nobcha23の日記

PICマイコンやArduinoを使う電子回路遊びを紹介します

LCM is working well.  LCメーター基板組立終了、動作OK

Arduino制御のフランクリン発振回路利用LCメーターですが、基板を組立、電源を入れました。動きました。LCM開始画面がi2c LCD上に無事表示されました。今回の試作ではArduino Nanoにし、LCDはPCF8754(中国EC標準的みたいです)を使うi2cLCDに替えています。
I had assembled the LC meter and turned it on. It worked well. This time I had changed to use the i2c LCD instead.

無事バナーが表示されました

続いてスイッチをキャリブレーションポジションにすると、参照用基準フランクリン発振回路の共振回路定数は504pF(使用コンデンサー表記では470pF)インダクターが20uH(コイル表記では22μH)と出ました。基準Cは102Jにしております。
Therefore I selected the switch on the calibration position. The meter reports that the capacitor as named 470pF is 504pF and the coil as named 22uH is 20uH. I'm using the standard capacitor being 102(1000pF).

キャリブレーション

低い容量、インダクタンスを主に測りたいので、参照用基準は低い目設定(470pF+22μH)にしました。
As I would like to measure lower capacitance and inductance, I adopted the lower LC values as 470pF and 22uH.

試しに低容量コンデンサをつないで計ります。シルバードマイカ1pFを計ると1pFと出ました。
For example I tested the silvered mica 1pF capacitor and got 1pF value.

1pFシルバードマイカコンデンサ―の測定

1pF@LCM

nanoVNAに50Ωアダプタをつけ測りますが、かけ離れた数字表示となり、nanoVNAのこのやり方で低容量Cの測定は無理なようです。
To compare the value, I measured by nanoVNA with 50ohm adapter but in vain it did not work yet.

nano VNA display


続いて低インダクタンスの方もやってみます。Φ5L7-10tですが、0.197μHとでました。ちょっと表示がフラフラします。
For lower inductance the Φ5L7-10tcoil resulted 0.197μH but was unstale.

空芯コイル測定

nanoVNAに50Ωアダプタをつけて測ると、45MHzで197nHとでました。To compare the value, I measured by nanoVNA with 50ohm adapter and I got 197nH at 45MHz.

空芯コイルをnanoVNAのS11で測定

まあ偶然の一致みたいですが、同じ値が出るのは面白い。 The same value is some chance.

長岡係数を使った空芯コイルの計算ではΦ5L7-10tだと0.24μHとなります。The calculated value by using NAGAOKA coefficient is 0.24μH of Φ5L7-10t coil.

ところでコイルインダクタンス値数の表示ですが、昨年作ったときにmoppii_oさんから「AVRマイコンArduinoではsprintfでfloatを扱えないようです。代替手段としてはdtostrfでchar*に変換してから処理するのが一般的なようです。」と教えていただきました。今回やっと反映することができました。ちょっと遅くなりましたが、アドバイス通り作り、うまくいったことを報告しておきます。moppii_oさんありがとうございました。

手を入れた最新スケッチは次です。 The latest sketch is stored below GITHUB.
https://github.com/Nobcha/ArduinoLCM/blob/main/LCM.ino

この基板をPCBWayで買うことができます。
PCB from PCBWay]


この項続く
[https://github.com/Nobcha/ArduinoLCM:embed:cite]

If you would like to use this meter, you can purchase the improved version from Jason kits in Malta.
[https://www.tindie.com/products/jasonkits/inductance-capacitance-meter-avr-atmega-328p/:embed:cite]

ArduinoLCMの基板を組立  I ordered to make LC meter PCB Arduino based

フランクリン発振回路を使うLCメーターの原理に興味を覚え、いくつかの試作を行ってきました。10年少しぐらい前のCQ誌に試作記事が載り、記事にあった原理説明だけで初めは作ってみました。まずはPIC16F88
PIC16F88を使ったLCメータ(HCU04でフランクリン発振)
を使い作りました。その後PIC16F648Aの内蔵コンパレータを使いました。
更にはPIC16F1827の内蔵コンパレータ―使用。

昨年から制御MPUをPICからArduinoに切り替えたので、Arduino環境に移植しました。また、KiCAD利用基板設計の手始めに、LCメーター基板を作ってみました。

