ゲルマニウムとトランジスタ

Question

現在、ゲルマニウムラジオを製作しているのですが、放送局によっては、本当に蚊の鳴く程度の音量しか出ないので、トランジスタを使い増幅回路を追加しようと考えています。(トランジスタの電源は塩水と10円玉と1円玉です。)

ただ、どうせトランジスタを使用するならばいっその事、1石のトランジスタラジオでもいいような気もしています。
一般的には、ゲルマニウム+増幅回路と1石ラジオとではどちらの受信感度が優れているのでしょうか？

marimo_cx · Accepted Answer

2SB383はゲルマニウムトランジスタですね。

http://www11.ocn.ne.jp/~nontomo/egawa/radioC.html

のラジオは無電源じゃなくて放送波を電源に使っています、反則なので今まで触れませんでしたが。(笑)
（電波の弱い局が聞こえないからという質問だったので、この方法では“弱い局”を電源にする事は出来ません。）

上記URIから引用しますと、

> ロケーション
> 新潟市内。一番近い放送局のアンテナから約7kmくらい。
> スピーカーで聞こえるのはこの一局のみです。

つまり、いくらゲルマニウムトランジスタを使ったとしても近距離局しか電源にならないって事です。
逆にいうと、信号強度の強い局がある場所でしか使わないという前提で良いのであれば、電源用の同調回路から電源を取る事は出来るという事ではあります。
そういうのも、それはそれで面白いかも？
近距離局を使ってLEDを点灯させる実験とかも良く見かけますので、倍電圧整流なんかすればシリコントランジスタを動かせる程度の電圧を作り出せるかもしれません。

> 普通のリード線の先に釘を付けるってイメージですか？

基本的にはそうですが、流石に5寸釘でも短すぎると思います。
30cmもあれば、無いよりマシな程度に働いてくれそうに思います。（自信なし）

> 、肝心のループアンテナの接続は3、4番に繋いで

そんな感じで良いと思います。

marimo_cx · Answer

SL-55GTを使っている製作例見つけました。

http://www32.ocn.ne.jp/~audio/lef/lef_01.htm
http://bbradio.hp.infoseek.co.jp/tram11/tram11.html

SL-55GTも巻き線２つだったようで。(;^_^A アセアセ
ゲルマラジオに使うのであれば、この巻き線の少ないほうに外部（ループ）アンテナを繋ぎます。

2番目のURIにはトランジスタ検波も出てますね。
ゲルマラジオには関係ありませんが。

参考URL：http://bbradio.hp.infoseek.co.jp/tram11/tram11.html

marimo_cx · Answer

> アース棒をアスファルト上に転がしてもだめでしょうし。

やってみた事は無いですが、防波堤から海に投げ込めばアースとして作用するかもしれません。
アスファルトでも割れ目から草が生えてたりしますよね？そういう隙間にでも刺せるような針金ほどの細いアース棒は駄目でしょうか。

> Q値はコイルの径が大きいほど高くなると言う解釈でよろしいでしょうか？

同じ条件なら直径が大きいほう、同一径なら線径が細いほうがQを高く出来ます。

> トランジスタを使う時と使わない時とでは使う時の方が若干大きな音になったので動作していると思っていたのですが、

信号強度が強ければC級動作はしているかもしれません。
C級アンプというものはFM変調信号を増幅するためのもの（周波数さえ残っていれば良い、むしろ意図的に大きくひずませてAM成分を除去したり逓倍する目的でも使われる）ですので、1石で低周波増幅するのであればA級動作させなければなりません。
C級動作しかしないような回路でも、信号強度が強い局で変調が浅いときは、整流された搬送波がベースバイアスとして作用してB級動作に近づく時に、音が出ているのではないかと予想します。
ただ、

> 電池を繋がない状態で若干音が出ました。電池を繋いだら音は大きくなりました。

> これが入手できれば、無電源でも増幅できそうですが。

前からもしやと思っていたのですが…。
トランジスタは『信号を増幅する素子』であって、エネルギーを増加させる素子じゃないです。（そのようなものが存在したら永久機関が実現してしまいます…）
電池を繋がずに（電源なしで）音が出るのはおかしいです、正しい回路であれば絶対に音は出てはいけません。
明らかに回路が間違っています。

> 一応バーアンテナ両端にループアンテナを繋いだのですが。

間違ってます。
同調コイルを構成しないほうのコイル（トランスの1次側）に繋がないとループアンテナまで同調コイルになってしまいます。
外部アンテナを繋ぐための巻き線の無い（大型のバーアンテナ以外にはまず無い）バーアンテナには、ループアンテナを繋ぐ事は出来ません。
同調コイルにバーアンテナを使うのであればアンテナ接続用の巻き線は自分で巻いてください。
同調コイルの両端に直接接続できるのはアースとロングワイヤーアンテナの場合です。



