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今まで中波のスーパーを中心に真空管ラジオを製作しましたがＦＭラジオは私には難しく簡単には手が出せませんでした。
前回、ＦＭのスーパーを製作し何とか地元のローカル放送が聞こえるようになりました。
ＦＭスーパーはトラッキング調整が難しく周波数の全範囲をカバーするのが至難の技です。
長い調整期間の結果７６ＭＨｚ〜９５ＭＨｚの全範囲をカバーすることが出来ました。
ローカル局４局は全て聞こえます。
ただ７６．５ＭＨｚのコミュニティー局（推定距離１５Ｋｍ出力２０Ｗ）は室内ではかすかに聞こえる程度です。
これでも私にとっては大成功といえるものです。
気を良くして今度は超再生ラジオに挑戦してみました。
超再生ラジオは今まで電池管５６７６で何回か実験してみましたが最も電波状態が良い１局が聞こえただけでした。
今回はｇｍの高い傍熱管を使うことにしました。
今までは全てプラスチックのパーツケースにラジオを収納していましたが今回は収まらないのでアルミシャーシに載せる
ことにしました。
回路を考える前にシャーシの製作を始めました。
使い残しの２００ｍｍ×１６５ｍｍ×１ｔのアルミ板があったので、これをシャーシの天板にしました。
これに１ｔアルミ板を切断した正面パネル、側板、後板を直角に固定しました。
板と板の固定には１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．２ｔアルミＬアングルを使いビス止めしました。
穴空け個所が多く寸法精度も必要なので作業は大変で大量のビス、ナットを消費しました。
これだけの大きさがあれば楽に収容出来ると思ったのですが結果的には目一杯でした。
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今回はＡＣ電源にしました。
６．３Ｖ１Ａのヒータートランス１個で全ての電源を賄います。
６．３Ｖを全波整流しレギュレータで６Ｖにしてヒーターに供給します。
Ｂ電圧は３０Ｖに設定します。
６ＶからＤＣ／ＤＣコンバータで３０Ｖに昇圧します。
３０Ｖ２０ｍＡくらいのトランスがあればピッタリですが適当なものが無いのでＤＣ／ＤＣコンバータを使いました。
今回、真空管に６ＡＪ５を２本、６ＡＢ８１本を使ったのでヒーター電流６５０ｍＡ位になります。
ＤＣ／ＤＣコンバータは効率７０％以上を期待出来るので３０Ｖ１０ｍＡの負荷時の入力電流は８０ｍＡ程度です。
合計６Ｖ７３０ｍＡ程度の電源が必要となります。
６．３Ｖを整流すると無負荷の時は平滑コンデンサーがピーク電圧で充電されるのとトランスのレギュレーションの影響で
１０Ｖ位になります。
定格負荷では６Ｖ程度になると思います。
負荷に拘わらず６Ｖの出力を得る為に低損失のレギュレータを入れています。
製作した電源に８Ωのダミー負荷を接続すると７５０ｍＡの電流が流れますが、これは実際の負荷電流より僅かに多い
程度です。
電圧を実測すると出力電圧６Ｖで平滑コンデンサーの電圧は６．９５Ｖ程度です。
レギュレータの入出力電圧差は０．３Ｖ必要ですが余裕があります。
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ＤＣ／ＤＣコンバータは何十個も作っているので問題はありません。
通常は１．５Ｖ入力のものが多いのですが６Ｖ入力のものも実績があります。
効率を上げるには一次側の巻き数を１．５Ｖ入力のものより多くします。
後は巻き数比を計算で求めます。
通常は後で少し巻き戻して出力電圧を調整するのですが今回は省略しました。
従って少し高めの電圧が出ます、
負荷電流を１０ｍＡ取ったときの負荷電圧は３２Ｖ〜３３Ｖでした。
この時の効率は７３％になります。
負荷を短絡しても短絡電流は１５ｍＡに抑えられます。
負荷を解放したときは３５．５Ｖに抑えられます。
ＤＣ／ＤＣコンバータのコレクタ波形は必ず確認します。
ノイズを抑える為に波形を鈍らせていますが波形を見れば効果があるか判ります。
