電池管ＦＭラジオの製作

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　別の頁「電池管ＦＭラジオの実験」で電池管ＦＭラジオに関する実験をしてきました。
　この内容に関しては私の能力も電池管の能力も目一杯なので、なかなか進展しませんでした。
　大部、時間が経過したので、この辺で実用的なＦＭラジオを製作しケースに収めてみようと思い立ちました。

収納するケースを決める

　最初に収納するケースを決め、これに収まる回路を製作します。
　ラジオを製作した後で収まるケースを探しても適当なサイズのケースは見つかりません。
　私は多くのラジオを上の写真のパーツケースに収めています。
　写真はＡＭラジオで１Ａ２、１Ｂ２、２Ｐ２の３球レフレックススーパーです。
　３球ですのでケースに収まっていますがＦＭラジオでは７球程度になるのでＭＴ菅では収まりません。
　上記のケースより大きなケースは馬鹿でかくなってしまいます。
　従ってこのケースに決定し真空管はサブミニチュア管としました。

使用する球を決める

　サブミニチュア管という事で局発は５６７６になります。
　高周波増幅が５６７６で出来ないか試したのですが思わしくなく、高周波増幅は省きました。
　混合は５６７８、中間周波増幅は５６７８を３段、検波と低周波増幅は１ＡＧ５の手持ちが少ないので ダイオードと５６７８にしました。
　低周波出力は５６７２を使います。
　結局、５６７２を１球、５６７６を１球、５６７８を５球、合計７球使用します。
　写真は左より５６７２、５６７６、５６７８です。

Ｂ電圧を決める

　Ｂ電圧はＤＣ／ＤＣコンバータで作成します。
　出来るだけ高い電圧にしたいのですが５０Ｖ耐圧のコンデンサーを使用する為、電池が新しい時４８Ｖになるようにします。
　（過電圧は４８Ｖの定電圧ダイオードでクランプします。）
　出力管のバイアス抵抗での電圧降下を考慮しＤＣ／ＤＣコンバータの出力は５４Ｖとします。

ＤＣ／ＤＣコンバータを製作する

　ラジオの回路が出来ていない状態ですが先にＤＣ／ＤＣコンバータを製作しておきます。
　出力電圧は５４Ｖですが出力電流は１０ｍＡと予想し、この条件で製作します。
　電池電圧１．５Ｖの時、入力電流を５００ｍＡ以内に抑えたいので効率は７０％以上を要求されます。

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　回路は負荷解放時に出力電圧を５５Ｖに制限します。
　負荷短絡時に出力電流を２０ｍＡに制限します。
　ラジオのＡ電圧とＢ電圧をショートさせた場合でも球のヒーターを焼損することはありません。
　負荷短絡時にコアが磁気飽和しトランジスタに短絡電流が流れても壊れないように考慮しています。
　発振トランスのコアはＦＴ−５０＃７５と小さいですが一次巻き線の巻き数が少なく、相対的に二次巻き線の巻き数も少なく なる為に容易に巻くことが出来ます。
　＃７５コアは導電性があるので透明のアクリルラッカーで絶縁しておきます。
　最初に０．４ｍｍのウレタン線で一次巻き線を巻きます。
　１２回＋１２回のバイファイラ巻きにし、コアに均等に巻きます。
　片方の巻き始めと他方の巻き終わりを接続しセンタータップとします。
　この状態で再びアクリルラッカーをスプレーし一次巻き線を固めておきます。
　これで機械的な振動音を低減すことが出来ます。
　トロイダルコア自体も接合面が無いので他の鉄心より機械的な振動音は小さいと思います。
　一次巻き線の上に、そのまま二次巻き線を２５０回程度巻きます。
　０．１４ｍｍのウレタン線を多めに巻き、ほどきながら出力電圧を微調整します。
　手持ちの関係で０．１４ｍｍを使いましたが０．１２ｍｍでも十分ですので、こちらにすれば巻くのが楽になります。
　倍電圧整流をするので巻き線に発生する電圧は３０Ｖ以下です。
　従って絶縁耐圧は特に考えていません。