ところでトランジスタなしの頃のゲルマラジオのレシーバーはちゃんとクリスタルイヤホンを使っていましたか？
増幅して鳴らそうとしているものは何ですか？
現在の低周波増幅段はトランスレスですか？
（ちなみに電源電圧が低い場合は出力トランスなしで性能を出すのは難しいです）

marimo_cx · Answer

> アンテナはともかくアースが辛いですね。

想定は屋内使用でしょうか？
私はピクニックとかキャンプなんかを想定していたのですが。。。

> いまいちバケツサイズにする意味が理解できません。

No7に書いた通り、Q値を高く取りたいからです。
Qを高く出来ると感度と周波数弁別性が高くなると書きましたが、スーパーヘテロダインの場合は、初段同調回路のQに頼らずに、IF段の同調回路のQを高くする、ノッチフィルター、クリスタルフィルターを使うなどして弁別性をあげています。まぁ、力ずくにやっているわけです。おっと、受信感度の話からずれましたね。汗

> ボルタ電池は0.5V程度、トランジスタは2SC1815です。

やはり全然電圧足りてないですよ。
てっきりパイルにしているのかと思っていたのですが、1セルでしたか、それは無茶です。
シリコンの順電圧降下も先に書きました通り0.6Vですので、ベースのバイアス電圧にも足りてません。
2SC1815ですと、最低3Vはないと、まともに動くものは作れません。
1セルにこだわるのでしたら、いまや骨董品に匹敵する（下手すると真空管より入手困難？）ゲルマニウムトランジスタを手に入れるしか…。


P.S.

> マイクロインダクタやバーアンテナじゃダメなのでしょうか？

一連の回答に盛り込むのを忘れていたのですが、多分バーアンテナを使った時、選んだバーアンテナが不適切だったか、使い方が間違っていたものと思われます。
また、ループアンテナ自身が同調コイルになっている（バーアンテナも同様に、アンテナ自身が同調コイルを構成します）わけですので、マイクロインダクタが関与する余地はありません。（それぞれどちらかをローディングコイルとして使うという事なら理解できますけれど。）
今更なのですが、キットのラジオでもいいのですが、AMラジオを作った経験はありますか？回路図を良く眺めた事はありますか？ここまではラ製読者以上のスキルであるという前提で書いてきたのですが。

（ちなみに私はラ製じゃなくて模ラ派ですけれど。(爆)）

marimo_cx · Answer

> ループアンテナなのでコイルは使っていません。

うっかり読み落としていました。(;^_^A アセアセ
同調コイルをそのままアンテナに使っていたのですね。
普通サイズのバケツラジオでも同調コイルの口径はφ400mm程度ですから、現状とあまり変わらないですね。
同調コイルのみでの受信ですと、それよりもっとコイルの口径を大きくするとなるともう本当に“箪笥サイズ”にでもしないと変化は無いかもしれないですね。
そうなるとやはり現在の路線の延長だと、ワイヤーアンテナ＋アースを加えるしかないかと思います。

１石レフレックスでもワイヤーアンテナナシでのスーパー並みの受信は無理です。
あと現在やられているゲルマラジオ＋低周波増幅は、高周波増幅＋ゲルマラジオよりもS/N比は悪くなるのが通常で、スピーカーから大きな音が出ても受信性能自体は上がらないということになりかねません。

marimo_cx · Answer

> ひずみはボルタ電池+トランジスタで増幅した時に発生します。

ということで、

> 恐らく、ベースに入力しているゲルマ検波信号が低電圧過ぎると思います。

私はこれは違うと思います。
ボルタ電池の電圧が低すぎるか、電源インピーダンスが高すぎる、もしくは根本的に回路定数が間違っているかだと思います。
信号強度が強い局を受信中、増幅後の音声がひずんでいますか？
もしもその条件でひずんでいるとして、増幅前の信号をクリスタルイヤホンで聞いた時、ひずんでいなければ増幅回路部分が犯人である事は明らかですよね？
信号強度の弱い局でも同様のテストをし、弱い局でのみ上の症状が出るなら増幅回路のバイアス設定が足らないという事になります。（≒使っている増幅素子に対して電源が弱すぎ）


ところで、

> 目標は無電源で持ち運びの出来るラジオです。

こちらですが、どの程度が許容範囲でしょうか？
例えば極端に言えば重量500gの洋服箪笥サイズでも持ち運び可能ですが。(;^_^A アセアセ

箪笥サイズは冗談ですが、バケツラジオは許容範囲になりますか？
無電源でチャレンジする場合、やはり各部品物理的に有利なものでないと不利です。
バケツラジオがバケツである所以は、同調コイルのサイズを大きくする事でQ値を大きくしたいからです。
Qが大きく出来れば周波数弁別性と感度が向上します。
そういうことで、現在ポケットサイズで苦戦していらっしゃるようでしたら、趣味のラジオですし、サイズアップも考えてみては如何かと思います。
スーパーラジオじゃない限り、まずはアンテナから検波までの基本性能アップのほうが面白いんじゃないかと思いますし。