用途によっては鈍らせるのを止めて効率を、さらに上げることが可能です。
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|---|---|
| 製作したコンバータ | 実装したコンバータ |
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普通の超再生ラジオの回路です。
ボディーエフェクトと不用輻射の低減を狙ってプリアンプを付けていますがゲインは期待できません。
カソードは全て接地していますがＢ電圧が低いのとコンバータの電流制限があるので危険はありません。
６ＡＢ８はプレートに３５Ｖを加えると５極管で４〜６ｍＡのプレート電流が流れ、３極管で１ｍＡ前後の電流が流れます。
６ＡＪ５は３結では６ｍＡ程度流れます。
プリアンプではスクリーン抵抗でプレート電流を調整しています。
電流を少し絞った方が感度が上がるようです。
真空管
６ＡＪ５は６ＡＫ５に類似の真空管で同時期に開発された様です。
軍の移動無線で低電圧での動作を目的としたものだという解説がありました。
６ＡＢ８はヒーター 電流の少ない複合管ですがカソード共通で使いづらいと言われています。
今回はカソードを接地しているので関係ありません。
１本１５０円で購入した１０本の内１本で若干の不安があります。
バリコン
ジャンクの金属製３連バリコンです。
古いもので何時、何処から購入したか記憶にありません。
３：１の減速ギヤが付いていて微調整に便利ですが軸の回転が逆になるので右に回すと周波数が下がります。
３連の内、後ろ２つにトリマが付いています。
１：３トランス
サトー電気で購入した物で詳細は不明です。
低周波チョーク
ラジオ少年で購入したＢＴ−ＣＨ−９です。
インダクタンスは７０Ｈ程度（１ｋＨｚで実測）直流抵抗は４．２ＫΩ程度です。
出力トランス
ラジオ少年で購入したＢＴ−ＯＵＴ−１Ｍです。
１０Ｋ：８Ω、一次巻き線の直流抵抗は６４０Ω程度です。
アンテナ
伸長６２ｃｍのロッドアンテナですがＢＮＣコネクタで交換できます。
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|---|---|---|---|
| ラジオ正面 | ラジオ側面 | シャーシ内部 | ヒーター点灯 |
シャーシ上面に取り付けのアルミ板と３ｍｍのアルミ棒は真空管を装着した状態でラジオを逆さに置くための足です。
調整、手直しに便利です。
受信範囲は７６ＭＨｚ〜９５ＭＨｚです。
従って７６．５ＭＨｚのＦＭ島田から９３．９ＭＨｚの静岡放送ＦＭ補間局まで一通りのローカル局は受信できます。
４局、６周波数になります。
ただし、ＦＭ島田はコミュニティー局で推定距離１５Ｋｍ出力２０Ｗですので音が小さくノイズが強くなります。
電波の状態良い９３．９ＭＨｚはノイズが少なく音質が良いのですが、他の局は多少ノイズが感じられます。
それでも、普通にストレス無く聴くことが出来ます。
毎日使うラジオにはなり得ませんが時々使うラジオにすれば手作りの音が楽しめます。
今回は機械的な工作、電子工作が楽しめたので結果には満足しています。
一旦、完成して作業を打ち切ったのですが、暇があると手直ししたくなります。
色々、試してみたのですが効果のあるもの変化のないもの、悪くなったもの様々です。
効果と言っても飛躍的な進歩はありません。
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低周波チョークＢＴ−ＣＨ−９をトランジスタ回路用のＳＴ−３０Ａに交換してみました。
大きな変化はありませんが若干、音が大きくなった気がします。
ただしＳＴ−３０Ａの方が高価です。
１：３低周波トランスをトランジスタ回路用のドライバートランスのＳＴ−１７Ａに交換してみました。
入力と出力を逆にして接続しています。
これも大きな変化はありませんが悪くなってはいません。
寸法はかなり小さくなり値段も安くなりました