まずは回路です。Arduinoはnanoを使いました。i2c LCDもPCF8754を使ったものにしました。

LCメーター回路図

続いてパターン図、KiCADの便利機能3D表示。 

KiCADでPCBパターン

中国安価PCBメーカに製作依頼し、送料ケチって中国郵便でお願いしたら、夏の終わりに設計した基板が2か月かかって到着。

KiCADからBOMを取り出し、リストに従い部品を集めます。

LCメーター部品表と部品

この項続く。

I have been interested in the LC meter by using Franclin oscillator.
About 15 years ago the CQ ham-radio magazine had picked up the article of this LC meter.
I had taken after the principle of this LC meter and tried to make up it with PIC16F88.
After then I made it with PIC16F648A and PIC16F1827. I had used the internal comparators.

From last year I changed PIC to Arduino for a controller of my trials.
I had taken the LC meter up for KiCAD design and ordered it for a Chinese PCB maker.

It took about 2 months for delivering PCB from China. As I got it and gathered the necessary parts.

    • Continue ---

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その後「ホームページ日本語対応」、「KiCADプラグインあり」、「日本語堪能なスタッフによるコンサルティングあり」、「初回注文は基板1ドル、送料無料」のPCBGOGOを試しました。入稿後6日目に基板到着。

www.youtube.com

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PCBGOGOの新規登録キャンペーン(1ドルで基板が作れる:送料無料)に協賛中。
下記リンクからPCBGOGOに新規登録申し込みし、その会員IDを教えてもらえれば、このLCMの回路図、基板発注用ガーバーファイルなど情報をメールで提供します。既会員の方は会員IDをお教えください。連絡先メアドは”nobcha48アットgmail.com”(アットは半角@にしてください)です。
www.pcbgogo.jp

nano VNAでインダクタンスを計る   I measured the inductance of coils by using nano VNA

エアバンド受信機キットの改良を検討中です。キットの感度を上げるため、LNAを追加しようと思っています。安易に受信機前段に裸でLNAだけ接続すると、いろいろなノイズも増幅し、IMとか、イメージなど悪影響でノイズだらけになり却って逆効果になります。
I'm looking forward to improving the airband receiver kits. To increase sensitivity, I shall add LNA. To add the bare LNA, we may be suffered by several noise as IM and the image signals.



そこで、フィルター+LNAにしようと思います。フィルターは受信機キットについているフロントエンドフィルターが参考になります。
So I will add the bandpass filter prior to LNA.

そうなるとコイルが必要で、コイルインダクタンスを計る必要が出てきました。PIC利用LCメーターとかArduinoへ移植したLCメーターがありますが、そういえばnanoVNAを使ったらどうかと思い付きました。LCメータースタイルなら、Cと共振させ共振周波数と基準Cからインダクタンスを計算と言うのが思いつきます。
To make up the filter, I shall measure the inductance of the coils. Instead of the Arduino LC meter, I will divert the nano VNA.

いやいや、よく考えてみたら、40dBATTを作ったときにnanoVNAのスミスチャート表示で50Ω-1.xnHと表示されているのを思い出しました。nanoVNAのスミスチャートでインダクタンスがわかるのを忘れてました。
Then I remembered that the nano VNA was displaying the Smith chart value ie; xxΩ+yynH.

そんなことを考えていると、丁度トラ技11月号の連載記事の中に47Ω+未知コイルを繋いで計測と言うコメントがあり、次のような治具を作り測定すればよいようです。
さて、作るなら50オームがスミスチャートの中心位置から始まるのでよかろうと、100Ωチップ抵抗並列の50Ωで治具を作り測定してみることにします。
At that time I saw the article of measuring unknown coils on "Transister Technical magazine NOV 2022".
The auther was using 47ohm connecting with unknown coil.
I thought that the genuine 50ohm's chart should be staying on the center of Smith chart. I made the jig with the two 100ohm tip resisters.

使ったパーツ類
治具のメモ

LCメーター作ったときに測定実験用に使ったインダクタ類とか、空芯コイル、トロイダルコイルなどを計ってみました。LCメーターを作ったときは精度を気にしてましたが、今回のnanoVNA]¥でのインダクタンス測定は自作空芯コイルなどが中心になりそうで、精度なんかより、周波数特性がわかるのが実用的に面白いです。空芯コイルはコイル変形でインダクタンスを調整するので、精度より重視ではないんですよね。。
I tried a number of coils in my parts box. This method is very well to see the frequency depending value on the chart.

