　　【2003.4.18】

　スペアナ用のフィルタもだいぶ揃いました。ただ、手元にクリスタルがけっこう多く残っているので、ことのついでに選別し、ラダーフィルタを作ってみました。今回はあまり良い結果が得られたわけではないのですが、ラダーフィルタを作るときは「こんなこともある」という一例ととらえていただければと思います。

　実は昔、千石にジャンククリスタルがごろごろあったころ、10ＭＨｚ近辺の水晶を大量に仕入れてあったのを思い出しました。下の写真のようになんかの無線機の局発用のような感じでした。表示周波数はいろいろありますが、ここでは11.100ＭＨｚのものを取り上げます。ここでは、いろいろ作って水晶のばらつきを見ることにします。

ジャンククリスタル　ＯＲＩＯＮってどこの製品？

　この水晶は、ジャンクボックスに４９個発見できました。たしか＠５０円か３０円だったと思います。当時は、そのうち選別してラダーフィルタを作ろうと思ってストックしておいたようです。ちなみに直列共振周波数の分布を取ってみたら下図のような感じでした。以前に取得した分布より、分散が少ない気がします。平均の端子間容量は5.8ｐＦ、直並列共振周波数差は25.45ｋＨｚでした。

直列共振周波数の分布
（単位は10Ｈｚで85～は11.09985ＭＨｚ～11.09990ＭＨｚを意味する）

　さて、これらでラダーフィルタを作るわけですが、とりあえず、装荷容量＝220ＰＦ、終端インピーダンス＝６５Ω、帯域1.3ｋＨｚで作ってみます。直列共振周波数は+/-10Ｈｚに揃えました。使うコンデンサはセラミックとチップコンデンサを想定して実験します。

　実は、セラコンでも損失に差があることがわかりました。下の写真は使った２種類のセラミックコンデンサです。大きい方は日○電子で仕入れたもの（値段は忘れましたが、格安でした）、小さい方は○▲電子の一本１０円のものです。

共振回路に使ったセラコン

　こんなコンデンサの違いで、特性が変わるのか？という疑問に答えましょう。下の写真のひしゃげた方の波形は小さいセラコンの場合、比較的フラットな波形は大きなセラコンの場合です。水晶の素子数は３枚です。たった３枚の水晶フィルタでも通過帯域の損失、形状に歴然と差が出ます。もちろん、大きなセラコンのほうが優秀です。しかし、３素子でこの形状では、なんか水晶の損失の方も悪そうです。

ＣＦ：11.1ＭＨｚ　ＳＰＡＮ：10ｋＨｚ　水晶：３枚

　下の比較はチップコンデンサと大きなセラコンの５素子の場合の特性です。チップコンデンサの場合は大きなセラコンに比べ、わずかながら損失が少ないようです。３素子の場合と比較してみてください。このチップコンデンサはシルバードマイカとほぼ同様の損失特性ですから、５素子でこんなに特性がだれるのは、水晶の特性が余りよくないということになりそうです。事実、以前の実験では、セラコンを使っても５素子でこんなに劣化はしませんでした。


大きなセラコン使用の３素子(上）と大きなセラコン使用の５素子（下）の特性	大きなセラコン使用の３素子（上）とチップコン使用の５素子（下）の特性

　この調子で行くと８素子では、とんでも無く損失が増えそうだったので（事実12ｄＢもあった）止めて、６素子までで「打ち止め」にすることにしました。下の図はその減衰特性です。一応、減衰量は-90ｄＢは得られているようです。-6/-60ｄＢは0.92/2.8ｋＨｚでした。形状比は3.04です。あまり良い特性にならないのも、やっぱり水晶が「いまいち」だからでしょう。ただ、Ｂｗが狭い場合、一般に形状比は悪くなるようですね（水晶がｐｏｏｒな場合）。でもＢＷが2-3ｋＨｚのフィルタを作るのであれば、あまりこだわらないで、そこらの安い水晶（まさにこの水晶）でも「とりあえず」の特性が得られると思います。


ＳＰＡＮ：20ｋＨｚ　　　６素子の特性チップコンとシルバードマイカを使用	ＳＰＡＮ：10ｋＨｚ　６素子の特性チップコンとシルバードマイカを使用

　この実験の様子を下図に示します。一応８素子まで試しに見た跡がありますが、減衰が激しいので、６素子までにしました。ここで解ったのは、６素子程度であれば、たいていの水晶は対応可能でしょうが、８素子になると、損失の少ないコンデンサを使っても、うまく特性が得られないことがあるようです。どうも、水晶の「良さ」についても深堀りしないといけないようですが、一応お目当ての特性は先の実験で得られているので、これ以上突っ込むことは止めておきます。しかし、８素子のＣＷフィルタなんて、かなりなハイレベルなトライを行う場合、コンデンサ、水晶の選択には十分注意しないと予期した結果が得られないことがわかりました。注意が必要です。

「損失の多い？」水晶を用いた場合の実験例

　このところ、多くのラダーフィルタを集中的に作ってみました。使う部品（水晶、コンデンサ）によって、特性の違いを経験することができ、大変有意義でした。この過程では、ジャンクとはいえ、比較的ダイナミックレンジが大きく、周波数/レベルのデジタルリードアウトのできるスペアナと自作トラッキングジェネレータが大変役にたってくれました。自作とはいえ、測定系に90ｄＢ以上ものダイナミックレンジがあると、レベルをあまり気にすることなく正確な測定ができますので、極めて快適です。