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2015年4月18日土曜日

【部品】Japanese Vintage transistors

【電子部品:日本の古いトランジスタ】
 【日立:HJ22D
 日立がトランジスタの量産を始めた頃のトランジスタである。 リード線が短いのは新品ではないからだ。 たぶん、修理に値しないような古いラジオから調達したように思う。昔々のお話しだ。

 部品箱の電子部品にもそれぞれに物語はあると思う。 でもゲルトラはやはり懐かしすぎるだろうねえ。 「私の・・」からお声も来ないな・・・と選んだ訳でもないのだが。(笑)

                    ・・・

 前が何時だったか思い出せないほど久しぶりにゲルマニウム・トランジスタで6石スーパ(←参考図あり)を作った。そう言えばもっと古い石もあったなあ・・・と思い出す。 ブレッドボード製作だから「取っ替え引っ替え」はお手の物だ。 貴重品かもしれないが、足が短い中古の石ではたいした価値はないだろう。早速これで遊んでみることに。

 あとで対照表が出てくるが、後世の2SA12と言うトランジスタのご先祖にあたる。型番が2SAXX形式になったのは1960年だから50年はゆうに経過しているはずだ。いや還暦近いかも知れない。 だいぶ足のメッキが酸化していたので少々磨いてやった。 これ今でも働くんだろうか?

 【HJ22Dに通電する
 いきなり通電されたら石もビックリするだろうから、テスター(指針式)のΩレンジで各PN接合の様子を見てからにする。(注:×1Ωレンジは使ってはいけない。過大電流で壊すこと有り) 長く寝かせた球とちがって寝覚めが悪いなんて言う半導体はないだろう。 ICBOは大きくなっていないから気密漏れや汚染は大丈夫そう。hFEもそこそこあるようだ。

 HJ22Dはアロイ型のPNPトランジスタだ。アロイ型は「ジャンクション型トランジスタ」としては初期のもの。不安定なポイント・コンタクト型を卒業しやっと安定した構造になったのである。 ハンダ封止という古典的な組み立て方法でパッケージングされている。 封止のあとで黒く塗装し手で型番を捺印したような手作り感いっぱいのトランジスタだ。

 量産された接合型トランジスタとしては最初期のものだろう。 電流利得=1となるトランジション周波数:fTは僅かに8MHzしかない。 それでも低周波用ではなくて高周波用のひとつ、中間周波増幅用だ。ここで言う中間周波とは455kHzだが。

 それで、働いたかって? 何の問題もなくちゃんと働きましたよ。 ゲインも新しいトランジスタと違わない感じで。 トランジスタの寿命は半永久なんて今じゃだれも信じないが、50年以上経ってもこのトランジスタは立派に生きていた。

 【日立:2SA12
 なぜか2SA11と言うのは登録がなかったらしい? 2S11と言うのが日本電信電話公社専用にあったらしいのでその関係かも知れない。 従って日本のトランジスタ規格表で最初に登場するのは2SA12だ。 2SB11もなくて、2SC11と2SD11があるのも面白い。

 2SA12はHJ22Dと同じ電気的特性だが、形状はまったく違う。 組み立て方法が変わったからだ。 ステム(台座)とキャップの部分を電気溶接で組み立てるようになった。ハンダ付けより生産性が向上し信頼性も高くなった。HJ22Dはやはりかなりの旧式なのである。

 こちらはTO-1と言うパッケージ形状である。統一された形状としては最初の物だ。ちなみに、2SC1815はTO-92型パッケージだ。 既知かも知れないが、今も見かけるTO-XX型の「TO」と言うのは、「Transistor outline」・・・即ち「トランジスタの外形」と言う意味そのものだ。(参考:半導体技術協会JEDECのTOアーカイブ:TO-archive

 #このちょっとメッキが錆びて来た2SA12も立派に動作した。

 【東芝:2SA53
 2SA12の同等品と言えば東芝の2SA53だろう。これにも旧型番があって2S53だ。 同じようにゲルマニウム時代の6石スーパーでは定番トランジスタだった。