測定実験に関しては追ってまとめてみます。
I will report furtherly later.

Coil jig


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Arduino could simply measure L and C. - YouTube

nobcha23さんのランキング集計結果

40dB アッテネーターを作ってみる I made the 40dB ATT.

手持ちのデジタル信号発生器が大体-10~0dBmぐらいなんです。
これを受信機調整用に使うには-70~-80dBmぐらいまで絞る必要があります。
ATTで下げたいと思い、手持ちATTを見てみると20dB,10dBなどあります。
40dBが欲しいので、ちょっと難そうだけどnanoVNA活用の一環で作ってみました。

手持ちチップ抵抗からπ型を形成するため51Ω-2.5kΩ-51オームになるよう選びます。
手持ち2.7kΩ//33kΩの並列が2.495kΩになるので、51Ω、2.7kΩ、33kΩで作ります。

t1.0の片面基板(FCZ研の表面実装ユニバーサル基板)を切り出しチップ抵抗を次のように並べました。

f:id:nobcha23:20211016231817j:plain
ATT ASSY

SMAコネクタを付け、まずはシールド付けずnanoVNAで測ります。
10MHzぐらいでは-41dBだが、150MHzでは-33dBです。
S12は-40dB以上とれており、スミスチャートも50.3Ωで1.1nHです。
減衰量が周波数に比例し減少しており入力出力の結合容量の対策が必要なようです。

f:id:nobcha23:20211016135059j:plain
No shielded

チップ抵抗の上部にシールド板を渡し、入力出力段結合をなくすようにします。
そして全体を銅板で囲みました。
10MHz-使用予定周波数帯のエアバンドまでだと39dBに収まりました。

f:id:nobcha23:20211016150753j:plain
Shielded

UHF帯まで対応するには、入力出力シールドをもっと厳重に考えるか、20dBの二段構成にする必要があるようです。


I'm holding several digital oscillators for airband and their output level is -10~0dBm.
It's too high for receiver adjusting. I would like to decrease down to -80dBm by ATT.
I'm keeping some fixed ATT as 20dB, 10dB, and some lower.
So I will try to make 40dB ATT for more attenaition.

f:id:nobcha23:20211016231817j:plain
ATT ASSY

I had assembled and measured bare characteristics by using nano VNA.

There may be an interconnection between the input and output ports. I shall add shield metal on the chip resistor.
And I enclosed ATT with a copper plate.

As a result, I made 40dB ATT at 10 - 150MHz. If we need ATT for UHF, we shall take care of the separation between input and output.

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Shielded


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www.ebay.com

水晶発振回路5倍オーバートーンを試してみました  I had experimented of 5th overtone crystal oscillator.

中国製Si4732受信機でエアバンド受信するには前置コンバータが必要です。(118-135MHzを30MHz以下にする)局発をSi5351aクロックモジュールで担当させる改造をやる前にクリスタルコンバーターを試してみることにしました。

ジャンク箱にマイコン用20MHz水晶発振子がたくさんあります。これを5倍発振させたらよいだろうとイージーに考えました。次にあんまりややこしくない発振回路にしようと、WEBを探すとNE602組み合わせで5倍波発振と言う回路例が見つかりました。(国内ではJA9TTT加藤さんのWEBが参考になります)

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5th overtone oscillator circuit

To receive the airband radio communication by using Si4732 radio, we shall prepare a converter from 118-135MHz to less than 30MHz.
I am trying to make a converter which is utilized a typical MPU 20MHz crystal as composing a 5th overtone oscillator.
I referred below WEB.


早速ユニバーサル基板に発振回路を組み立てテストしてみました。
エミッタに入っているバリコンの調整と出力タンク回路の同調周波数を丁度良い具合に調整すると発振します。
発振しない、電源入れ直すと発振しない、3倍オーバートンの60MHzで発振するなど、誤動作モードがあります。
まずは周波数カウンタで100MHzなのかを受けてみます。100.066MHzとちょっと高めの周波数になりました。

f:id:nobcha23:20210801221933j:plain
To measure frequency

次にどの程度の出力レベルかを先日作ったAD8307パワーメータで測ります。uPD1651を入れているので+5dBmと言うハイパワーです。uPD1651を入れないと-4dBmだったので、ちょっと飽和ぎみのようです。

