Preset Tune with RC-SERVO for Vaccume Tube Power Amplifire

RC-SERVOによる管球HPA(FL-2100Z)のプリセットチューン(Apr 18～. 2013)
もう何年も経つが、受信機のプリセレクタチューニングでVCの回転をRC-SERVOで行う実験を行い好成績を納めた。それは受信周波数のBCDをD/Aして生成したDC電圧でPWMしてRC-SERVOを駆動するものだった。その時感じたのは、これはHPA(リニアアンプ)のチューニング駆動に最適だと言う事だった。バンド毎の状態(電圧)をVR等で記憶しておけば、容易にプリセット値へVCやロータリーSWを回すことが出来るのだ。
当時は某高等専門学校の教授より提供を受けた純粋アナログのPWMボードを使用したが、最近PICアクチュエータキットをトライステート社のサイトで発見、それが秋月電子で販売していることを知った。PICプログラムによるPWM生成により、アナログの積分回路とコンパレータを組み合わせたPWM生成に比し遥かに高精度と考えられる。また何より部品点数が少なくPIC以外にRC各1個ずつと言う驚きの環境だ。これを制御基板へ同梱して小型化を図り、真空管HPAへの組み込みを行う。
関連情報･･･RC-SERVOによるTL-922のプリセットチューン
左：秋月電子のPICアクチュエータキット
PWMに関係するのはPICとRC各1本ずつ。
右：RCサーボを繋いだ様子
2つのプリセットが可能、外部から電圧を供給すれば幾つでもプリセット可能。

PIC12F675アクチュエータ部とプリセットデータ生成回路を1ボードに納め回路図を修正。(2013.04.18-19)
エンコードされたバンド情報により、VRでプリセットされた制御データ(電圧)をアナログマルチプレクサ74HC4067で選択しPICアクチュエータでPWMを行う。
この動作を「Band SW/Plate Tune/Load Tune」の3者で同時に行う。(図をクリックすると拡大します）

16Line→4Line変換は何故かワンチプICでは存在しない(多分!？)ので、74HC148等Line→3Line変換ICを2個使って構成する。
下図はテキサスインスツルメント社のデータシートからのコピー。(図をクリックすると拡大します）
色々と一番合理的なロジックを考えた(最上位桁をOR取りしたり･･･)が、この回路が一番簡単に思われる。(2013.04.19)

PICデータをコピーする。アクチュエータの自作のために、購入したKITのPIC12F675からプログラムデータを読み出し複製を製作。
予備と言う考えで複製は各1個ずつ、使途は個人の範囲と考えれば問題は無さそう･･･多分。
3年振りにマルツ電波のPICライタを探し出してきて、IProgソフトを走らせて作業を行った。
3年も経つと大分忘れていて、IProgの所在や操作方法、USB-RS232Cポート設定など思い出すのに暫く時間が必要だった。
写真は読み出したデータをPICに書き込んでいる様子。
ちなみにこのソフトはPICからの読み出しは出来るが、HEXファイルでの保存が出来ない仕掛けになっている。
なおPIC12F675は静岡マルツ電波で購入したが、それ以外のIC類は74HC00しかなく全くお話にならない。通販に依存することになる。
地方ではヤル気があっても部品の都合がつかずそれが失せる場合が多い。東京や秋葉原が羨ましい。(2013.04.21)
回路を眺めていたら10KΩのプルアップ抵抗は1個で共用しても良いだろうと回路図を修正。合わせてPIC内のプリセット切替えJPも1つに統合修正。さらに16Line→4Line変換の詳細も書き加えた。(2013.04.24)

RC-SERVOをオルダムカップラで4連VCと連結し駆動する。
友人のJR1NSL清水氏からアサ電子工業のオルダムカップラが届いた。普通のシャフトカップリングと異なりシャフトの芯ズレを見事に吸収する。
と言うより最初から軸をずらした設計が出来ると言った方が適当かもしれない。
写真はPICアクチュエータからRC-SERVOを駆動している様子だが実に快適にVCが回転する。
なおこの様にVC類の軸上にRC-SERVOを取り付けると、HPAのパネル面の突起がやたらと大きくなる。
これを回避するためにべベルギアボックス(傘歯車)でVCシャフトを横から駆動する機構にしたい。
バックラッシュの心配もあるが、VFOじゃないので行けると思うがどうだろう･･･。
樹脂製の傘歯車を買ってきて自作する手もあるが･･･何方かお知恵を拝借できないだろうか？。(2013.04.25)

