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トランジスタやダイオードに一定以上の逆電圧をかけると、ブレークダウン(降伏)をおこす。 この時にホワイトノイズを発生するので、これを広帯域アンプで増幅して、ノイズ源として利用する。 どの程度の電圧でブレークダウンするか、とか、どんなノイズを発生するかはやってみないと分からない。 可変電圧の定電圧電源で、少しずつ電圧を上げながら、ノイズのスペクトルを観察する。 トランジスタ技術には定電流電源でやるように書いてあった。そう言えばそうするのが正しいような気がする。定電圧特性を示す素子に、定電圧電源をつなぐのはおかしい。 今回は作ってしまったので、仕方がない。間に抵抗(800Ω)を入れてごまかす。 回路図 |
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右側が広帯域アンプ、左側が定電圧電源。間にテスト対象が入る。 電圧は左上の半固定抵抗で調節する。 アンプの電源は9Vだが、テスト対象には15Vくらいまで試したいので、9Vの電池を2個つなぐ。 9V電源だと、3端子レギュレーターと800Ωの分を引くと、最高6Vくらいしかかけられない。 |
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リファレンスのためにローカルさんから借りたPalomar社製R−Xノイズブリッジ。 Rは0〜200Ω、キャパシタンスが−70〜+70pFまで測れる。 |
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上の機械のノイズパターン。 周波数と共に急速に低下する。ホワイトノイズと言うよりはピンクノイズだ。80MHz辺りでほぼ0になっている。 60MHzくらいが実用限界か。 70MHz付近の小ピークは外来ノイズだろう。 |
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上の機械の配線図。 ツェナーダイオードで発生させたホワイトノイズをトランジスタ3段アンプで増幅、トランスブリッジでRとXを測定している。 2N5770は2SC1906あたりと同じようなキャラクターの高周波用トランジスタらしい。 これで発振しないのは、実装技術が高いのだろう。 |
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これは、私が1年ほど前に、FCZ研究所のノイズブリッジを参考に作った物。 ノイズが弱くて、外来電波に負けてしまう。 ちょっと実用にならない。 |
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その機械のノイズパターン。 ほとんどフロアレベルで、これでは使えんわなぁ。 外来ノイズの方がずっと強い。 |
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以下、今回の実験データ。 はじめは9V電池1個で2SC1815を測定してみたが、全くノイズが発生しない。 |
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そこでfT=1000MHzの2SC1906を試す。 2SC1906にかかっている電圧は5V。 少し弱いが、パロマー社のノイズよりかなり良い。 500MHz以上まで伸びていて、ピンクだがホワイトに近い。 電圧をあげてもノイズは強くならない。 |
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次に2SD355をやってみたが全然ダメ。 ははぁ、なるほど。fTの高いのでないとダメなのか、と思って、これが(多分fT=800MHzくらい)の2SC387A。 電圧は5.5V。 2SC1906の方が良い。 |
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それではfT=7GHzの2SC3355。 電圧を最大の6Vにしても、全然ダメだった。 そこで、電池を2本にして、7Vの電圧をかけると、あまり強くないが、ホワイトな良いノイズが出る。 |
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ありゃ、電圧が高くないといけないのか。 と思って、安物の2N3904(2SC1815コンパチ)に8Vかけてみた。 今までで一番良いじゃないか。 発生するノイズの周波数成分とfTとは関係ないのかも知れない。 |
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それならば、 敗者復活戦。 2SC1815に8Vかけると、右の通り。 これも十分使える。 |
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2SD355に8V。 やっぱり高い周波数はダメみたいだが、100MHz以下に限れば、パロマー社のブリッジのノイズより良いくらいだ。 |
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周波数の低い部分のアップ。 ノイズブリッジは、100MHzより高い周波数の物を作るのは、構造的にかなり難しい。 100MHz以下の測定に限るのなら、2SD355のノイズがベストかも知れない。 |
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fT=7GHzのチップトランジスタ2SC5064。 チップ抵抗でダミーロードを作ったのと同じ要領で、紙エポ基板のチップに半田付けして、足を生やす。 8Vかけると、下の通り。 |
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さすがにfTの高いトランジスタは違う。400MHz辺りに成分のピークを持つノイズだった。 実用的には、このトランジスタを使うメリットは無いだろう。 |
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実験は以上だが、結論はこれから先どんな物を作ろうとするのかによる。 【結論】 (1) 電池1個(9V)+定電圧電源で、ノイズを発生できるのは、2SC1906だけだ。 (2) 電圧が7V以上なら選択肢は多くなる。 500MHzくらいまで、きれいなノイズが欲しければ2N3904か2SC1815が良さそうだ。 100MHz以下に限るなら、2SD355のノイズは強力だ。 (3) 電圧(電流?)はノイズを発生するギリギリ低い方が、低い周波数(100MHz以下)のノイズ成分が高くなる。それ以上電圧を上げても、ノイズ電圧は高くならない。 (4) ここにあげなかったが、ツェナーダイオードとJ−FETはそれぞれ2種類やってみたが、全然ダメだった。 また、上の写真の多くには500MHzから1GHzの間に、訳の分からない凸凹がある。 ホワイトノイズ源としては500MHzまで有れば十分と思われるし、広帯域アンプが700MHzより上は怪しいので、500MHz以上の凸凹については詮索しない。 はじめに書いたように、さらに厳密な実験をするのなら、定電流電源を使うべきだ。 |
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