【自由研究企画】手作りFMラジオ2023
社会人になると、長期の夏休みってあるようでないんですが
日々ちょくちょく手を動かすで、
夏休み企画としてFMラジオの製作を行いました。
その製作記をまとめて記事にしています。
基本的には、ブログに書いてますので、そちらを読んで見てください。
こちらのサイトで記載している内容は、製作秘話だったり測定値だったり
今後の改造点だったりは、こちらに書こうと思っています。
最終回は、現在執筆中です。時間が取れず、もうほぼ完成はしてるんだけど。
仕様検討
・電源レスで稼働する事（災害なども見込んでる）
・そこそこいい音を目指す
・少し雰囲気を昭和に寄せる
・外部アンテナが使える用に、アンテナ端子を工夫する
・ヘッドフォン端子を取り付ける
その際、内部のチューナーとVUメーター制御基板以外の
電源を落とせる仕様（バッテリ節約出来る仕様）
・古き良き時代を見つめ、VUメーターで演出
まずはできあがり想定
内部仕様検討
基本的にフロントスピーカーを駆動するアンプが5Vで
ウーファーを駆動するアンプが100ｗの出力を絞り出すのに
12Vが定格入力なので、3．7Vから12Vと5Vを作り出さないと行けない為
DCDCを3つ搭載する運びになりそう。
バッテリ（3．7V）－＞DCDC－＞5V
｜
｜－＞DCDC（10V）－＞DCDC（12V）－＞ウーファー用アンプとVUメーター制御基板へ
| バッテリ(3.7v) | FMチューナー | 4v | 3.3v～5vの範囲が定格入力 |
| バッテリ(3.7v) | DCDC | 5V | フロントスピーカーアンプ |
| バッテリ(3.7v) | DCDC | 6.5V | FinalDCDCへ |
| DCDC2(6.5v) | DCDC3 | 12.1V | ウーファアンプ／VUメータ制御基板 |
若干、このFMチューナーが気になりますが、
3.3v～5vが定格なのでバッテリー放電限界の2.8Vの場合、定格を割ってしまいます。
なので、DCDC経由で常に5Vを作り出して、供給した方がベストのような気はします。
ウーファー用のDCDC回路は、2つ数珠つなぎにしました。
大きめのFinalのDCDCは、3．7Vから12Vで
ウーファーに負荷をかけると3．7Vから12V2A以上を作り出せず、
ストールしてしまうので3．7Vから6.5Vに一次側で昇圧しておいて、
その後FinalDCDCで負荷が掛かった際に2段目DCDCで12.1vを作りだし
踏ん張ってもらう感じで、実験をして安定した低音を出せるような配慮となります。
バッテリー充電機構
USB（TYPE-C）から5V2Aを供給して、いったん充電回路をオフにするスイッチを挟み
その後チャージ用制御基板に接続しています。
どうしても、チャージ中ノイズを発生してしまう為、その対策で物理的にUSBを抜く
運用するでも良かったのですが、基本的には電源はインプットされた状態（USBは接続された状態）で充電制御用の基板手前で堰き止める制御をした方がSmartです。
その場合、スイッチONでUSB5Vラインで光るLEDを入れて、
実際に電源が来てるかどうか？目視出来る様に設計しました。
18650バッテリーの闇 で書いたような粗悪なバッテリーは絶対買わないように！！
パネル加工
組込
完成
詳しくは、ブログのほうで先に書きますが
製作時間は、仕事が終わって合間合間で作っていたので
だいたい構想から部品調達・加工・組み立てまで含めると
ちょうど1ヶ月ちょい切る位だと思います。
参考になさってください。
性能
基本的に五月蠅くない範囲で、聞く分には、電流は0.3A未満で運用出来ており
現在のバッテリが8800mAhとすると、18時間弱稼働出来る計算になります。
今回、制御基板で過放電のカットオフ機構をカットしていることから
（バッテリー内蔵の保護基板が作動すると思われる為です）
2．8V位までは実用で使える電圧かなと思っています。
一晩くらいなら、4.2ｖから4.0ｖ位の変化量で持っていることから
数日は動作しそうは見えてきました。
一度、常用してどのくらい持つかテストしてみたい所ですね。
性能表
| 受信周波数 | 70MHz～130MHz | 電波形式：FM波 ステレオ復調 |
| battery | 18650 リチウムイオンバッテリ 2200mAh x 4 | 1本単位で交換可能な仕様。今後2階建仕様 8本 ／ 3階建仕様 12本と拡張出来る余地を残している |
| 給電仕様と電圧・電流 | USB Type-C 5V 2A | 実測としては、5V 1.5A(最大) |
| 充電制御 | 4.2V 充電停止 それ以下で充電開始 | ただ、充電電流までみてるかは不明 |
