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はじめに
CAT/PTT/CW/RTTYの無線機インターフェースは光でアイソレーション出来ているのに音声系統のインターフェースはいまだに山水のトランスでアイソレーションしているのが気になっていました。以前より作りたいと思っていましたが自作の例も皆無でどうしようかと思っていて何年もたってしまっていました。光アイソレーターと言えばフォトカップラですがフォトカップラの規格表やアプリケーションノートを色々読んでも汎用フォトカップラであるＰＣ８１７やＴＬＰ５２１のアナログ回路例はなくＣＴＲの選別品や直線性の選別品した物をＴＶのＶＩＤＥＯ端子インターフェースの回路で使われているようでし
た。高リニアリティ・アナログ・フォトアイソレーターの究極？はアバゴ（旧ＨＰ）のＨＣＮＲ２００の様ですが高価ですし簡単に入手できませんので仕方なくフォトカップラは汎用品を使って、後は回路技術？！でどうにかならないかと思考してみました。Ｈｉ！
フォトカップラに音を通すって？
基本的にはＬＥＤを振幅変調してフォトトランジスタのコレクタから取り出せばフォトカップラに音を通過させられます。
フォトカップラはじゃじゃ馬娘！
汎用フォトカプラのＣＴＲ（トランジスタで言うｈｆｅ）は曲者でとんでもないバラツキがありオマケにＣＴＲの値によって直線性の良い場所が違うと言うじゃじゃ馬娘なのです。また、温度による変化もありますのでフィードバックによる自動制御を行わないと安定度が非常に悪い物が出来てしまいます。
フォトカップラのＬＥＤを振幅変調って？
ＬＥＤを振幅変調すると言うことは音の大きさでＬＥＤの明るさを変化させると言うことです。音圧変化の割合と明るさの変化の割合がキチンと比例して変化すると歪みの少ない変調が掛かっていることになります。また、ＬＥＤは電流素子ですので音圧の電圧変化を電流の変化に直してやる必要があります。ＬＥＤは電流ドライブの必要があります。
基本回路？！
図１は抵抗の定数とフォトカップラのバラツキの具合で使えるかもしれないし使えないかもしれません。基本を学ぶためには良いのですが実用回路としては問題が多い回路です。じゃじゃ馬娘なフォトトランジスタのＣＴＲのバラツキ（個体差）によってＲ１に流れる電流が大きく変わって特にフォトトランジスタの出力側のトランジスタ部分の動作点が部品の個体差によって大きく変化しますので非常に再現性の悪い回路です。
図１
いい加減な回路？
フィードバック制御と言えばＰＩＤ制御ですが簡単なＰ制御は必要な様です。ちょっと、おおげさでしたね。図２は最小の部品でと言うことでフォトカップラだけでフィードバックをかけてみました。いい加減な回路ですがＣＴＲのバラツキを結構抑える事が出来ます。この回路の欠点は入力インピーダンスが低い、直線性の良い点を求めにくい、自分で思った動作点に設定しにくい等の問題点があります。
図２
使えるかもしれない回路
図１から始まって異なった発想での回路を十種類くらい書いて回路シミュレータと実際に作ってデータをとってみました。あーでもなおこーでもないと色々遊ばせて頂きました。フォトカップラ２個その他少々の回路ですが二ヶ月以上遊べました。
動作の説明
Ｑ１は単純なエミッタフォロアです。ベースバイアスはＵ１のＬＥＤの順方向降下電圧（Ｖｆ）とＱ１のＶｃｅ（ｓａｔ）＋Ｖｂｅを考慮し出力振幅が最大にとれる点に置きます。Ｒ９はＬＥＤを電流ドライブするために重要な抵抗です。入力インピーダンスはＲ９×ｈｆｅですがベースにＲ２／Ｒ７の抵抗がぶら下がっていますのでその抵抗値よりは高くなりません。また、Ｒ９を小さくすると電圧変化対電流変化が大きくなり見かけ上ゲインが大きくなりますが電圧ドライブに近くなり歪みが多くなるかもしれません。Ｑ２とＵ２はＵ１のコレクタ電圧が約３Ｖ（出力振幅が最大にとれる動作点）になるようにフィー