 2SA52の自励コンバータのあと2SA53のIFアンプが2段、1N60で検波、そして2SB54の低周波アンプのあとは2SB56ppでパワーアンプと言うラインナップだった。(参考:2SA53の一方を2SA49とするものもある)

 ちなみに日立の方なら、2SA15-2SA12-2SA12-1N34A-2SB75-2SB77ppとなる。

 性能は2SA12と違わない。まったく同じように動作する。 中和容量も同じで大丈夫だ。 カタログ性能を見ても殆ど違いがないくらいの互換品である。 もちろん、この2SA53もちゃんと使えた。 写真の2SA53は捺印文字が緑色なので通信工業用のグリーン・シリーズのようだ。 確か頂き物だったはず。TKS JL1KRA !

                    ☆

ゲルトラのラジオで
 All Ge-Trで6石ラジオを試作し日立のラインナップと東芝、日電のそれぞれで試みた。いずれも後期の高性能なゲルトラではなくて、ごく初期の石ばかりを集めたものだ。
 全部シリコンの近代的な石・・例えば2SC1815,etc・・で作ったものと比べても遜色ない性能が得られる。もちろん各々に最適化はしてあるし、設計利得は同じになるよう計算している。違いがなくても当然なのだが。
 VHF帯ともなると、性能差が歴然としてくるかも知れないが少なくともHF帯なら違いは感じないだろう。或はGe-Mesa型でも使えば50MHzくらいゲルトラでも楽勝だろう。
 周囲温度の上昇のように環境が悪くなるとゲルマは不利だ。しかし日常の生活環境ならまずまず使えそうな「受信機」が作れる。 ならば作るのかと問われれば・・・答えはやや否定的ではあるのだが。 単に珍しい物を使ったと言うだけではどうも意義が・・・(笑)

旧型トランジスタの型番対照表
 神戸工業、日立、松下、日電、ソニー、東芝の旧型トランジスタと2SA・・・形式になってからの対照表である。 旧型番は各社が思い思いに命名していた様子がうかがえて面白い。

 非常に古いトランジスタ・ラジオの修理の時にでも資料にされたい。 そうは言っても代替品の方も手に入らないかも知れないけれど。(笑)

 そんなときはバイアス関係を少し定数変更してやればシリコンのPNPで代替が出来る。機能優先で復活させたいなら工夫してみると良い。場合により高性能化されることもある。
 標準的な6石スーパの動作として、コンバータ段がIc=500μAくらい、IF初段も500μA、IF2段目が1mA、低周波ドライバ段が1.5mAくらいになるようバイアス抵抗を加減すれば良い。低周波パワーアンプは各々1.5mAくらいで良いだろう。いずれも無信号時のコレクタ電流値だ。(エミッタで測っても概ね同じである)

 なお、電気的な特性は同じではあってもHJ22Dと2SA12のように外観形状までまったく同じと言う訳ではない。

 この表以外に、三菱もTJ○○と言う旧型トランジスタを作っていた。 三洋電機は2SA・・・の時代になってからの生産開始でシャープはトランジスタを作っていなかった。 他の家電品メーカーは日立やSONYと言った逸早く量産に成功したメーカーからトランジスタを購入してラジオを量産していた。 トランジスタ・ラジオが輸出家電製品の花形だったのは'60年代初めのころだ。

                    ☆

 デバイスも集めて眺めるだけでは大して面白くもない。 ぜひ何か作って働かせたいものである。 既にラジオは身の回りに溢れているし、ICとかDSPとか近代的なものが登場している。 だから作るのは恒久的な「作品」でなくても良いだろう。作って遊べる程度で十分だ。 ラジオ用のトランジスタはやっぱりラジオで試すのが一番だろうか? 50年の歳月を超えたトランジスタから聞こえてくるAMラジオ放送は何となく神秘的に囁くように聞こえた。de JA9TTT/1


(おわり)

2015年4月4日土曜日

【部品】DBM Chip from Russia, K174ΠC1

ロシアからやって来たDBMチップ:K174ΠC1
 【K174ΠC1
 西側のアルファベットで書けばK174PS1となるが、ロシアの表記ではK174ΠC1と言う名前のDBM-ICである。