| 内部電圧 | フル充電：4.2V 使用限界電圧：3V | |
| 使用時電圧と電流 | 4.2V～3V スピーカー使用時：0.4A 1w程度 ヘッドフォン使用時：0.1A 0.2W程度 | |
| フロントスピーカー | フルレンジスピーカー 定格3w | |
| ウーファー出力 | 2インチ ウーファー 定格9w+9w ダブルコイル 並列で6Ω 18w接続 | 出力を上げすぎるとスピーカー破損の原因になる為、ボリュームで少なくとも20ｗ程度で収まる範囲で調整 |
| ウーファー駆動用アンプ | AMP 定格出力100w | 要求電圧12V L+Rミキサー内蔵 ハイカットフィルター内蔵 ウーファーへ出力するクロスオーバー周波数調整可能 |
| フロントスピーカー駆動用アンプ | 5W＋5W | 要求電圧5V |
| 使用可能時間 | 現段階の仕様では、スピーカーだと2日位動作 | ヘッドフォンなら4日程度動作（内蔵アンプ類・メーター照明・電圧計オフの状態） |
| スイッチ類 | 主電源／フロントアンプ（主電源ON連動）／ウーファー（主電源ON電動）／充電回路/電圧計／メーター照明 | 各単独でON／OFF出来る仕様だが、フロントスピーカーとウーファー回路及び電圧計・VUメーター照明については、主電源がONの時しか動作しない設計 |
| LED類 | 主電源ON（赤）／ウーファー（青）／フロントスピーカー（緑）／充電回路（アンバー）※充電回路のみUSB電源が接続されている状態でスイッチがONの状態の時点灯する仕様 |
課題
作って動作確認をしててわかったのですが、
使い勝手がいまいち良く無い点（課題）が結構出てきました。
- 前面パネルにつけた3.5mmのヘッドフォンジャック
この出力が大きすぎて、ボリューム1に対して
イヤフォンで聞くと爆音過ぎて、これは使い物にならないです。 - バッテリーをもう少し増量したい
今、18650 3.7ｖ 2200ｍAｈ バッテリーを4本（定格8800mAh）搭載してますが
今後は、8本まで増やしたいと思っています。
数日動作するようにしたい。 - 少し、ノイズ耐性が悪いので、ボディアース側にグランドを全部接続することで
ノイズを抑える事ができるか？を将来的にはやってみようかと思います。
ただ、外部アンテナ（ベランダにディスコーンアンテナ）をあげているので
そちらの外部アンテナを接続すると、ほぼノイズゼロなので
単純にBNC端子に取り付けている、ロッドアンテナの性能が悪いだけかもしれません。
課題解決
1つめ 2028/08/28 Done
FMチューナーから出てくる信号が強すぎるので、
3.5mmのイヤフォン端子側だけに、可変抵抗を取り付けて
内部で減衰させてボリューム1をボリューム0．2くらいまでに
搾ってやって、ボリューム全開で今のボリューム1位の設定にしてあげると
快適になるかなと思っています。
ちょっと、前面につけた3.5mmジャック以外もボリュームを絞りたいですね。
内部接続が、一部3.5mmのケーブル経由なので、減衰用の抵抗を仕込んだ
中継コネクターを作成して調整しようと思います。
出来れば減衰率を調整出来る様に、裏面に可変抵抗を取り付ける。
これを3と2の端子につないで絞る感じですね。
VUメーターへの出力は、本来ラインアウトからボリュームに関係無く
一定の音量で出力したいのだが、そんな良い端子はないので
基板のチップから増幅前の足からとってくれば別だが、
基本的に現状にあわせているので、スルーラインと可変抵抗で各アンプと
前面のヘッドフォン端子に行く信号だけを絞りたいと思います。
2023/08/28
こちら10ｋΩの2回路の可変抵抗を取り付けて
やりたい事を達成しました。
2つめ
これは、単純に内部のバッテリボックスの上を2階建てにして
4本ケースを追加して、給電端子に半田付けするだけで解決出来そう。
そもそも、バッテリの充電制御基板は、チャージ終了電圧しかみていないので
8本平均で4．2Vくらいで電源をカットで制御している様です。
今後の改造点（やるかやらないかは別として）
・USBで動くFMトランスミッター内蔵
これをつけると、Bluetooth接続で入力された音源をFM波で飛ばせるので
簡易的なSmartスピーカーとして使える用になります。
改修ポイントしては、トグルスイッチの増設とUSBコネクターメスを取り付ける
電源が入っている際分かる様にするLEDを取り付ける。
これで、ひとまずトランスミッターを内蔵できて運用出来そうです。
さてと、実用的なラジオを作成しましたが、来年は何をしましょうかね。
何か希望があればお知らせ下さい。
なんとなくですが、まだまだ電気代が高いからソーラーで発電して
夜はインバーターで電源を使って見たいなのを作ろうかな。