ドバック制御するための物です。約３Ｖと言う電圧はＤ１のＶｆ＋Ｑ２のＶｂｅ＋Ｒ５とＲ３の分割比で決まりますのでＤ１に高輝度白色ＬＥＤを使うと予定した動作になりません。この回路ではＤ１に２．１Ｖ位のＶｆを期待していますので赤色橙色黄色緑色の安物を使って下さい。（白色は３．５Ｖ）また、Ｄ１の代わりに１Ｓ１５５５等のミニスイッチングダイオードを数本直列（本数を変えてみる）に使うとＵ１の動作点を変えることが出来ます。Ｒ６はＵ２の保護抵抗です。
図３
フォトカップラのランクについて
回路ではＰＣ８１７のランクＣを使いましたが他にＴＬＰ５２１のランクＧＲやランクＧＢでテストしましたが実用上問題なく動作しました。フォトカップラのＣＴＲによってゲインと歪みが変化しますがＣＴＲが１５０～３００であれば特に問題は無いようです。
歪率の追求？
さらに低歪率を追求する場合やフォトカップラのＣＴＲによってはＲ１とＲ９を調整することによって歪みを低くすることが出来ますので歪率測定しながら各抵抗値を－５０％～＋２００％位の範囲で調整してみてください。全体のバランスがとれている状態ではＵ１のコレクタ電圧は約３Ｖに自動的に維持されますので割合簡単に調整できます。ＵＳＢを電源に使いたかったのでＶｃｃを５Ｖで設計していますので余り大きな出力電圧が取り出せません。ＲＭＳで４００ｍＶ以下の出力が歪み率適に見て上限の出力電圧でしょう。また、僕の実験では４００ｍＶの出力でＴＨＤ ０．１％がこの回路の限界値でしょう。
測定
測定を行うには「オシロスコープ」・「オーディオジェネレータ」・「低周波歪み率計」・「ミリバル」等が必要になりますが「ミリバル」はデジタルテスタで十分でしょう。
「オーディオジェネレータ」は
WaveGene
http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/wg/wg.html
「低周波歪み率計」は
WaveSpectra
http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/ws/ws.html
いつもお世話になっている「ｅｆｕさん」です。Thanks efu!
「オシロスコープ」は
Soundcard Oscilloscope
http://www.zeitnitz.de/Christian/Scope/Scope_en.html
日本製の「オシロスコープ」は
ハンディ・オシロスコープ
http://www.vector.co.jp/soft/win95/art/se376225.html
と言うフリーウェア群で測定しました。
「オシロスコープ」は軽快さ歪み率測定という意味ではトランジスタ技術2006 年8 月号、2007 年4 月号、2007 年8 月号のCD-ROM に入っているSoftOscillo が良いと思いますが残念ながらフリーウェアではないので紹介できません。
SoftOscillo
http://digitalfilter.com/products/softoscillo2/softoscillo2.html
どんな音？
ここをお聞き下さい。
https://bunshiro.love/uploads/if-pc817.mp3
最後に
フルディジタルで光インターフェースが使える時代にあえて「歪み率がきわめて悪い」音声インターフェースと思われた方も要るでしょう。それは事実です。しかし、山水のトランスで高出力送信機のアースラインを分離するのは少々恐怖を感じますし、僕が作れば、もっと良い物を誰か作ってくれるでしょう。もっと良い物はデジタルでもアナログでもよいでしょう。ローコストでみんなが簡単に使える物を願います。それを期待して遊んでみました。最後まで読んで頂きましてありがとうございました。
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田村文史郎／ＪＡ５ＦＮＸ