先々の話だが、icomエキサイタのCI-Vデータからバンド情報を得る方法を検討していた。
古くからicomのエキサイタからはバンド情報を電圧で出力していた。ところがこの電圧、WARCの18MHzと24MHzが21MHzと28MHzと夫々に同じ括りになっている。これでは幾らなんでも真空管HPAのチューニング情報として使えない。
そこでCI-Vデータをデコードしてバンド情報を得ることを考えた。
昔の人間なのでロジックICを並べてRS-232Cに同期をとってシリアルデータからパラレルデータを取り出す･･･などと妙なことを考え始めたが、調べると便利なボードを頒布されているJA4BUA桑原OMがおられた。
間髪入れずにこれを採用させて頂く事にした。
写真はIC-756のデータをデコードしている様子。IC-756でバンドチェンジをすると瞬時に当該のリレーとLEDが動作し気持ちが良い。 (2013.04.24)

74HC4067や74HC148などどこの店にも置いたあるだろうとたかをくくっていた。
ところが静岡のマルツさんでは箸にも棒にもかからない、全く商売っ気を感じない雰囲気にやや落胆。
しゃあないなぁと困ったときのサトー電気通販を尋ねるが4067が無い。その代り7mm角1KΩVRの50個のまとめ買いが成立。
それでICはRSオンラインの門を叩き無事ゲット。ただし1個単位の販売は無く最低5個。例えば6個欲しいとなると10個買う必要があり融通が利かない。でも着払いで翌日に届く速さには大満足。
こうして前日までに制御基板に乗せる部品が揃った。
写真は揃った制御基板用部品。右下の大き目のICが74HC4067。こいつが意外と地方のパーツショップにはない。左の青袋は74HC148で、その上が1KΩのVR多数。他ソケットや基板が見える。RSではICの輸送に黒いプラスチックカバーを1個1個に掛けている。 (2013.04.27)

今までの回路図を統合修正しました。(2013.05.01)
　〇Fine_VRの外部への取り出し
　〇マニュアルVRの設置

GW連休を使って製作を進行させたいたが中々時間がとれず、ようやく制御基板の試作に着手。
視力や記憶力が落ち作業効率が上がらないが、本日ようやく基本動作、即ち各バンドデータ(VR電圧)を、アナログマルチプレクサで選択(16進コード)し、RC-SERVOを設定した角度へセット出来ることを確認した。
本日は3系統ある内の1系統のみ動作確認(残りは一部配線も残しており後日対応する)。動画でお見せしたいが取り急ぎスナップ写真を貼った。
左は試作中の制御ボードICは1系統分しか実装されていない。
なお16Ling→4Lin(16進)変換は未だ調整段階で、上記確認はOMRONのメカニカルエンコーダを利用した。バンド情報をエンコーダで与えてやると、心地よくサーボが動き、見ていると楽しくなる。
VRは1KΩだが、30個も並列になると33Ωとなり12V入力だと3端子Regの消費電力が馬鹿にならない。これは電源入力を下げて対応する予定。
なお4067の駆動は74LSタイプのTTLを使うことにした(回路図修正)。(2013.05.04)

制御基板の残配線(74HC4670～VR間)を実施。3系統のRC-SERVO制御が可能になった。写真は配線後PICと74HC4067を実装した基板。
ただ未だマニュアル用コネクタや電源コネクタ処理、そして一部プルアップ等が残っている。(2013.05.08)

写真はMonotaROに依頼していた協育歯車の傘歯車。
4月30日にお願いしていたものが9日ようやく届いたが、良く見るとシャフト(6mm)への固定ネジ機構が無い。
Webショップではそれが有る様な説明だったのだが･･･トホホ。
このままでは使えないため早々に返品となった。(2013.05.10)

