□ R02年09月期 A-13  Code:[HE0506] : 直接FM方式を用いたFM送信機のブロック図。AFC回路の動作
検索サイトから来た方は… 無線工学の基礎 トップへ 以下をクリックすると、元のページが行き先に飛び、このウインドウは閉じます  ■ 無線工学を学ぶ  (1) 無線工学の基礎   年度別出題一覧   H11年 4月期,8月期,12月期   H12年 4月期,8月期,12月期   H13年 4月期,8月期,12月期   H14年 4月期,8月期,12月期   H15年 4月期,8月期,12月期   H16年 4月期,8月期,12月期   H17年 4月期,8月期,12月期   H18年 4月期,8月期,12月期   H19年 4月期,8月期,12月期   H20年 4月期,8月期,12月期   H21年 4月期,8月期,12月期   H22年 4月期,8月期,12月期   H23年 4月期,8月期,12月期   H24年 4月期,8月期,12月期   H25年 4月期,8月期,12月期   H26年 4月期,8月期,12月期   H27年 4月期,8月期,12月期   H28年 4月期,8月期,12月期   H29年 4月期,8月期,12月期   H30年 4月期,8月期,12月期   R01年 4月期,8月期,12月期   R02年 4月期,9月期,12月期   R03年 4月期,9月期,12月期   R04年 4月期,8月期,12月期  分野別出題一覧   A 電気物理, B 電気回路   C 能動素子, D 電子回路   E 送信機, F 受信機   G 電源, H アンテナ&給電線   I 電波伝搬, J 計測  ■ サイトポリシー  ■ サイトマップ[1ama]  ■ リンクと資料  ■ メールは下記まで 2022年 12/31 12月期問題頁掲載 09/01 08月期問題頁掲載 05/14 04月期問題頁掲載	無線工学 > １アマ > R02年09月期 > A-13 A-13 次の記述は、可変容量ダイオード（可変静電容量）を使用した原理的な直接FM(F3E)変調回路の例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。なお、同じ記号の［　］内には同じ字句が入るものとする。 (1) 可変容量ダイオードは、PN接合ダイオードに［Ａ］電圧をかけたときに生ずる、［Ｂ］を誘電体とする一種のコンデンサであり、バイアス電圧の値の変化により［Ｂ］の厚さが変化するため静電容量が変化する。 (2) 図において、信号波が加わると可変静電容量Ｃd [F]が変化することにより、破線で囲まれた共振回路の周波数が信号波の電圧に応じて変化する。共振回路のコイルのインダクタンスをＬ [H]、コンデンサの静電容量をＣ [F]とすれば、結合コンデンサＣCのリアクタンスが共振周波数に対して十分小さいとき、共振周波数はおおよそ［Ｃ］となり、トランジスタＴrからFM変調波が出力される。 Fig.H3209A13a Ａ Ｂ Ｃ １ 逆バイアス 反転層 ２ 逆バイアス 空乏層 ３ 逆バイアス 空乏層 ４ 順バイアス 空乏層 ５ 順バイアス 反転層
	これまで、この分野の問題は、FM送信機のブロック図の穴埋めとして出題されていました。そこで解説に用いていた、可変容量ダイオード（バラクタ）を使った直接周波数変調回路の一例が、今回（R02年9月期）そのまま出題されました。基本的には、共振周波数の公式を知っていて、可変容量ダイオードの動作を理解していれば解ける問題になっていますが、解答に若干補足を加えています。 　なお、可変容量ダイオードの解説は、H1912A06等をご参照下さい。 ［１］発振周波数をダイレクトに変える直接FM変調の原理 　FMとはそのものずばり、「周波数を変える変調」ですから、例えば、LC発振器で発振している周波数を、Ｌ（インダクタ）またはＣ（キャパシタ）の値を外部から何らかの方法で変化させてやれば、すぐにFM波が得られます。 　Fig.HE0506_aは、そんな考えを具体的な形にした例です。