電源線からの声だよ！の巻

Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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「電源線からの声だよ！」の巻

１．背景

　ある機器（A装置とします）を屋外に設置していますが、その機器へは屋内から１２Vｄｃ電源を供給しています。　供給する電線は３０ｍの長さのシールド線を使用しています。　しばらく使用していると屋外に設置しているA装置付近の音声を聞きたくなりました。　音声取得にワイヤレスマイクを使う方法もありますが、今回は有線で音声を取得することにしました。

　しかし、３０ｍもの距離の電線をもう１本敷設するのはとても大変なので、Ａ装置の電源線を用いて音声信号を伝送することにしました。　電源線に音声信号でＰＷＭ変調をかけた信号を乗せて伝送する方法をぼんやりと思い浮かべて計画の実行に移ります。

２．　「電源線からの声だよ！」の製作

２．１　基本回路検討

　ＰＷＭを使用する時点でタイマーＩＣである５５５を使用するつもりでした。　このタイマＩＣ５５５は電気電子工作（というよりアマチュア無線）の世界に関わり始めた頃にＣＱ誌で紹介された記事を読んで以来、いつの時代にもお世話になっているＩＣです。　当時はデータシートの存在すら知らず、ＩＣの理解は雑誌の記事が頼りでした。　仮にデーターシートの存在を知っていても、当時の片田舎の中高生ではデータシートを入手する手段すらなかったと思います。

　タイマーＩＣに関してはＣＱ誌１９７４年１２月号のＩＣ製作教室（ＪＡ１ＡＹＯ　丹羽　一夫）で紹介されており、今では想像のつかない分厚いＣＱ誌から必要な記事のみを切り取って参考資料として残していました。　そういえば、当時はＣＡＮタイプのパッケージが主流でした。　８０年代初頭でも、アナログＩＣはＣＡＮタイプと決めつけていました。　（部品選定でアナログＩＣに初めてＤＩＰタイプを選定したときに品証部門から怒られるのではと心配したものです。）　

【　ＣＱ誌１９７４年１２月号　タイマー５５５を活用しよう　】

　さすがに、上記資料では役不足です。　幸いにも現在では５５５に関してはデータシートや関連資料は沢山出回っています。　そのなかで、最近ではタイマＩＣを特集した「タイマＩＣ５５５応用回路集」がとても役立ちますので、今回もこの資料を利用しました。

参照　トランジスタ技術　２０１１年１月号　特別付録　Ｐ５０～Ｐ５２

【　タイマＩＣ５５５応用回路集　】

２．２　「電源線からの声だよ！」　全体構成

　今回製作した「電源線からの声だよ！」の全体構成を下記に掲載します。

（クリックすると原寸大の全体構成図をダウンロードできます。）

【　「電源線からの声だよ！」全体構成図　】

　機器の電源ラインにおいて、屋外の機器側に送信機、室内の電源側に受信機を設けます。
　
　音声信号はＡ装置側の送信器でＰＷＭ変調を行い、電源側の受信器で復調を行います。
　
　電源と音声信号はコイルとコンデンサで重畳、分離を行います。
　
　電源電圧は１２V、通過電流は０．５Ａを目安にしています。　通過電流を大きくしたい場合はインダクタの直流抵抗と通過電流による電圧降下を考慮して、インダクタの電流容量（直列抵抗）を見直して下さい。　その場合、送信機と受信機それぞれの合成インダクタンスは少なくとも０．４７ｍＨ以上にして下さい。（今回の製作では０．４７×２＝約１ｍＨとしています。）

２．３　「電源線からの声だよ！」　回路

　今回製作した「電源線からの声だよ！」の送信器の回路図を下記に掲載します。

（クリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。）

【　「電源線からの声だよ！」送信器　回路図　】

　　ＩＣ３、ＩＣ２の１２、１３、１４番ピンのオペアンプの回路は参考資料「トランジスタ技術　２０１１年１月号　特別付録　タイマＩＣ５５５応用回路集　Ｐ５０～Ｐ５２」を流用させて頂きました。
　
　Ｌ１，Ｌ２は機器の消費電流に応じた電流容量のインダクタタが必要です。　インダクタンス値は１ｍＨ程度を目標にしました。　今回のい消費電流は０．５Ａ程度ですので秋月電子通商のインダクター（４７０μＨ０．９Ａ）ＬＨＬ１３ＮＢ４７１Ｋを２個直列接続することにしました。
　
　音声入力回路は２系統用意しました。　ＩＣ２の８、９、１０番ピンのオペアンプが音声ミキサーの機能を有しています。　用途に応じて変更すればよいでしょう。

(a)　ＶＲ１系統はコンデンサマイクエレメントを接続するようにしています。　このためのバイアス用（電源用）抵抗を追加し、増幅率が高めに設定しています。

(b)　ＶＲ２系統はライン入力用です。　今回はここに「高感度マイクアンプキット　(K-05757)」を接続します。
　　
　ＩＣ２の１、２、３番ピンのオペアンプはバイアス電位用です。　今回の用途では、わざわざオペアンプを使用する必要はありません。　気持ちの問題でオペアンプを設けているだけです。
　
　Ｄ１，Ｄ２は、送信器脱着時のＬ１，Ｌ２起因によるサージ電圧防止用に設けています。

　次に「電源線からの声だよ！」の受信器の回路図を下記に掲載します。

（クリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。）

【　「電源線からの声だよ！」受信器　回路図　】

　ＩＣ３３のインバータは、波形整形のために設けています。　この回路がないと、聞けた音になりません。　当初はオペアンプを用いた回路にしていましたが、音質改善ができなかったために今回の回路を試したところ改善できました。　よって、途中で回路変更を行ったためパッケージの小さい１回路入りインバータＴＣ７Ｓ０４Ｆを使用しました。　基板に実装できるならば普通の７４ＨＣ０４でもよいでしょう。　比較はしていませんが、論理反転／非反転のどちらでも構いません。
　
　復調した音声は低音が強調された復調音声信号となります。　この対応として低音域の増幅率を下げるためにＩＣ３２の５、６、７番ピンのオペアンプ回路を設けました。　単純なＣＲのハイパスフィルタ入力のアンプにしています。　当初はアクティブフィルタにしていましたが、思ったような感じになりませんでした。　結果として、今回の回路の方が良かっために、このような回路にしました。
　
　音声出力信号は、事情があって４回路出力としています。　ＮＪＵ７０４４Ｄは余裕をもってこのようなことができます。
　
　ＩＣ６１の増幅回路は今回の紹介内容とは関係ありません。　別用途の音声信号増幅をしたかったために、おまけで設けただけです。　製作時の写真にこの部分が写っているので回路図に含めました。（このページは自作のメモ書きのために設けていますので、ご容赦を。）
　
　Ｄ３１，Ｄ３２は、送信器脱着時のＬ３１，Ｌ３２起因によるサージ電圧防止用に設けています。