 このDBMチップのオリジナルは独SIEMENS社(ジーメンス社)の「S042P」らしい。 型番表記はまったく異なるが内部等価回路やピン接続から見て、S042Pのセカンドソースと思って良さそうだ。 近ごろ東側デバイスに凝っているYさんにお借りすることができた。

 e-Bayもしくは、ロシア・旧東欧系のお店で手に入るらしいが多分いまでは作られていないから古い在庫品だろう。 ロシア・東欧(旧ソ連圏)では通信機関係に使っていたのではないか。 FMラジオのような家電品への活用方法もあるがどうだったのだろう。 製造量が限られていたなら、いずれ手に入らなくなりそうだ。

 オリジナルのSIEMENS製S042Pもヨーロッパ系の部品販売店で稀に見かけるが入手はあまり期待できそうにない。Euの半導体各社は一時期米国や日本メーカーに圧倒され早々に見切りをつけたところが多かった。東欧製より先に生産中止になっていたはずだ。 以下、ご覧頂くと悪くないチップなのだが普通にお店で買えるものではないからお奨めはしにくい。機能は他のICで代替できるので無理するほどの逸品でもなかろう。 よって読み物としてご覧頂くのが適当なので、以下もしお暇ならどうぞ。

                    ★

 写真のように、Dual-Inline 14ピンである。足ピンのピッチは概ね西側のそれと類似のようだが、外観に微妙な違いがあって独特の雰囲気を感じる。 ロゴマークが違うので別メーカとは思うが、ラジオ用チップのK174XA10(TA7613AP同等品)と良く似た感じだ。 東側のICチップの特徴なのだろうか。 例によってDate Codeの付け方が西側と同じだとすれば1992年の初めのチップと言うことになる。

S042P・K174ΠC1の内部等価回路
 基本的にギルバート・セル型のDBM-ICである。 すこし工夫が見られるのは、下段の差動対のエミッタが切り離されていることだ。

 単なるDBMとして使う場合はPin10とPin12のエミッタ同士を結んで使えば良い。 あるいは抵抗を入れてやると差動ゲインを調節することができる。 さらに、この下側差動対を上手に使ってLCの自励もしくは水晶発振回路を構成することも可能だ。 使い方に制約があって設計しにくいけれど、SA612TA7358PのようなIC一つのコンバータ回路として使うこともできる。 そのような使い方に性能上のメリットはあまりないと思われるが、省部品になるから面白い発想だと思う。

 上記のような使用方法から一般的なギルバートセル型DBMとは違って、下段の差動対の方にキャリヤもしくはLocal-OSCを注入する方法が標準になっている。 信号は上段の2組の差動対の方へ加える。 上段の方にはエミッタ抵抗が入っていないのでリニヤな差動入力電圧範囲が制限され大きな信号が扱えない不利がある。 もちろん一般的なDBM-ICのように下段に信号、上段にキャリヤまたは局発を加える使い方でも原理的に支障はないのでそのように使っても良い。

 バイアス回路が内蔵されているので、外付け抵抗器が要らないのでチップ周辺がスッキリする。MC1496Pと比べたら使い易いチップだ。 電源電圧は12Vくらい掛けた方が良いが下は5Vあたりまで使えそうだ。 回路電流は12Vのとき2mAと少なめの設計なので、省電力で良い。ただしダイナミックレンジはそこそこだ。特別高性能を目指したDBM-ICではないのだと思う。

 【テストしてみる
 次項に回路図を示すが、メーカー指定の使い方でテストしてみた。 局発信号の大きさと、そのとき扱える信号の大きさがどう変わるのかを見るのが目的である。 実際に使う際に、局発もしくはキャリヤを何Vにして、信号の大きさをどこまでに留めるべきかがわかることになる。 ゲインもわかるので後続するアンプの設計も可能になる。

 Pin11とPin13に加えるキャリヤもしくは局発信号の部分、及びPin7とPin8に加える信号の部分は、バイファイラ巻の広帯域RFトランスを使っている。 Pin2とPin3の出力部分には455kHzのIFTを入れてあるので、出力は455kHzに限定される。