アンテナについてはコンセントアンテナも話題に上がりましたが、昨今は家庭にもインバーター機器やコンピューター類が多数普及しましたので、お察しの通りなかなか厳しい状況にあります。
次点で電話線アンテナも昔は良く使いましたが、こちらもADSLの普及でなかなか難しいと思います。
アースも最近は水道管に金属が使われなくなってきており、水道管アースもNGですね。また、お住まいが集合住宅の高層階であれば、水道管が金属であってもアースになりませんし。

持ち運びを『歩きながら聞く』ではなく『半固定式』という意味合いでしたら
・バケツラジオ＋
・釣竿アンテナ（リール付）＋
・扱いやすいように細いアース棒
等という構成は如何でしょうか。
受信感度を上げるためにはアースは欠かせませんので、無いより貧弱でも性能が悪くてもあったほうが良いと思います。

ちなみに、バケツラジオはスピーカーとトランスをうまく選べば無電源でもスピーカーを鳴らす事が出来ます。（もちろん大きな音は出ませんけど）
この場合のスピーカーはクリスタルスピーカーではなく普通のボイスコイル型のものです。

ymmasayan · Answer

アンテナの代りに電灯線が使えるのはご存知ですよね。
電灯線のホット側(トランスで接地されていない側)に100pFのコンデンサーを
かませてアンテナとします。子供のころよく使いました。
ただ、今ではノイズを発生する電気機器が多いので実用になるかは疑問ですが。

marimo_cx · Answer

> 自由研究ではありません。あくまで、趣味の範囲です。

そうすると、何を目指しているのか目標を教えて頂けますか？

高感度かつ高音質となると同期検波という事になります。
でも、わざわざゲルマニウムを使っているという事はそういう話じゃないのですよね？

ひずみってどういうひすみなんでしょう？
AM検波でダイオードの非直線性が聴感上はっきり問題になるようななひずみは起こらないはずです、搬送波を整流して積分しちゃうわけですから。
（もしバイアスかけるならシリコンダイオードのほうが直線性には優れていますので、シリコンで試してみます？）

感度が悪いという事ですがアンテナも何を使われているんでしょうか？ローディングは適切？方角は？
検波器以外にレシーバーは？コイルは？コンデンサは？バリコンは？それとも可動コイル同調ですか？
検波器以外にも検討課題はたくさんあります。

marimo_cx · Answer

ひょっとして季節柄自由研究の関係の質問でしょうか？
前提によってアドバイスがちょっと違うのですが。

自由研究の前提で先に脱線しますと(笑)、トランジスタもある程度自作できます。点接触トランジスタというものです、調べてみてくださいｗ


ところでゲルマニウムラジオはなんでゲルマニウムを使っているかご存知でしょうか？世の中の半導体はほとんどシリコンなのに。
シリコンダイオードは逆電流が小さい代わりに順電圧降下は0.6Vあります。ゲルマニウムダイオードは順電圧降下が0.1Vしかないので増幅回路のないゲルマラジオの検波器に使うとシリコンより高感度に出来るのですが、整流素子としては逆電流が大きいので使われなくなりました。

トランジスタ検波はものすごく乱暴に手抜き説明すると、ゲルマニウムダイオードの0.1Vのロスも無くす、理想ダイオードの特性を作り出します。

但し、感度を上げるため（検波ロスをキャンセルするため）だけの理想ダイオード回路に意味があるかは、自由研究としてもどうなんでしょう？疑問ですｗｗｗ

鉱石ラジオについては調べてみましたか？
鉱石検波器って順電圧降下が大きく、バイアス電圧をかけて使う事もあったのはご存知でしょうか？コインのボルタ電池を使うのでしたら、そっちの方向性に行った方が面白いし意味があると思います、個人的に。

あとは自由研究を前提としたキーワード
・バケツラジオ
・倍電圧整流
・竹竿アンテナ
・アース

noname#26171 · Answer

「ゲルマニウムラジオ」というのは、ゲルマニウム・ダイオードによって電波を音声にする（検波と言います）ラジオの事です。
トランジスタで増幅する場合、弱い電波を増幅してから検波する場合と、検波した音声信号を増幅する場合の２種類があります。
どちらの場合も、トランジスタ１個で増幅しているのであれば、「１石ラジオ」と表現できます。
つまり、質問者の書かれた

ゲルマニウム+増幅回路と1石ラジオ

は同じ物と言って差し支えありません。
ただし、すでに回答にあるように、高周波増幅と低周波増幅を１石で行うレフレックス形式ですと、感度はいいかと思います。

ゲルマニウムとトランジスタ

2SB383はゲルマニウムトランジスタですね。

SL-55GTを使っている製作例見つけました。

> アース棒をアスファルト上に転がしてもだめでしょうし。

> アンテナはともかくアースが辛いですね。

> ループアンテナなのでコイルは使っていません。

> ひずみはボルタ電池+トランジスタで増幅した時に発生します。

アンテナの代りに電灯線が使えるのはご存知ですよね。

> 自由研究ではありません。

この回答への補足

ひょっとして季節柄自由研究の関係の質問でしょうか？

「ゲルマニウムラジオ」というのは、ゲルマニウム・ダイオードによって電波を音声にする（検波と言います）ラジオの事です。

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