出力トランスをＢＴ−ＯＵＴ−１ＭからＢＴ−ＯＵＴ−１Ｈに変更しました。
音量が殆ど変わらなかったので沢山の手持ちのあるＢＴ−ＯＵＴ−１Ｈに変更しました。
手持ちの使い回しの関係で性能的な理由ではありません。
回路図には反映されていませんが検波コイルの給電位置をセンタータップからプレート側に１巻き移動しました。
効果は不明です。
消費電流が１０ｍＡ以下ですのでＢ電圧は３２Ｖでした。
初段（６ＡＪ５）のカソード電流はＶＲの位置により０．７２ｍＡ〜３．６ｍＡでした。
次段（６ＡＪ５）のカソード電流は正確には計れませんがＲ３（１０Ｋ）の電圧がＶＲの位置に拘わらず１１．２Ｖ程度
ですので１ｍＡ以下と予想します。
６ＡＢ８のカソード電流は４ｍＡ程度で負バイアスは−０．９Ｖです。
大柄の１：３トランスが無くなり小型の山水トランスに替わりました。
６２ｃｍのロッドアンテナでも聞こえたのですがダイポールアンテナを製作して接続してみました。
ラジオのアンテナ端子はＢＮＣコネクタですので簡単に差し替え出来ます。
以前、仕事で片側にＢＮＣコネクタの付いた長さ２ｍのＲＧ−５８Ａケーブルを多数、手配したことがあります。
残りが何本かあったので、これの先端に２本のＫＶ電線を芯線とシールドに半田付けします。
２ｍの同軸ケーブルは、もう少し長い方が便利だと思います。
２本のＫＶ電線は１／４波長という事で長さが決まっています。
中心周波数を８５ＭＨｚとすると１本の長さは約８８ｃｍとなります。
実際のダイポールアンテナは平衡、不平衡とインピーダンスの変換の為に接続部にバランを付けるようですが
今回は受信専用ですので省いても大きな差は無いようです。
我々素人が下手にバランを作ると逆効果の可能性があります。
バランに関しては書籍「トロイダル・コア活用百科」に解説があります。
ダイポールアンテナは室内では壁等に貼り付けるので指向性の調整は困難です。
それでもロッドアンテナを最良の向きに合わせた程度の感度はありました。
ＤＳＰラジオではＰＣのノイズに強くなったので効果はあるようです。
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|---|---|
| 以前のスピーカー | 今回のスピーカー |
１枚目の写真は以前のスピーカーです。
最大入力７Ｗで大きなマグネットが付いています。
２枚目の写真は現在のスピーカーで最大入力３Ｗでマグネットは貧弱です。
マグネットの大きなスピーカーは大入力で威力を発揮しますが、このラジオの様に小出力では効率が落ちる場合があります。
結果として、わずかに音が大きくなりました。
傍熱管６ＡＪ５を使用した超再生ＦＭラジオは条件は付きますがコミュニティー局が受信出来、まずまずの結果でした。
ただ、ＡＣ電源でしたので電池電源のポータブル型を製作してみました。
回路構成は６ＡＪ５を使用したものと同じです。
使用真空管は５６７６を２球、６０８８を２球使用しました。
ＶＨＦで使える手持ちの電池管は５６７６しか無いので選択の余地はありません。
ただ、ヒーター電流が１２０ｍＡ喰うので低周波増幅はヒーター電流をケチって６０８８にしました。
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Ｂ電圧、電流は３６Ｖ〜３８Ｖ、７〜８ｍＡ程度を想定しています。
６０８８は０バイアス（グリッドリークバイアス）でプレートに４０Ｖ以上を掛けると最大カソード電流の定格を超える
可能性があります。
ヒーター電流とＤＣ／ＤＣコンバータ入力電流を合計すると５００ｍＡを超えると予想されるので電池は単３電池２本パラに
しています。
連続動作時間は５〜６時間程度と予想します。
入力の保護ダイオードは調整時にＣＶＣＣ電源を使用する時に役立ちますが電池で動作させるときは不用です。
ただし付けたままでも問題ありません。
回路構成は傍熱管の時と同じです。
バリコンは以前、ラジオ少年から購入したジャンク品です。
３：１の減速器が付いていて軸の回転が反転します。