f:id:nobcha23:20210801222017j:plain
To measure power

ジャンク箱にあった10kコイルを流用したので、巻き数が8tで同調コンデンサーが1.5pFです。コンデンサー付けなくてもTrのコレクタ容量で同調します。

―――――――――――――追記@20210805---------------------
調子に乗って実験していたのですが、ちょっとおかしい感があり、スペアナで出力を見てみました。うーーん。暴れだすと、コーム発振器のように20MHz単位で出力が出ています。コレクタ負荷の同調回路と、エミッタの半固定コンデンサで他の周波数は蹴散らして5倍オーバートンで発振すると期待しましたが、そうでもないようです。そこで、水晶直列にLを入れ、100MHz付近でインピーダンスが下がるようにしました。水晶の直列容量が大体4pFらしいので、100MHzぐらいで直列共振になるような値、200nHぐらいになるコイル(7kで6t)をジャンク箱から拾い出し、使いました。
これで安定に5倍波100MHzが発振するようになりました。その替り、出力は少し落ちました。

f:id:nobcha23:20210806231847j:plain
5th Overtone of 20MHz

Appendix: As I found multi frequencies responses 20MHz step, I inserted 90-200nH coil for reducing impedance between the crystal and ground.

―――――――――――――――ー――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

これを利用して次にLNA+SE602A回路の方に進みます。


I assembled on the universal PCB. There are critical issues to tune as variable capacitor in emmiter and output tank coil .
You shall check the frequency of output by using the frequency counter or so.
The output level is +5dB enough because of uPD1651 added.
I diverted stocked 10K coil and its is 8t. Such is too many turns.

I shall proceed to assemble LNA and SE602a hereafter.

周波数カウンタ

PLJ-1601-C 周波数カウンタ

AD8307

Si4732 Radio
www.ebay.com

クリスタルフィルターの帯域をNanoVNAで調べる I checked the pass band characteristics for the crystal filter of 10.7MHz

エアバンドレシーバーキットの外部局発改造を行い、受信周波数が安定化したので、フィルターを10.7MHzクリスタルフィルター10M15Aを使いました。1kHz単位で周波数調整できるので、いつも受信している大阪国際空港118.1MHzの周りを見てみると、15kHzぐらい下でも同じ通信波が受信できます。

I assembled and remodeled the Chinese airband receiver kit for digital local oscillator style. When I tuned Osaka ITNL airport approach frequency of 118.10MHz, I found the other some 15kHz lower frequency as receiving the same signal.

10M15Aは25kHzチャネルセパレーション対応で帯域は約10kHzなので、これはちょっとおかしいなと思い調べてみました。
I had been wondering why, because of 10M15A being 10kHz bandwidth for 25kHz channel separation application.

まずはエアバンドレシーバキットはもともと10.7MHzのセラフィルなので、そのままチェンジニア対応で入れ替えたのはインピーダンスマッチング上まずかったのかと思います。データシートを確認するとセラフィルはインピーダンス300オームぐらい、クリスタルフィルターは3kΩとあります。
I reviewed that simple easily changing the filter from the cerafil to the crystal was not allowed in terms of the impedance matching aspect.

まずはnanoVNAで測ります。S11,S21測定用SMA+ソケット端子を作り10.7MHzクリスタルフィルターを測りました。確かにフタコブラクダになっています。
At first, I measured S11 and S21 upon nano VNA by using the jig of the bare xtal filter socket. Surely I found double-peaked bandwidth characteristics.

Xtal filter band width

セラフィルはこんな感じ。

The characteristics of cerafil

そして次に村田製作所のクリスタルフィルターのアプリケーションノートを参照し、RC負荷追加の治具を作ります。
https://www.murata.com/en-global/products/filter/crystalfil/library/matching
After then, according to Murata MFG's AP-note, I made one more jig of RC loaded circuit as below.

expected result

そして計ってみると見事お約束の帯域特性となりました。
It brings well result as SPECs sheet introduced.

2.7kΩ/2pF JIg


ところで受信機性能ですが、パターンカットして3kΩを入れたら、今度は利得が大きく落ちてしまい、すぐ上空を飛ぶ飛行機の交信しか聞こえなくなりました。(300Ω→3kΩ)
SA602Aの出力インピーダンスと、2SC3355増幅回路の入力インピーダンスの確認が必要です。
BTW, after I added 3k ohm instead of direct connection, bandwidth characteristics had improved but the gain had largely descended. I shall check SA602A output impedance and 3SC3356 circuit input impedance to get solution.