74HC140の入力側のプルアップを集合抵抗で実施。バンド数をこれまで10としていたが、VRを2個ずつ追加して12とした。
IC群の電源とモーターの絡むRC-SERVOの電源は別系統としたいが、現在は5V/4AのAC/DCアダプタから全て供給している(3端子Reg不使用)。
左は本邦初公開の動画。このために入力に6回路(バンド)のプッシュボタンスイッチを接続している。快適に動いている。
なお制御の角度はVRで適当に設定したもの。選択されたバンドの制御電圧が、74HC4067で間違いなく選択されPICへ引き渡されているかも確認する。
ちなみに左のVCは懐かしい松下電器の4DX-18周波数直線VC。右はTL-922のロードVC。
ここまで来ると早くHPAに組み込みまれたVCやバンドSWを駆動してみたくなる。当面はバーニア機構(ボールドライブ)を使用していないFL-2100Zで試してみる予定。
メカの動きと音は、見聞きしていると楽しくなり、少年時代に返ったようだ。(2013.05.11)

5月18日協育歯車に直接注文していた傘歯車が着払いで届いた。同社は販売店を通さなくても個人向けに着払いで販売している。
今回はメーカー殿に直接注文し、目的の締め付けネジ加工が施された物が届いた。
前回の注文では、ネット販売会社の案内が不適切で誤解を招いたことについて陳謝のメールが届いている。
ところで写真はFL-2100ZのVCシャフトに傘歯車を取り付けてみたもの。
この状態に整合するようにサーボ側にも傘歯車を取り付けて合体させると、かな相応の突起になる。
それを見ていたらRCサーボからのフレキジョイントでダイレクトドライブしたらどうなるか見たくなり、バンドSWシャフトに組み込んでみた。
ウーン、こりゃ総合的に見て傘歯車よりかなりベーターな感じがしてきた。
固定もパネルにタップを立て金属ポスト2本でやれそうだ･･･。RC-SEVOの固定穴はバカ穴になっているので芯出しも容易だ。(2013.05.19)

RC-SERVOの固定には色々と議論がありそうだが、アンプ側へ一切手を加えない方法を考えている。
写真は3個のRC-SERVOをVCやバンドSWのシャフトへカップリングでつなぎ、コの字のアルミアングルで上下から挟み込みGバイスで締め付けた様子。
これでRC-SERVOを制御すると、特段アンプ側から支持をしていないが、問題なくVCやSWが回転を始める。
これを体裁を整えて組むか、シャフト3本が貫通するプレートを敷き金属ポスト(≒30mm)で支え、軸方向はカップリング、そして回転方向はサーボ相互間の固定で抑えれば、本体への加工はゼロで目的が果たせそうだ。
ここに来て分かったが、以前購入した格安サーボにドリフト(角度が自然に動く)のあるものがあり、時期を見て一新する予定。
あと課題は360度回転するサーボでファイナルギアが金属製の物の入手。これが中々無い。 TL-922のバンドSW回転角は180度に収まっているので調度良いが、FL-2100ZなどWARCバンド接点があるSWは、9バンドもあり270度にも及ぶ。金属でないとトルク掛かるためシャフトを痛め駆動が難しいのだ。まぁ実験は180度で十分だが･･･。(2013.05.22)

RC-SERVOを固定するフレームを製作した。この細工にはそれなりの精度が必要で、あそびは最小にする。実際に工作される場合はドリルを入れる前に十分な寸法取りと罫書、そしてシミュレーションが必要である。
写真左は25mm幅コの字アルミアングルへシャフト穴を開け、RC-SERVO固定用の真ちゅうポストを皿ビスで固定し、シャフトへ差し込んだ様子。
写真下は更にRC-SERVOを実装した様子。左右は180度、中央は360度仕様。芯合わせはRC-SERVO固定穴のバカ穴で行う。
軸方向はカップリングで抑えられ、回転方向はフレームと各シャフトがストッパーになるので、FL-2100Zには何も手を加えていない。
コの字アングルはカップリングのビス締め時にドライバーが入り難いので上側オープンのL字アングルがベターだろう。 (2013.05.26)