付属のトリマは目視では状態が判らず再現性が無いので外付けの２連トリマを２個、取り付けています。
ＦＭ３連、ＡＭ２連ですがＦＭ３連のみ使用しています。
ＦＭ３連のうち前側２セクションのみトリマが付属していますが調整には外付けトリマを使用しています。
前側２セクションを検波同調に使用し残りを入力同調に使用しています。
コイルは空芯コイル、トロイダルコイル、モノコイルが考えられますが空芯コイルが１番Ｑが高くゲインが稼げる様です。
反面、同調が少しでも外れるとゲインが大きく下がります。
感度が良いので周囲の影響を受けやすく、周囲に電波を放射します。
ディップメーターで共振周波数が容易に判るのはメリットです。
この回路には同調回路が入力部と検波部の２個所あります。
最初は２個所共、空芯コイルを使用しました。
２つのコイルの位置を離し向きを９０度変え、間に遮蔽板を立てても発振しやすくボディーエフェクトも大きいので入力側の
同調コイルをトロイダルコアに変えました。
扱いやすくなりましたがディップメーターで共振点を測れなくなりました。
インダクタンス（０．３２ｕＨ）と実測容量を使って計算で共振周波数を求めています。
多少ずれる可能性がありますがＱが低くなっているので多少ずれてもそれなりのゲインが得られるのではないかと思います。
山水ＳＴ−３０トランスのコイルと鉄心の隙間に０．１６ｍｍのウレタン線を５０回巻きました。
巻き枠が使えないのでトロイダルコアを巻くより面倒ですが５０回と、そこそこ少ないので我慢します。
大出力は期待出来ませんが静かな室内なら実用的な音量が得られます。
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Ｂ電圧を３６Ｖ、電流７ｍＡ位に想定して製作しました。
効率は７０％程度です。
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|---|---|
| 製作したコンバータ | コレクタ波形 |
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|---|---|
| 製作したラジオ | 内部 |
例によってホームセンターのパーツボックスに収納しています。
高周波部分は頻繁な回路変更、部品交換が予想されるのでスペースを広く取ってあります。
低周波部分は大きな変更は無いのでユニバーサル基板に組んであります。
現状は９３．９ＭＨｚのＳＢＳのＦＭ補完局のみ実用的に聴くことが出来ます。
送信所が５〜６Ｋｍと近く５００ｍの山の山頂近くにあり出力も１ＫＷと大きいので他のローカル局に比べ桁違いに
電波の状況が良くなっています。
他の局は選局が困難で選局出来たとしても音量が小さくノイズに埋もれてしまいます。
前作ではコミュニティー局までも受信できたのですが，，，，，，
回路内容は殆ど同じですので６ＡＪ５と５６７６の性能の差かアルミシャーシーとプラケースの差が影響していると
思われます。
消費電流は電池電圧１．５Ｖの時ヒーターに３００ｍＡ程度、ＤＣ／ＤＣコンバータに２２０ｍＡ程度流れます。
電池電圧１Ｖ程度まで動作するので５時間程度の連続使用時間となるはずです。
記事ＵＰ後も細かな変更や調整を続けましたが大きな変化が見られず作業を打ち切りました。
ラジオはバラして部品取りも考えましたが、今後の参考資料として保存することにしました。
現物と同じ回路図も残すことにしました。
分解してケース以下、多くのパーツを次の製作（以下の記事）に流用しました。
回路図は参考資料として残します。
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入力同調コイルを空芯コイルに戻しました。
Ｑが高いのでコレクタ負荷は２．２ｕＨと低くしています。
この回路は試行錯誤の途中の段階ですので性能的にベストという訳ではありません。
最初の回路の方が良かった可能性もあります。
写真はバリコン周辺です。
向かって左側のコイルは検波回路で右側のコイルは入力同調回路です。