　上の写真は製作したＤＣ／ＤＣコンバータです。
　発振トランスに一回り大きなＦＴ−８２コアの使用も可能なように大きめのサイズになっていますがＦＴ−５０コアで済んだ為 スペースが余っています。

コレクタ波形	残留ノイズ

　製作したＤＣ／ＤＣコンバータは二次巻き線の巻き数を微調整して出力電圧を合わせ込みます。
　ダミー負荷として５．４ＫΩ１Ｗの抵抗を接続します。
　多めに巻いた二次巻き線を少しずつ解いて負荷電圧が５４Ｖになったら完了です。
　ベース抵抗、ノイズ吸収用コンデンサーはＩＣソケットに挿入して値を変更出来るようになっています。
　ここら辺は経験と勘に頼っているので一言では言えませんが、例えばベース抵抗を低くするとコレクタ飽和電圧が下がり効率が 上がりますがベース電流が増え、こちらは無駄な電力となるので最適値があります。
　負荷を短絡し、コアが磁気飽和すると発振が止まりコレクタに短絡電流が流れる場合がありますがベース抵抗が小さいと 短絡電流が大きくなります。
　コレクタ波形をオシロスコープで観察して動作状態を確認しておきます。
＊　二つコレクタの波形が相似であること。
＊　飽和電圧が低く波高値が供給電圧の２倍に近くなります。
＊　繰り返し周波数を確認しておくこと。
　繰り返し周波数は回路やコアにより決まり制御できません。
　今回は５ＫＨｚ弱になりました。
＊　トランジスタオフ時のオーバーシュートの波形で空中伝搬ノイズが予想できます。
＊　両コレクタ間に入れるコンデンサーでオーバーシュートを抑制出来ますが、波形が鈍り効率が低下します。
　波形が鈍ると平滑波形のリップルが大きくなり、電線を経由するノイズとなります。
＊　負荷端の残留ノイズをＡＣカップリングで観測します。
　効率を計算しておきます。
　出力が５４Ｖ１０ｍＡの時の入力電流は５００ｍＡ弱となり、効率は７３％でした。

　作業が終了したら厚紙の箱に収納し銅テープでシールドします。

使用したバリコン

　バリコンは「ラジオ少年」で購入したジャンクのバリコンです。
　比較的小型でジャンクの割には綺麗です。
　ＡＭ用の親子バリコンとＦＭ用の３連バリコンで構成されています。
　今回のラジオはＦＭ用の３連バリコンのみ使用します。
　２５ｐＦ×３ですが後ろ側の１セクションはトリマーが付いていません。

回路図

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　作業を始める前に回路図を清書しておきます。
　途中で変更が発生したときは、その都度に修正し常に最新の回路図を用意します。
　ＦＭラジオは色々、実験していてので短時間で回路が書けました。
　実験では高周波増幅も試したのですが思わしくなく、省きました。
　中間周波は１．７ＭＨｚで３段増幅の後、スロープ検波し低周波増幅を２段行います。
　ＩＦＴはトランジスタラジオ用の局発コイル（赤コア）を使用しました。
　１０ｍｍ角を使いたかったのですが基板のスペースの関係で７ｍｍ角を使用しました。
　実験で使用していた１０ｍｍ角に比べて７ｍｍ角はインダクタンスが大きい様です。
　製作後に共振コンデンサーを交換する羽目になりました。
　７ｍｍ角を使用するラジオはポリバリコンも小型、小容量になるのでインダクタンスを増やしているのだと思います。
　回路は２枚の基板に分割しているので実際は接続用コネクタがあるのですが省略し、調整時にＣＶＣＣ電源に接続するコネクタ のみ表示しています。
　調整時のＣＶＣＣ電源に対する保護ダイオードを書いていますが調整後電池（単１電池１本）で動作させるときは不用です。
　バリコンのトリマコンデンサーは省略しています。
　トリマコンデンサーの無いセクションに後から追加したトリマコンデンサーは書いています。
　出力球バイアス調整電圧で電源表示ＬＥＤを点灯していますがケースが透明ですので基板に付けたままです。
　特にケース表面に引き出してはいません。