実際にFL-2100ZをRC-SERVOで駆動してみた。
左はこれを動画で撮影したもの。
VCが心地良く回っている。バンドSWの動きは分かり難いがシャフトカップリングの動きで分かる。
バンドSWの角度設定はまだ行っていない。トルクが7Kg/cm以上あるので、バンドSWは容易に回転する。
FL-2100Zは2年前にGU-74Bを組み込んだもの。(2013.05.27)

全体の構成図を作成しました。
バンド情報はメインRigがICOMなので、CI-V信号から抽出し接点で与えます。
YAESUのRigは4bitの16進情報が出力されますので、直接マルチプレクサ74HC4067を制御できます。ただこの場合、BandIndicatin用LEDは別の方式を考える必要があります。
ここまで来ると後は基板のケースへの収納、RC-SERVOのカバー、制御ケーブルの製作、CI-Vインターフェイス等が整えば試験運用が可能となります。(2013.05.28)

以下は最新Verです。

いよいよ基板を収納するケースを加工する。
手持ちの25mm幅x217mm長のCチャンネル・アングル(両サイドに耳・穴付き)を加工して写真の様なフレームを作った。
4角は横からブラインドリベッタで固定している。これに底板を上蓋をアルミ板を切り出してあてがうが、上蓋は見た目を考慮して堅めの素材によるヘアライン加工したモノを使う。これに調整VR分の穴を開け、調整後はブラインドパネルで穴を隠す。またセレクト情報としてバンド数のLEDをVR群の左に配置。
バンドセレクトSWがパネルの右下、Local/RemoteトグルSWがその近く、Fine-VRがその上方か…Manula-VRは止める方向。
背面にバンド情報用のD-Sub15Pin、Servo用のDIN、電源コネクタが付く。
写真は作りかけたフレームと基板。サイズは凡そ200mmx140mmx25mmと薄型。周辺に金ノコにノギスやバイスが見える。
なおこのケースは、あくまでリニアアンプの付属とする位置付けで、遠方(エキサイタ)からの制御はバンドデータのみを考えている。(2013.06.24)

ケースの制御パネル面のイメージを描いてみた。
ManualTuneノブは設けないことにする。ひょっとしたらFineTuneノブも止めるかも知れない。
白黒では寂しいので色を入れてみた。調整VR部分は調整後ブランクパネルで覆う仕掛け。
BandSeleはエキサイタのバンド情報に連動させないとき(単体使用時)、左のRem/LocSWをLoc(Local)にすると有効になる。 (2013.06.25)

シャシに1mm厚アルミパネルをブラインドリベットで固定し、LEDとローカルバンドSW、そしてD-Sub15Pinコネクタ穴を開ける。
LEDは5mmΦだが、4.5mmΦで開けた穴をリーマでギリギリまで拡大し、内側からLEDを押し込む。感覚は7.5mmで基板上のVRと同じ。但し数はここではスペースの関係で11個としている。正直なところあと10mmシャシの長さをとっておけば良かったと反省しているHi。
また都合により上記のパネルイメージとは左右が反転している。
写真は撮影用に一番上のLEDを点灯させてみた。
電源コネクタはD-Sub15Pinの横、トグルSWはバンドSWの右に置く。その右並びにFin-VRを起きたいが…果たしてどうなるか。 (2013.06.30)

基板上で1KΩVRを12個も並列につないでいるので、合成抵抗は83Ωまで低下している。これに直列にFine-VRを挿入するには10Ω程度のVRが必要だ。ネット上を探してみたが国産では低抵抗で小型の物が見つからない。ようやく島根のバンテックエレクトロニクスで米国製を見つけ入手することが出来た。
またトグルSWは操作性を考慮してロック式のプッシュSWを使うことにした。
写真はこれらを取り付けてみた様子。なおLEDはバンドSWのノブを小型にして、もう1つ追加して所期の計画通り12個を組み込んだ。
基板は底板に取り付け、VR群と同じ位置でパネル面に調整穴を36個空ける予定。そして調整後はブランク板で穴を隠す仕掛けにする。(2013.07.03)