前作「超再生電池管ＦＭラジオ」は失敗作ですが分解するのも手間が掛かるので「参考資料」という名目で残したのですが
新規にポータブルＦＭラジオを作る事になり、部品を流用するために分解しました。
流用したのはケースとアルミのベース板、バリコン回り等です。
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高周波部分は前回の電池管のものと似たような構成です。
低周波アンプは半導体を使用しました。
電源が単３電池４本ですので、傍熱管を使用すると連続使用時間が１〜２時間になってしまうと予想されます。
今回の回路では連続４〜５時間が期待できます。
スペース的にも楽になります。
電源は外部ＤＣ電源を接続することも可能です。
逆電圧と７．３Ｖ以上の電圧はカットされます。
Ｂ電圧はＤＣ／ＤＣコンバータで作成されます。
耐圧５０Ｖのコンデンサーを使っているので２４Ｖの定電圧ダイオード２本を直列に入れています。
これはＣＶＣＣ電源で調整したときを想定しています。
ＤＣ／ＤＣコンバータにも同様の保護回路が入っているので完成後は二重になります。
真空管は６ＤＴ８を使用しました。
データを見ると１２ＡＴ７に似ています。
ヒーター電圧が６．３Ｖ専用になった為センタータップが無くなり、シールド端子になっています。
２つの３極管ユニットの中間に遮蔽板があり９番ピンに接続されています。
前回ジャンクのバリコンにトリマを外付けしたユニットをそのまま流用しました。
前回は電池電圧１．５Ｖ、今回は６ＶですのでＤＣ／ＤＣコンバータは流用出来ず新規に作成しました。
回路図では＋４０Ｖとなっていますが実際には入力６Ｖの時、５．６１ＫΩの負荷に４５Ｖの電圧を発生するように
二次巻き線の巻き数を合わせ込みました。
その時の結果は
入力電圧： ６．０Ｖ
入力電流： ８４ｍＡ
負荷抵抗： ５．６１ＫΩ
負荷電圧： ４５．４Ｖ
負荷電流： ８．１ｍＡ
効率： ７２．９％
実際の負荷は上記の条件より軽いので入力電流も効率も若干、下がります。
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ＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形は必ず確認します。
写真は両コレクタの電圧をＡＣ結合で撮影しているのでセンターラインに対し−ＶＣＣ〜＋ＶＣＣの範囲で
表示されます。
ＤＣ結合にすると０Ｖ〜＋２ＶＣＣの範囲で表示されます。
ラジオノイズを除去するために波形を少し鈍らせています。
波形を鈍らせなければ一方のトランジスタの立ち上がりと他方のトランジスタの立ち下がりは完全に重なり効率も
上がりますが立ち上がり立ち下がりに強烈なオーバーシュートが発生します。
繰り返し周波数は可聴周波数範囲内ですが音声信号として漏れ出すことはありません。
負荷解放保護
ＤＣ／ＤＣコンバータはトランスのレギュレーションが悪いので負荷を解放すると高い電圧が発生します。
コンデンサーの耐圧を超える可能性があるので定電圧ダイオードで吸収します。
今回は４８．１Ｖでした。
過電流保護
負荷に対しては定電流ダイオードの合計電流（今回は約１５ｍＡ）以上流れることはありません。
問題は負荷を短絡した時のコンバータ自体の損失です。
負荷を短絡したときＤＣ／ＤＣコンバータの動作は次の２つの場合が考えられます。
１ 発振を続ける。
２ 発振を停止する。
どちらになるかは、その時の動作条件によって変わり、やってみないと判りません。
１の場合は入力した電力の殆どを定電流ダイオードが負担します。
定電流ダイオードは発熱すると電流値を減らすので壊れることはありません。
２の場合は発振が止まるのでトランスの二次側には電流は流れません。
一次側に入力された電力は制御トランジスタで消費されて熱となります。
今回は発振が停止しました。
電池電圧６Ｖの時、両トランジスタのコレクタにはコイルの巻き線抵抗や配線抵抗での電圧降下を引いた５．５Ｖ程度が
掛かります。
流れた電流は１６２ｍＡでした。
