CW用アクティブオーディオフィルタの検討

ダイレクトコンバージョン受信機の復調直後や短波ラジオ等に後付けするCW用アクティブフィルタを検討してみました．昔，愛好者3号用のアクセサリとしてFCZ研究所の27mHインダクタを使ったパッシブBPFを作りましたが，そのアクティブフィルタ版です．

原型となるLC BPFです．M結合型を用いるのは，高域側を急峻に減衰させるためです．中心周波数860Hz，帯域幅450Hzで設計していますが，実際のフィルタ特性はインピーダンス反転回路による直並列変換のためズレます（cf. 4次バタワース型LC BPF設計スプレッドシート）．この回路定数でSpiceシミュレーションすると−3dB遮断周波数が602Hz/1059Hzとなり，中心周波数799Hz，帯域幅457Hzになります．私は800Hzが好みなので，これで進めていくことにします．

この回路の節点方程式と回路定数をGeminiに投げて伝達関数を計算させ（節点方程式はGeminiが間違えることのないよう，LaTeXの数式記法で与えました），その分母多項式から2次区間のパラメータを求めました．ですが連立方程式の解や分母多項式の因数分解，2次区間パラメータの計算に間違いが多く，LC BPFとのフィッティングが終わるまで何度も再計算させることが必要でした．フィッティングは2次区間パラメータを用いてPythonで計算した周波数特性とLC BPFのSpiceシミュレーション結果を同一グラフ上で重ねて行いました．フィッティング後のパラメータは表のとおりです．

Stage 共振周波数 Q 回路
1st 682.9Hz 2.15 多重帰還型BPF
2nd 1006.6Hz 3.16 Sallen-Key LPF

回路図です．キャパシタはnF単位で書いていますが，初段は0.068μF，後段は0.047μFです．抵抗をE24系列に丸めたため，各段の共振周波数とQは上の表から少しだけ変わりました．共振周波数は初段が少し低く，2段目は少し高くなっているので，全体として通過域幅が広がる方向になります．

DC受信機用 短波ラジオ等後付用

左側の回路はDC受信機の復調直後用で，32.6dBの利得があります．例えばNJM2594に用いるのでしたら，3番端子のエミッタフォロワ出力に接続するのがよいでしょう1（もちろん，エミッタ抵抗は別に接続します）．
右側は短波ラジオ等に後付けするタイプですが，13dBの利得がありますので入出力の信号レベルには注意が必要です．

DC受信機用の周波数特性Spiceシミュレーション結果です．原型のLC BPFに比べて帯域幅が500Hzと広くなり，通過域にわずかなリップルを生じますが，狙っていた800HzのBPFを得ることができそうです．

全帯域 通過域拡大

1 NJM2594にしてもSA612にしても出力を片側しか使っていない作例が多いのですが，せっかくのギルバートセルをDBMとしてではなくSBMとしてしか使っていないのはもったいない限りです．2次の歪（例えばDC受信機ではいわゆるAM波の通り抜け，すなわち自乗検波出力）はそのまま出力されてしまいます．