周波数範囲を設定する

　今回は受信周波数範囲を７６ＭＨｚ〜９５ＭＨｚ広くとったのでトラッキング調整が大変です。
　コイルとバリコンの組み合わせは実験で確認しています。
　コイルは１φスズメッキ線を単４電池に巻いて直径１２ｍｍ程度にしました。
　局発コイルは巻き数６、同調コイルは巻き数４、アンテナリンクコイルは巻き数２で同調コイルの隣りに並べました。
　
　バリコンは周波数範囲を確保する為に手を加えます。

　まずトリマコンデンサーの付いていない最後尾のセクションにトリマコンデンサーを追加します。
　追加するトリマは羽の重なり具合が目視出来る物にします。
　調整時、回転する方向や量が判る必要があります。


　バリコンと直列にコンデンサーを取り付け周波数の可変範囲を調整します。
　トリマコンデンサーは微妙な調整が必要ですが直列コンデンサーは多少ラフですので固定コンデンサーを交換します。
　必要であれば並列コンデンサーを取り付けることも可能です。
　リード線は基板上のコイルに接続します。

　ＦＭラジオの製作記事でコイルの間隔（長さ）を伸ばしたり縮めたりして周波数調整をすると書かれているのを見ますが 周波数を大きく変えることはできません。
　大きく変えるほど変形させると取り付けピッチが変わるしＱが下がります。
　また、作業に再現性がありません。

製作したＦＭラジオ

回路基板	ラジオ外観	ラジオ内部	バリコン周辺

　上側の基板に低周波回路、下側に局発、混合、中間周波増幅、検波回路が納められています。
　バリコンは取り付け位置と選局がクリチカルな為、３０ｍｍのバーニアダイアルを取り付けました。
　ＤＣ／ＤＣコンバータはベース板に取り付けるとトリマーの調整が出来なくなるので蓋に取り付けています。
　右側の側面にトリマー調整用ドライバーの軸を通す穴を開けてあります。
　ケースの高さが少し足りないので球の足を少し曲げています。

調整

　中間周波増幅以降の回路は数多く製作した中波のスーパーと同じですので問題はありません。
　ただ、中間周波数は１．７ＭＨｚと高くなっているので調整用に安価な信号発生器を購入しました。
　中波の時は４５５ＫＨｚの信号発生器を自作しました。
　中波のスーパーは１５台程度製作したのでＩＦＴの調整に活躍したのですがＦＭスーパーは台数が増えるとも思えず １．７ＭＨｚだけで良いのかという問題もあるので作る気がしませんでした。
　調整は前述した局発と受信周波数の周波数範囲の調整が殆どです。


　発振周波数は周波数カウンタで計測しますがノードにプローブを接続すると影響を受けます。
　写真のようにピックアップコイルで計測しますが局発コイルとの距離によっては影響を受けます。


　同調周波数の計測はケースに穴を開けてディップメーターのコイルを通します。
　局発が少し干渉するような感じがするので局発を止めた方が良いかもしれません。
　いずれにせよ調整は面倒です。

製作結果

　調整は、まだ完璧ではありませんが地元のローカル局（ＳＢＳ補完局、ＮＨＫＦＭ、ＫＭＩＸ）が実用的に聞こえます。
　もう少し良くしようとトリマを少し回すと余計に悪くなってしまいます。
　ＤＣ／ＤＣコンバータのノイズがＦＭ周波数に影響を与えることを心配したのですが問題ありません。
　ＩＦＴのＱを上げて感度を上げようとすると音が歪みます。
　電池電圧１．５Ｖの時の消費電流は９００ｍＡ強です。
　電池電圧０．９Ｖまで聴く事が出来ます。
　新品のアルカリ１本で連続１０時間程度使用出来ると予想します。

追補

　その後、トラッキング調整を繰り返し、受信範囲を７６ＭＨｚ〜９５ＭＨｚに合わせる事が出来ました。
　従って７６．５ＭＨｚのＦＭ島田から９３．９ＭＨｚの静岡放送ＦＭ補間局まで受信出来ました。
　ただしＦＭ島田は推定距離１５Ｋｍ出力２０Ｗコミュニティー局ですので音は小さくなります。
　電池電圧が下がると聞こえなくなるかもしれません。