この電流はコレクタ電圧とトランジスタのＨＦＥとベース抵抗で決まります。
ベース抵抗を大きくすれば電流値は減りますが正常動作時のコレクタ飽和電圧が大きくなり効率が下がります。
今回の損失（発熱）は５．５Ｖ×１６２ｍＡ＝８９１ｍＷです。
これを２つのトランジスタで負担するので１石あたり４４６ｍＷとなります。
この程度なら対策無しでも耐えられるとは思いますが、気休め程度の対策をしました。
２ＳＣ５７１４はチップトランジスタですので変換基板に取り付け、裏面に厚手の銅テープを貼り付けてあります。
製作したコンバータです。
チップコンデンサー等、一部の部品は半田面に付いています。
この後、厚紙で作った箱に入れ銅テープでシールドします。
今回、消費電流とスペースを節約するために半導体の低周波アンプを使用しました。
使用したのはＭＣ３４１１９というＤＩＰ８ピンのパッケージのものです。
類似のＩＣは色々あるので試したのですがユニバーサル基板に実装すると発振するものが多く、その点、このＩＣは
多少、実装が悪くても安定に動作しました。
ゲインを外付け抵抗で簡単に設定出来るのもメリットです。
スピーカーのマイナス出力がＧＮＤから浮いている事に注意します。
今まで共振周波数の測定にデリカのディップメーターを使用していたのですが３５ＭＨｚ〜８０ＭＨｚと
８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの２本コイルを差し替えなければならず８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚのコイルはディップも浅いので
使いにくいということがありました。
今回のラジオ製作の直前にＦＭラジオ調整用のディップメーターを製作しました。
５８ＭＨｚ〜１１３ＭＨｚを１本のコイルでカバーするので便利に使えました。
ディップメーターのページに製作記事があります。
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|---|---|---|
| 製作したラジオ | 内部 | トリマの調整 |
ケースとベースのアルミ板は前回のラジオから流用しました。
基板は作り直しています。
３枚目の写真はケース側面に空けた穴から調整ドライバーを差し込んでトリマを調整しているところです。
バリコン付属のトリマは使用せず外付けトリマを使用しています。
外付けトリマは羽の重なり具合が目視出来るものを使用します。
上の写真で左２つは使えますが右側のトリマは使えません。
右に回した時、容量が増えるのか減るのか直感的に判らないからです。
ＦＭラジオの製作記事でコイルの隙間間隔を調整して受信スパンを調整したという記述を目にしますが、この方法では
調整出来ません。
作業に再現性が無く同じ事を何回も繰り返します。
私はコイルを変形しないで受信周波数範囲を７６ＭＨｚ〜９５ＭＨｚに合わせました。
ポイントはバリコン並列のトリマと直列コンデンサーの調整です。
調整出来ない時はコイルの巻き数を＋１又は−１に造り替えます。
アンテナは６６ｃｍのロッドアンテナを使用しています。
屋外では７６．５ＭＨｚのコミュニティー局から９３．９ＭＨｚの補完局まで全てを受信出来ます。
屋内ではコミュニティー局が実用的に聴けません。
場所により微かに聞こえる程度です。
他のローカル局はノイズは若干ありますが選局と再生の調整でノイズが小さくなるポイントがあり
実用的に聴くことが出来ます。
ホームセンターで１３００円で買ったポケットラジオと同程度の感度と感じています。
アンテナ回路のインピーダンスが低い為かロッドアンテナに手を近づけても受信に影響ありません。
逆に言えばもう少し感度を上げられるかもしれません。
消費電流は音量によって変わりますが電池電圧６Ｖの時室内で普通に聴く音量で４００ｍＡ弱です。
電池電圧４Ｖでも聞こえますので連続使用時間は４〜５時間程度だと思います。
現在、製作直後の状態ですので若干の改善の余地があるかもしれません。
前回は失敗しましたが今回は成功と言えます。