 写真のようなブレッドボードを使った評価であるが、K174ΠC1にはたくさんのGNDピンがあるので適宜GNDラインに結んでおくことにより安定した性能が得られている。 評価する周波数帯は局発やキャリヤ周波数など概ね1MHzあたりまでを選んでいる。 ICの規格上はFMラジオの周波数帯まで使えるようだ。

 【テスト回路
 左図はミキサー回路として評価する状態で書いてある。 R1〜R3は発振器や測定系のための終端抵抗なので、実用回路では必要ないものだ。 信号及びキャリアの入力端子ともに数kΩのインピーダンスを持つのでドライブは容易である。

 出力回路には回路図のような巻数比のIFTを使っているが、最適負荷と言う訳ではないので用途目的よって最適化すれば幾分性能は良くなる筈だ。 以下の評価では、図のようなもので行なったので一般性がある訳ではないことを予め書いておく。 ただし、異常な負荷状態ではなくて、ごく標準的な状態にはなっている筈なので実用する際にも類似の使い方で良いと思う。

 電源電圧を変えた特性も測定しておくべきだったが、時間がなかったので以下は12Vの時の結果のみを示しておく。 等価回路から見て、Vcc=5Vあたりで使うのが下限のはずで、性能を悪くしないためにもできたらVcc=9Vくらい掛けたい感じだ。

 【バラモジとしての評価波形・1
 写真の入力トランス:T2は低周波を通せないのでパスしてC結合で低周波:1kHzを与えている。(50Ωの終端あり) キャリヤ周波数は455kHzだ。 1kHzは約-10dBmを加えたが、このように奇麗なDSBが得られる。

 IFTの負荷の1kΩ両端に0.6Vppくらい得られている。 写真はバランス調整を省略した状態だが約30dBのキャリヤ・サプレッションが得られている。 SSB送信機では是非ともバランス調整を設けるべきで、バランス調整により容易に50dB以上が得られる。

 【バラモジとしての評価波形・2
 上記と同じだが、過大入力を与えた時の状態だ。 上よりも10dB大きな0dBmを加えた。 写真のように飽和して「フラット・トップ」になってしまう。

 歪み方は他のDBM-ICと同じようなので過大入力には注意すべきだ。 特に、フィルタ・タイプのSSBジェネレータの場合、フィルタから出てきたSSBを復調し、耳で聞いただけでは歪みをあまり感じないことがある。 実際には写真の程度にピークが圧迫されたフラット・トップ状態になっている可能性もあるからDSBの状態で波形を確認すると良い。上の写真のようなリニヤな範囲で使うのが正しい。 この写真の縦軸目盛りは上の写真の倍の0.2V/divになっているので注意を。

 【ミキサーとしての評価
 局発=1,455kHz、信号=1,000kHzとして入出力特性を測定してみた。 出力周波数:Fif=1455-1000=455(kHz)である。

 局発レベルは、-20dBm、-10dBm、0dBm、+8dBmの4種類で実測した。 信号の方は10dBまたは5dBステップで、-120dBm〜+7dBmまで127dBの範囲で変化させている。

 負荷回路に上記回路図のIFTが入っているので、一般化するのは難しいかも知れないが、おおよそ-10dBmくらいまでの入力範囲で使えばリニヤな動作と言えるだろう。 この種のギルバートセル型DBMは差動増幅を電源電圧に対して積み重ねている関係で、電源の利用率が悪いから電圧性の歪みが発生し易いのだ。
 もっとたくさん電流を流し、負荷インピーダンスを下げて使うパワフルなチップもあるがS042P/K174ΠC1はそのようなチップではないので、ほどほどのダイナミックレンジと言うことになるだろう。

  局発は-10〜0dBmで十分なようだ。 それ以上与えてもダイナミックレンジの拡大は微々たるものだ。 -20dBmでは変換ゲインの低下も大きくなるので下限と考えた方が良い。

