□ H19年12月期 A-15  Code:[HD0502] : FM復調に用いる周波数弁別器の働きと、回路の名称
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04/15 04月期問題頁掲載
2013年
12/23 12月期問題頁掲載
H1912A15 Counter
A-15 次の記述は、受信機に用いられる周波数弁別器について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
 周波数弁別器は、[A]の変化を[B]の変化に変換して、音声信号波やその他の信号波を検出する回路である。この周波数弁別器は[C]波の復調に用いられており、代表的なものに[D]回路がある。

振幅 周波数 FM フォスターシーリー
振幅 周波数 SSB アームストロング
周波数 振幅 SSB フォスターシーリー
周波数 振幅 FM アームストロング
周波数 振幅 FM フォスターシーリー

 まず、FM復調に用いられる周波数弁別回路について概要を見てから、選択肢にあるその他の受信用回路について調べて、解答してみましょう。

[1]FM復調に用いる周波数弁別器

 弁別器というのは、英語のディスクリミネータ(discriminator)のことです。要するに周波数の変化を振幅の変化に戻すという、FM変調の「逆関数」回路です。これには(1アマで出題される範囲では、ですが)主に3種類の回路があり、以下にその代表的な2回路を調べます。

(1) フォスター・シーレ回路
 フォスター・シーリー回路とも言います。共振回路にその中心周波数から少しずれた信号を入れると、出力の位相が周波数の偏移量に応じてずれるという現象を利用した検波回路です。フォスターさんとシーレさんが発明した、というのでこの名前がついています。
Fig.HD0502_a フォスター・シーレ検波回路の構成
Fig.HD0502_a
フォスター・シーレ検波回路の構成
 この回路は、Fig.HD0502_aのように構成します。中間周波入力は左の端子で、検波出力が右の端子に得られます。入力部は磁気的に結合したL1とL2で2つの共振回路を組みます。この2つの共振回路は、いずれも中心周波数fcに同調させます。一方、一次側から十分大きな容量を通して二次側のセンタータップに加えると同時に、2つの包絡線検波回路(D1, C4, R1やD2, C5, R2で構成)のコモンに加えます。
 この回路は、Fig.HD0501_c下の等価回路にあるようなモデルで描くことができます。
 つまり、2側に生じたv1/2にL3を通して加わる、位相がπ/2ずれたviが加算される格好です。
 中心周波数でのベクトル図を描けば、同図右下のように表せます。(以下、この図で示すviはL3に生じている電圧です。)
 D1側に生じたv1/2はviよりπ/2進み、D2側に生じたv1/2はviよりπ/2遅れます。
 この周波数では、D1側の出力電圧ベクトルvo1とD2側の出力電圧ベクトルvo2は大きさが等しいので、出力電圧voはゼロです。
 f<fcに偏移した時は、viを基準にすると、D1側が遅れ、D2側が進みます。このようになると、|vo1|<|vo2|となるので、出力は負になります。
 f>fcに偏移した時は、上とは全く逆の理屈で、|vo1|>|vo2|となるので、出力は正になります。
 この検波回路の特徴としては、振幅制限作用がないことです。各電圧ベクトルが振幅変動を起こせば、即ちベクトルの長さが変化すれば、出力電圧の大きさも比例して変動してしまいます。このため、前段に振幅制限器を置くことが必須になります。

(2) 比(レシオ)検波回路
 この回路は、上に挙げたフォスター・シーレ回路の改良形になります。フォスター・シーレ回路では、特徴にも書いたように、振幅制限作用がありませんのでここが改良の対象です。
Fig.HD0502_b 比検波器の構成と動作
Fig.HD0502_b
比検波器の構成と動作
 Fig.HD0502_bを見ていただくと分かりますが、よく見ないとフォスター・シーレ回路と見分けがつきません。
 大きな違いとしては、D2が逆向きであること、(定数は入っていないが)大容量の6とC7やR3が追加されていること、また、3の両端から電圧を取り出していることです。
 電圧ベクトルの動作はフォスター・シーレとほとんど同じですが、異なるのは包絡線検波した後の電圧のかかり方です。D1側に生じた整流出力v21とD2側に生じた整流出力v22の和がv2となっているとします。

 この時、入力の周波数(または位相)が変化せず、振幅だけが変動したとすると、R3の両端にかかる電圧は、C3とR1やR2が作る時定数が十分長いため、ほとんど変化しません。つまり、この回路は振幅制限(リミッタ)作用があるので、フォスター・シーレ回路には必要だった、前段のリミッタを省略できます。

[2]その他の変調・検波回路

 選択肢に出てくることがある、その他の変調・復調回路等について、簡単に説明します。回路の名前を聞いて、大体の回路図が記憶に浮かんでくれば、消去法で正答、ということもありますから。
(3) アームストロング回路
 この回路はFMの変調回路です。この問題で問われているのは、受信機の回路ですから、この回路は該当しません。具体的にはFig.HD0502_c上のような構成になっており、平衡変調した変調波とπ/2移相した搬送波から、PM(位相変調)波をベクトル的に合成するものです。
(4) ヘテロダイン検波
 この回路は、スーパーヘテロダイン方式としてよく用いられています。中間周波数(中波などではRF直接)を局部発振器の出力とミキサで周波数混合し、その周波数差を取り出したものが元の信号波であることを利用します。ミキサには二重平衡変調器(DBM)等が用いられます。
(5) 同期検波
 これはアマチュアでは中身までは出題されないと思いますが、PSK(移相シフトキーイング)などのデジタル変調で、変調波からクロックを抽出して、そのクロックでサンプリングをかける方式をいいます。変調波にはクロック成分を重畳しておくことが必要になるので、同じデータが連続しても、周期性のあるコード(やシンボル)を埋め込むような変調方式を取ります。
Fig.HD0502_c その他の変調・復調回路
Fig.HD0502_c
その他の変調・復調回路

それでは、解答に移ります。
 …周波数弁別器は周波数の変化を振幅の変化に変換します
 …周波数弁別器は周波数の変化を振幅の変化に変換します
 …周波数弁別器はFM波の復調に用います。
 …アームストロングは変調で、復調はフォスターシーリー回路です
となりますから、が正解と分かります。