左から信号波（交流）が入ってくると、その振幅が黄色で囲まれた中の可変容量ダイオードＤVにかかる逆バイアス電圧を変化させます。すると、この共振回路のＣが変化しますから、共振周波数が変化して、出力周波数が信号波によって変化します。 　ちなみに、Ｒ1とＲ2は、ＤVに逆バイアス電圧を与えるための抵抗で、Ｃ1は直流阻止の為のACカップリングのため、Ｌ1は信号波（低周波）と直流を通し、共振回路の高周波を入力側に漏らさないためのチョークコイル的役割です。 Fig.HE0506_a Ｃが外部より可変の直接FM変調器 　また、Ｃ2は直流阻止の為のACカップリングのために設けられています。高周波的にはショートなので、ＤVとＣ3は並列になっていると考えられます。 　Trはエミッタフォロワになっていて、出力電圧の一部がＣ4によって帰還されます。Trのバイアス点は、Ｒ3とＲ4（とＲ5）で定めます。Ｃ5は次段へのカップリングコンデンサです。 　割と単純で、すぐこれで送信機に使えそうな感じですが、直接周波数を変化させられるLC発振器というのは、やはり安定性に問題があります。そこで、次に述べるAFC回路で周波数を安定化させてやる必要があります。 ［２］直接変調の安定度を補うAFC回路の構成 　AFC回路は、LC発振器の不安定さを補正するフィードバック回路の一種で、Fig.HE0506_bのような構成になっています。 Fig.HE0506_b AFC回路の構成と動作 　水晶発振器は（通常は）LC発振器で発振すべき周波数で、安定に発振することができます。その出力とLC発振器からの直接FM変調出力を周波数混合器に入力します。 　周波数混合器では、通常２つの入力の和と差の周波数が出てきますが、ここでは差を取ります。つまり、LC発振器の周波数が、理想的な（水晶が供給する）周波数からのズレの周波数信号として取り出すわけです。 　さらにこれを増幅（ここでの増幅は緩衝増幅的な役割でしょう）して、周波数弁別器に入力します。周波数弁別器は、FM復調の回路でも出題されていますが、入力の周波数に対応した電圧を出力します。 　この電圧を、可変リアクタンス回路に周波数の変動を打ち消す極性にして加えてやれば、LC発振回路の周波数の変動を水晶の周波数に合わせ込むことができます。 　ここでお気づきの方もおられるかと思いますが、この補正は高速で行なうとFM変調でかかった（本来変動してしかるべき）周波数のズレまで補正されてしまい、変調がかからなくなったと同じことになってしまいます。なので、音声周波数よりももっとゆっくりな応答での変動を抑えるようになっているのだと思います（実設計をしたことがないので、自信がありません）。 それでは、解答に移ります。 　設問は、可変容量ダイオードについて理解していれば、ほぼ解ける問題と言えます。（上記の解説のうち、［２］のAFCに関する説明は不要です。） 　Ａ…可変容量ダイオードは逆バイアスをかけて用います 　Ｂ…可変容量ダイオードで誘電体として働くのは空乏層です 　Ｃ…下記に解説していますが、共振周波数はです となりますから、正解は３と分かります。 　選択肢Ｃの根拠ですが、まず、問題文にあるように、信号波によって容量が変化するのはＣdです。この可変容量ダイオードにかかる逆バイアス電圧が信号波で変化するからです。 　Ｃc（Fig.HE0506_aのＣ2）は解説文に「ここは交流的にはショートと考えて良い」と書きましたが、問題文には「Ｃcのリアクタンスが共振周波数に対して十分小さい」とあります。同じ意味ですが、問題文の方がより厳密な表現です。Ｃcがショートと考えると、問題図の点線の中はＬと「ＣdとＣが並列になっているコンデンサがＬに直列に繋がったＬＣ共振回路」と考えることができますから、ＣdとＣは足し算で、［Ｃ］に入る選択肢は３の式になります。 　そもそも、Ｃd−Ｃだとしたら、Ｃd＜Ｃの時は√の中が負になってしまいますから、「周波数が虚数」になってしまいます。インピーダンスが虚数になることはありますが、周波数が虚数になることはありません。
閉じる