水晶発振回路の不具合についてアドバイスお願いします

八重洲無線のFT-101Bという古いアマチュア無線機を修理しています。
LSBモードとAMモードでは正常に受信できるのですが、USBモードとCWモードは受信できず、調べたところSSB検波回路(リング復調回路)へUSBモード時およびCWモード(受信）時に加えられる3178.5ｋHzのキャリアが停止していました。LSBモード時は3181.5kHzのキャリアが加えられますが、こちらは安定してキャリアが供給されています。AMモード時はキャリアは必要ないので3178.5kHz・3181.5kHzとも停止しています。

3178.5kHzのキャリアは2SC372-Yを使用したピアスBE発振回路(添付画像)で作られているのですが、動作が不安定で、水晶と並列に入っているTC(トリマコンデンサ)を調整すると発振する場合もあるのですが、数十秒～数分程度で出力が急減し発振が停止してしまいます。基板の脱着(軽い機械的ショック？)で再度発振する場合もありますが、やはり最長でも十分程度で発振が停止してしまいます。

最初、トランジスタの不良を疑い、オリジナルの2SC372(Yランク)を同等品の2SC945(Qランク・実測hFE 190）と交換したところ、TCの再調整で発振し始めましたが、やはり数分程度で発振が停止し、他の手持ちの2SC945(実測hFE 200）と交換したところ、一時間ほど安定して発振が続きましたが、電源を切り十数分後再投入すると発振が停止してしまいました。

水晶振動子を交換できればよいのですが、FT-101用の特殊な周波数のもので入手困難です。

トランジスタやコンデンサ、抵抗器等の交換や定数変更等、より発振しやすくするためのアドバイスを宜しくお願い致します。

No.4 ベストアンサー 回答者： kuro804 回答日時： 2013/11/20 17:44

こんばんは

たぶんこれで動くだろうの回路を載せました。

追加部品
Ra　＝　４．７KΩ
　これでベース電圧は６Vの半分に設定されます。
よってエミッター電圧は３V-0.6V=２．４V程度、エミッタ電流は２，４ｍA程度

Ca　＝　１０ｐF程度、５ｐF～３０ｐF
Cb　＝　２０ｐF程度、１０ｐF～４０ｐF
このCa,Cbはトリマーコンデンサのみでは最小容量時の安定度が気になり、
変化幅を抑える働きをします。取りあえずはCa,Cbは無くても良いです。

動かなければ　ゴメンナサイ！

この回答へのお礼

具体的なアドバイスを頂き有難うございました。

回路図中に書き忘れていたバイアス用の22kΩ(Raと同じ部分)を4.7kΩに変更し、トランジスタもfTとhFEが高い手持ちの2SC1815-Y（実測hFE=210程度)に交換したところ、安定に発振するようになりました。
CaとCbは加えてはいませんが、長期安定性を期して追加する予定です。

昨晩2時間ほど通電後、電源を切り今朝再投入してみたところ、安定した発振が1時間以上続いており、不具合は解消されました。

本当に助かりました。有難うございました。

お礼日時：2013/11/21 09:24

No.3 回答者： tadys 回答日時： 2013/11/20 11:08

No.2さんの言うようにバイアス回路が変ですね。

エミッタ抵抗がマイナス電源につながっている可能性も有りますね。

水晶を交換するのが一番確実な気がします。
特注に応じているメーカーも有りますから見積を取ってみたらどうでしょうか。
http://www.mitadenpa.co.jp/kaisha_a.htm
http://www.sunlifes.com/qutz/index.html

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2013/11/20 10:36

今日は。

　まず、回路図通りですとトランジスタのベースのDCバイアスが０Vになってしまってます。
トランジスタのベースとGND間に抵抗R12（4.7kΩ）がありますが、回路図にはありませんがもうひとつ抵抗Rxがベースと＋６V電源の間に必要です。実際はあるはずですので確認ください。そのRxと抵抗R12の並列合成抵抗Rp（＝R12*Rx／（R12＋Rx））とトランジスタの入力インピーダンスの並列合成抵抗が水晶の負荷抵抗になってます。

１）　水晶が劣化してきてる場合はこの負荷抵抗の値を大きくすることで発振余裕度を向上させることが可能です。具体的にはR12とRxの値を大きな値に変えることです。

２）　また、トランジスタのコレクタ電流のバイアス値ですが、コレクタ電流はほぼエミッタ電流に等しいのでコレクタ電流を推定します。コレクタの動作点のDC電圧は電源電圧、+6Vの半分の３V程度に設計されてるはずです。実機をテスタでDC電圧を測定して確認してください。コレクタの動作点の電圧Vcopを仮に３Vとすればコレクタ動作点の電流Icopはコレクタの負荷抵抗R15（4.7kΩ）の値から、

　　Icop＝Vcop／R15＝3V／4.7kΩ＝0.64mA

と計算で推定されます。トランジスタのｆTは　2SC945　の場合、エミッタ電流（≒コレクタ電流）が1mAで100MHzと低いです。使用する発振周波数　ｆosc　は　3.1785MHz　ですので、DCのｈFEがたとえ200あっても　ｆosc　での　hfe　はｆT／ｆosc＝31　にしかなりません。ｆTはエミッタ電流を増やせば高くできますのでエミッタ電流を5mA程度まで増やすのが得策です。

　実際の回路定数の変更：上記のような方向で以下のように実際の定数を計算します。

１）まず、トランジスタのベースDCバイアス電圧VBopを測定します。
２）次に、Rxと抵抗R12の並列合成抵抗Rp（＝R12*Rx／（R12＋Rx））を2倍程度の値に変更します。
　Rp変更後のベースDCバイアス電圧VBoprを確認します。
３）エミッタバイアス電流を5mAに増やすためにエミッタの抵抗RE（1k）を次のような計算にしたがって新しい小さなエミッタ抵抗REnを求めます。
　　REn＝RE*Icop／5mA＝1kΩ*0.64mA／5mA＝128Ω　→　１２０Ω　とする。
４）エミッタ電流が５ｍAに変わりましたのでコレクタの動作点を３Vに保つために抵抗R15は
　　R15＝３V／5mA＝600Ω　→　５６０Ω　とする
５）トランジスタの変更。
　　2SC945より更にｆTが高いトランジスタに変更。ここでは入手性の高い東芝の2SC1815のGランク品に変更します。

以上のような定数変更とトランジスタの変更でも改善が見られない場合は水晶の交換が必要になると思います。
　

この回答へのお礼

詳細なアドバイスを頂き、有難うございました。
ご指摘の通り、回路図作成時にバイアス用の抵抗をうっかり書き忘れてしまっておりました。実際にはベースとVcc(+6V)間に22kΩの抵抗器が入っております。

ちょうど手持ちに2SC1815-Y（GLランクは生憎部品箱に見つかりませんでした)があり、hFEをデジタルテスターにて簡易的に測ってみたところ、割合に高く210程度ありましたので、定数変更と同時に取り替えてみることにします。

有難うございました。

お礼日時：2013/11/21 09:03

No.1 回答者： TXV12003 回答日時： 2013/11/20 07:51

１０１ですか、往年の名機ですね。

特注するのが確実です。
見積もりを出してみて、もし個人注文で数千円程度でできれば考えてみてもよいのではないでしょうか。
http://www.nsiharu.co.jp/parts/crystal.html