞として用ふる字。名詞を実字といふの対。

NAの訳語

NAまたはN/Aと表記される'not applicable'の言葉をどう国語に翻訳するか。

対象、該当、適用の三つの言葉を鍵にして考へる。

対象			非対象	対象なし	対象外
該当	該当せず	不該当？	非該当	該当なし
適用	適用せず	不適用	非適用	適用なし	適用外

どれがいいものか。表の内容によって変りうる。

不と非の使ひ分けは熟語が名詞か動詞かによって変る。これは漢籍を参照しないと分からないか。

電気共振4 共振器内部の電流

　アマチュア無線国家試験の問題に戻らう。i0 は共振器内部の電流である。電気共振器で振動するのは電圧、電流である。

　共振回路は共振周波数で振動する。そこから離れた周波数では振動しない。つまり共振器内部の電流が最も大きいのは回路が共振してゐる場合であり、共振周波数の信号で揺すった、励振した場合である。

　共振器の外部に対しては、これまで述べたやうに大きなエネルギーでない限りエネルギーを受け取らないのでハイインピーダンスに見える。

電気共振3 振動を大きくするには

振動を大きくするには

　振り子の振れを大きくするには振り子に同期してかつこれまで以上の大きな仕事を与へなければならない。小さなエネルギーは同期させて加へようとしてもそれを振り子に伝達できない。小さなエネルギーは振幅が小さいので振り子を押すことができないからである。振り子とは中点で一瞬擦れ違ふだけで、後から来て追ひ越され押すことができない。

　ここで言ひたいのは、小さな揺れを継続させるだけでそれが蓄積され大きな揺れに変化するやうなことがないことである。エネルギーを振り子に注入できるのは振り子が持つ以上のエネルギーを与へる場合に限られる。

　同様に電気共振回路も、回路の持つエネルギーを超える大きさで励振しない限り回路にエネルギーは伝はらないのである。つまり振動の定常状態では共振回路にエネルギーを伝達できない。これがハイインピーダンスに見えると云ふことである。

電気共振2 共振とは

共振とは物体が特定の周期の振動に対し振動し続ける現象である

　共振器として単振り子を考へる。最初に振り子は静止してゐるものとする。この振り子の釣り紐の上端、支点を手でもって移動させ止める。すると振り子はその固有周期で振動を始める。

　振り子の釣り紐を移動させ停止させる動作は振り子に対して仕事すなはちエネルギーを与へてゐる。そのエネルギーで振り子は振れ続けようとする。以後手を静止させても振り子は暫く振れ続ける。摩擦が少なければ長時間振れ続ける。
　このことから物体が一旦固有の周期で振動を始めるとエネルギーを供給しなくても振れ続けることがわかる。

　振り子では重りの重力による位置エネルギーと運動エネルギーの交換が交互に起こり運動が継続する。
　静止した振り子が振れ始めるにはエネルギーの供給が必要である。その供給が止るとそこまで与へられたエネルギーを保存するやうに振動を継続するのである。つまりエネルギーを貯めるのだ。

電気共振

　コイルとコンデンサからなる電気回路は特定の電気振動数に共振するといはれる。振動数といふ単語を良く聞く言葉に置き換へると周波数である。

　その電気回路に交流信号を与へそのインピーダンスを観測する。リアクタンス素子であるため交流信号の周波数を変化させるとインピーダンスは変化する。
　ある周波数で回路のインピーダンスが０または非常に大きくなる様子が見られる。

　電気回路の教科書にもそのやうな説明がある。LC回路は共振周波数ではインピーダンスが理想的には０または無限大になる。直列共振回路ではインピーダンスが０になり、並列共振回路ではインピーダンスが無限大になる。ここまでは当り前の話である。

　さて三十年前のアマチュア無線問題集に以下の問題が載ってゐる。

　図の回路は並列 LC 回路であるから共振時にインピーダンスが最大になるので i が最小になるのはわかるだらう。しかし L と C の間にある i0 が最大になるといふのはどういふことであらうか。i0 も最小になりさうなものだ。インピーダンスが高いために共振回路にエネルギーを与へてゐないのだから。しかし i0 は最大になるといふ。

　これを理解するには共振現象を過渡現象として捉へる必要がある。定常状態ではハイインピーダンスだが過渡状態は異なるのである。

PSoC LPFの出力4 128倍オーバーサンプリングのスペクトラム

　オーバーサンプリング比を大きく取るとベースバンド信号とイメージ信号の比が大きくなることが分かる。ここでは50dB程のSN比が得られてゐる。但しこのオシロスコープは8ビットのADCで信号を標本化してゐるので40dB以下はあてにならない。

10dBVrms/div, 50kHz/div, Sa = 5MSa
FFT 出力は -5div が 0Hz、+5div が 500kHz。

フィルターの仕様
f3dB = 2400Hz
fs = 307.200kHz
OSR = 128

PSoC LPFの出力3 スペクトラムを見る

　2/16の記事の波形をオシロスコープのFFT機能に掛けたプロットを紹介する。

　軌跡の左端が枠から離れてゐる。これはトレイスを右方向に動かしたからで、カーソル線と実際の周波数がずれてゐるので注意されたい。

　サンプリング周波数 76.8kHz の前後にイメージ信号が見られる。このレベルはベースバンドの所望信号に比べ -30dB となってゐる。