制御箱内の配線を実施。
基板は未だ実装していないが、通電し動作確認する。
押し釦SWを入れてLocalをとると、バンドSWが選択しがバンドのLEDが転倒する。同時に基板へバンド情報が送られる。押し釦SWがRemoteならば、D-Sub15Pinコネクタからの外部からのバンド情報が優先される。
ところが一寸勘違いして、現在はバンドSWを左へ一杯回した位置が1.8MHzバンドであるが、LEDは一番下が点くようになってしまった。勘違いによる後配線だが、実害は無いのでどうするか暫く様子を見ることにする。 (2013.07.07)

パネルのスケッチを書き直してみた･･･こんな感じかな。
VR群の調整穴は恐らく丸穴になる。うえから東名アクリル板をあてがう。
アクリル板の固定はナイラッチの様な部品をを使う。
必要なときに外してVRを回せるようにする。(2013.07.10)

早る気持ちを抑えきれずバラック状態で運用テストしてみた。
バンドSW切替えに使っているGWSのS125_1Tは1回転余り回るサーボなので、ボードのVRを中央にしたときに、バンドロータリーSWも中央になるようにシャフトジョイントで調整しておく。
また全てのVRを中央にしておくと調整がやり易い。
この状態からローカルSWで1.8MHzからバンドを選択し、所定のVRでサーボの角度を調整し目的のバンド接点にあわせる。これを全てのバンドで実施する。サーボによっては粘りが有ったりするので遊びが出来たりする。
バンドSWの設定が出来たら、アンプの出力にダミーロードをつなぎ、小電力で駆動して各バンドのプレートVRとロードVRを調整し、最終的に所定レベルで駆動して最大出力に調整する。
これを全バンドで実施する。どの程度の出力で調整するかは一概には言えないので状況に合わせた調整か割り切りが必要になる。
ファインVRで微調整が出来ることになっているが、バンド切替をした場合前バンドの調整量が加算されるので注意が必要。
写真は本日実際に運用してみた様子。未だエキサイタからのバンド情報は直結していないば、ローカルバンドSWで一瞬にQSYする様は実に見事である。一度体験するとマニュアルチューンには戻れない。(2013.07.13)

制御ボックスにボード(基板)を組み込んだ。
ボード上のVR位置を正確に採寸し制御ボックスパネルに罫書きを入れる。VR列は同じ間隔と思いきや、これが微妙に違っていた。現物を確認しながら作業して良かった…。
罫書きが終わったら今一度ボードを当て位置確認する…念には念を！。そしてポンチを入れ丸穴36個を開ける。最終的に5mm径が目標だが、ドリルの丸が不正確なので一度4.8mm径で開けた後リーマで拡大する。
ボードは絶縁材の底板に乗せるが、この取り付け位置も慎重に合わせる。
左は穴開けとレタリングを済ませた制御ボックス。上記のイラストとは大分趣が違うがマズマズか…。下はFL-2100Z改修機につないだ様子。(2013.07.15)

TL-922のサーボフレームに使用した透明アクリルに準じ、FL-2100Zも同様に透明アクリル板を使用してみた。
実はTL-922用に切り出したアクリル板が程よきサイズで残ったため、これをさらに2等分して製作したもの。同じものを2枚製作した。
RC-SEVOと制御箱は1組しかなく、現在はTL-922で稼動しているため動作させることはできないが、移植は非常に簡単である。
この方式で多くの皆さんが管球式リニアアンプのプリセットチューンに挑戦されることを願ってやまない。
写真は5mm厚透明アクリル板を180mmx75mmに切り出してサーボ固定用フレームとした様子。TL-922のコーナーでも述べているが、パネル面の視認性(VC･SWの角度)が向上し、金属製フレームに比べ圧倒的に使い易くなった。(2013.09.01)