2015年11月15日日曜日

アナログPSN方式SSB変調回路用 Poly Phase Filter ( 90 deg. Shifter) 利得・周波数特性の補正実験

アナログPSN方式SSB変調回路用 Poly Phase Filter ( 90 deg. Shifter) 
利得・周波数特性の補正実験

(1) 300〜3KHz Poly Phase Filter の利得、位相特性 ・・利得・周波数特性の補正前

300〜3KHz Poly Phase Filter の利得が、周波数が高いほど利得が減衰し、約900Hzで
ー7[dB]と大きめの利得減衰が見られます。
(声が高くなると音が小さくなり、低音が強く出やすい。)

(2)300〜3KHz Poly Phase Filter の過渡解析特性 ・・・利得・周波数特性の補正前



振幅電圧が4相出力とも一定になるように、オペアンプ741のオフセット調整を行いました。


(3) 300〜3KHz Poly Phase Filter の利得、位相特性 ・・・利得・周波数特性の補正後
300〜3KHzで、利得が一定になることを目指し、前段OPアンプ741にHPF(High Pass Filter)を構成しました。利得特性はかなり改善されました。


(4)300〜3KHz Poly Phase Filter の過渡解析特性 ・・・利得・周波数特性の補正後

HPF効果で利得特性は改善されましたが、4相出力電圧の振幅がばらつく性能劣化が見られます。実際に音を聞かないとこの特性が実用レベルかどうかはわかりませんが、性能は劣化しました。

ここで出力電圧の振幅がばらつく原因は、2個のOPアンプ(LM741)がオフセット電圧に非常に敏感で、初段のHPF動作特性を変えただけでも、振幅電圧の中心電圧が大きくシフトしてDC増幅されるのためであることが判明しました。

対策は、OPアンプ2個のオフセット電圧を調整しなおすだけで対応可能なことが判明しました。


(6)300〜3KHz Poly Phase Filter の利得、位相特性 ・・・利得・周波数特性の補正(2回目)
 (3)のHPFの特性を遮断周波数20[Hz]から、300[Hz]に変更し、90度位相シフトの領域外の300[Hz]以下の周波数成分を減衰させ、音質改善を試みました。

300[Hz]以下の信号を弱くすることで、位相がずれた変な低音を弱くするようにしました。


(7)300〜3KHz Poly Phase Filter の過渡解析特性 ・・・利得・周波数特性の補正(2回目)


 (6)でHPFの遮断周波数を300[Hz]に変更する副作用として、OPアンプ2個のオフセット電圧がずれ、そのオフセットDC電圧が増幅されて、出力電圧がシフトされるため、同オフセット電圧を再調整し、この問題を解決しました。


(8)300〜3KHz Poly Phase Filter の課題

PSN方式SSB変調回路に使うには、設計帯域外の20Hz〜300Hzで正確な90度位相シフトが得られない本質的課題を解決するのが困難です。[※1]

この位相制御には、デジタルDSP信号処理がより実用的と思われます。


参考文献

[1] ポリフェーズPSN(PPPSN)の基本回路と私が製作した12ポールPPPSN
http://jh1dtx.o.oo7.jp/PPPSN.htm
  RC定数の変更で、PPFの大きな特性改善がされた模様です。

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