 なお、グラフの曲線の左下部分でやや持ち上がりがあるのは、測定に使ったオシレータのノイズ・フロアが見えているためである。 DBM-ICそのものはさらに10dB以上ノイズレベルが低いようだ。 受信機のフロントエンドに使っても悪くないS/Nが得られそう。

RFレベル測定器
  ノイズ・フロアに掛かるほどの微小信号まで読み取るのは広帯域なRF電圧計では無理がある。 ここでは、hp3586Aと言う選択レベル計:Selective Level Meter(SLM)を使っている。簡単に言えばSメータが良く校正された受信機のような測定器だ。高分解能スペアナの発達で廃れてしまった測定器だ。大きくて重たい二時代前の機械だが小さな信号は読み取り易い。選択度は主に400Hzを使って測定した。

 この種の評価では下の方は-60dBm程度までの測定で済ませれば十分なので、RFミリボルト・メータを使えば良いだろう。455kHzにてmVの信号まで測定できる電子電圧計はたくさん存在する。 ただし、広帯域な電圧計は外乱の影響を受け易いのでしかるべきシールドを行なって、なるべく測定系を低インピーダンスに保つような工夫をすること。 なお、検波プローブ型のRF電圧計(=P型バルボル)ではここまでの細かい測定は難しい筈だ。

 特定の測定器が無いと「何もできない」と言う印象を与えたくないので測定のことは詳しく触れないことにしている。しかしグラフを見て同等の評価を試みる人もあるかも知れないので紹介してみた。(科学的なレポートとして使用計器や評価条件など詳細に書くのは当然だが、あえてBlogでは簡略化している。手元記録には詳細が書いてあるのはもちろんだ)

 SLMの代わりとしてはスペアナの管面から読み取っても良い。カーソル機能を使えば読み易い。近ごろそちらの方法がポピュラーだろう。スペアナの機種によりノイズ・フロアやRBW(分解能帯域幅)も違うため測定限界は変わるが-80dBm程度まで十分読めると思う。アッテネータ+ジェネカバ受信機(レベル比較用に)と言う組み合わせだってある。  要は工夫次第で何とでもなるので、あまり道具に捕らわれ過ぎぬように。 殆ど使わぬ遊休設備を増やすのでは勿体ないし、増えたら管理の面倒も増すばかりだ。所詮は自家用データなのだから手持ちの道具をやりくりしながら評価すれば十分だ。(笑)

                  ★ ★ ★

 またまたレア・パーツの登場で失礼したがロシア生まれを手短に紹介してみた。 実はS042Pの名前は前から知っていたのだが、着目していなかった。今回触ってみて意外に面白いチップだと感じた次第。時間が取れれば自励式コンバータの実験もやってみたかった。

 戦前戦後を通じて日本は米国の技術圏内にあるのでヨーロッパや東欧圏のエレクトロニクスは縁遠い傾向がある。特に戦後は米国一辺倒になった感じだ。 このDBM-ICのように米国系とは異なった発想で作られた面白いデバイスも多々存在する筈なので視野を広く持つべきだと思っている。 ずいぶん前に評価したTCA440もそのようにして見つけたEu発のデバイスだった。 皆さんおなじみの3端子ラジオだってルーツは英国にあるのだし。

 入手性の問題は常にあるが、個人が数個使う程度なら手に入る可能性はあるから諦めない方が良い。 モノによっては、注目されていないので驚くほど安価に手に入ることさえある。逆に使い切れぬほど押し付けられるとか・・。(爆) 要は「見る目の有無」と言えるのかも知れない。 ディスコンになったデバイスを血眼になって探すより幾らかでも建設的だ。 Yさんが東欧デバイスのマニアになるのが何となくわかった気がした。de JA9TTT/1

#次回のバラモジはレアものではない路線で行きたいと思っているのだが・・・。

                    ☆

警告:通販で特別酷い目にあった経験はないのですが、様々な事故が報告されています。 商品が届かない、不良品や偽物が届く、最悪は支払い情報が漏洩するなど様々なトラブル事例を目にします。 海外・国内を問わず通販の利用は必ずご自身の判断と責任でお願いします。 このBlog筆者はその結果に責任は持てません。

(おわり)