今回の測定の参考書です。


rover.ebay.com

Airband receiver kit Airband receiver aluminum case

AD8307モジュール基板とArduinoを使った電力計 I had tried to make the power meter of Ad8307 & Arduibno.

ebayで買ったAD8307モジュールを使うRF電力計を使い勝手を考え,作り直してみました。

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Block diagram of power meter


Arduino UNO(実験はMEGA利用)とLCD&KEYシールドを使い、次のような操作にしました。

電源オンではキー入力待ち
1. ATTの設定値(EEPROM)が表示されているので、そのままならSELECTボタンを押すと計測、表示。
2. ATTをつなぐなら、UP/DOWNキーで1dBづつATT値を設定し、SELECTボタンを押すと計測。(0-30dB指定可能)
3. AD8307の傾きは26dB/mVを採用。スライス値は‐85.4dB。(どよよん現象WEB情報を参照)

I improved the power meter of AD8307 PCB + Arduino. Arduino is sharing data conversion and ATT value settings. I adopted 26dB/mV of correlation and -85.4dB of slicing level. I'm much thanking for DOYOYON PHENOMENUM of information)

How to use a function of this meter is below.
1. On turning on, it displays ATT set value and is waiting "select" key to start measuring.
2. Up/Down key brings ATT setting value by 1dB stepping. 0-30dB set capably.

                                • After assembled -------------------

ということでスケッチはでき、さっそく試してみました。信号源は中国製ADF4351簡易SG、nano VNAのCWモード、Si5351a局発などです。また、手持ちのATT(2,3,4,6,10,20など)を使います。比較はFCZ研究所のQRPパワーメーターとか、nano VNAのS12ポート。
After assembly, I checked it with Chinese-made ADF4351 SG, nano VNA CW mode, Si5351a LO, and 145MHz transceiver. I am utilizing ATT(2,3,4,6,10,20 etc). To compare I used FCZ LAB's QRP power meter and nano

不具合発見。これは以前にも気が付いていましたが、AD8307モジュール基板の終端抵抗は100Ωなのです。SPECでは52.3Ωのはず。110オームのチップ抵抗がなかったため、220オームを積み重ねました。

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I mounted 2 220ohm on 100ohm tip.

一応これでRはよいが、200MHzぐらいを超えると反射が増え、スミスチャートも回り始めます。この基板は確か上限500MHzと言ってますが、150MHzが良いところみたいです。

f:id:nobcha23:20210627193943j:plain
s11

At first step I found AD8307 module terminating resister being bad as 100 ohms only. To tune 52.3 ohms as described on SPEC sheet, I soldered two 220 ohm tip resisters on 100 ohms one. And I checked s11 by using nano VNA and found that there is a reflection increased over 200MHz. The supplier is saying that this can cover up to 500MHz but that is bare SPEC for tip alone.


ATTを使った実験ではATT値通りに測定値が動きましたので、26dB/mVの値はよいようです。
I also checked ATT optionally and 26dB/mV is reasonable.

次にBIRD 43での測定値を比較してみました。10Wのトランシーバーをつなぎ、43の後に20dB+10dB ATTをつなくとAD8307パワーメータではATT補正かけて38dBmとでました。2dBぐらい低めに出るようです。*
I compared the PM with BIRD 43 through 20dB+10dB ATT. It showed 38dBm as some 2dB lower.

f:id:nobcha23:20210627194129j:plain
power via 20dB ATT of 10W(40dBm) TRX

FCZ研究所のQRPパワーメーターはHレンジでかろうじて10dBmとでました。BTW FCZ LAB's QRP power meter is showing 20dBm(10W:40dBm-20db=20dBm).

f:id:nobcha23:20210627194317j:plain
TRX-BIRD43-QRP PM

色々なWEBを参照すると、水晶発振器などの出力にロ-パス(LP)付けた信号発生回路を試作され、それを使いテストされています。
次の検討課題としてLPF付信号発生回路がでてきました。
Referring to some other WEB sites there is a needed test Xtal oscillator with a low pass filter. I should try to make it and trace better tuning for this power meter later.
G-MHG4ZJLFN1

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