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2015年10月13日火曜日

【回路】Simple HAM Band Receiver 1968

【簡単なHAMバンド用受信機:1968スタイル】
1968年式シンプル受信機
 ちょっとネタ切れなので、JARLアマチュア無線ハンドブックの第2版:1970年版から簡単な受信機回路をピックアップして題材にする。1970年版だが実際には1968年2月の印刷物である。1968年式と言った方が適切か?

 この受信機は米国はARRLハンドブックに毎年掲載される球数のごく少ないシンプルな受信機をお手本にしたものであるが、日本人らしく細部で高性能化が試みられている。 日本のHAMは大半が高級指向であり、そのニーズに応えたと言えるだろう。 しかし、そもそもの良さである「シンプルさ」がかなり損なわれたように感じる。 高性能を目指すのであれば、無理に球数を絞らず高1中2形式に土台を置いた方が総合性能は良くなったのではあるまいか。製作に要する費用も手間もさして違うまい。いや、むしろ複合管の多用は配線が難しくなるだけではないだろうか。各段を別個の球に分けて最適な配置にした方が製作は容易になるはずだ。図の回路は見かけの球数が少なくても製作はかなり難しくなっている。真似て作るならそのあたりを考慮した方が良い。

                    ☆

 1968年と言えば、もうすぐ50年になるが著作権は残っているので残念ながら記事の全文は紹介できない。しかし、ざっと説明はするのでわかる人には十分な情報だろうと思う。

 受信周波数帯は3.5MHzと7MHzに絞っている。ダイヤル機構に扇形のダイヤル面を持ったフリクション減速型を用いるからだ。あまり減速比が取れないからジェネカバのような受信範囲にしてしまうと実用的なHAM用受信機にならない。 既成のコイル・・・例えばトリオのSシリーズコイルなど・・は使わず、エアダックスコイルを使って2バンドカバーにしている。 アンテナ同調回路はボトムカップリングのBPF形式で、イメージ比を良くすることを目的とした回路だ。同調バリコンに松下電器産業製(現パナソニック)のECV-2DX18と言う最大容量198pFの2連周波数直線型・・いわゆるF直バリコン・・・を使って短波受信機として最適化してある。 局発(同調)バリコンとは連動しないので別のツマミでプリセレクタ形式の操作となる。

 局発コイルもエアダックスである。カバー範囲が狭いので小容量の2連VC・・ECV-2RW20を使っている。これは通信機用で容量直線型max17.5pFの2連型だ。もちろん、ポリバリコンではなくて、エアーバリコンである。 バンド切換えは局発コイルのタップ切換えのみであり、アンテナ同調回路は切り替えない。 バンドを移るにはアンテナ同調のツマミを大きく回す必要がある。

 いきなり同調回路の話しに入ってしまったが、改めて回路の話しをしよう。真空管4本を使ったシングルスーパである。中間周波は定番の455kHzである。 この受信機のコンセプトは最少の球数で実用性能を持った受信機を作ることにあったはず。 整流管は使っていないから球数だけで言えば家庭用スーパと同じだ。 しかし、複合管や半導体を積極的に使って8〜9球分の高性能化を図っている。

 まずはミキサーと局発である。6GJ7と言うTVのチューナ回路用に開発されたフレーム・グリッドの高性能管を使っている。家庭用スーパでおなじみの6BE6よりゲインとS/Nを改善している。 局発回路はハートレーではなくて、周波数安定度に優れたVackar回路を採用している。 ミキサは第1グリッド注入型だ。 6GJ7のHigh-gmと相まって、低NFとハイゲインの両立を図っているフロントエンドだ。

 中間周波増幅(IF-Amp)はセミリモートカットオフ管の6EH7である。これもTV用に開発されたフレーム・グリッドの高性能管である。 ハイゲイン故に自己発振の懸念はあるが、1段増増幅なので何とかなるのであろう。 IFフィルタがロスの大きめな国際電気のメカフィルなのでゲイン不足の対策として6EH7を採用したものと思う。 なお、検波回路との関係もあってAGCは掛かっていない。カソード抵抗を可変する手動ゲイン調整が付いている。 受信中は結構頻繁に操作する必要がある筈だ。

 検波回路は6BL8の5極管部分を使ったグリッド検波型である。SSB/CWの受信時には同じ6BL8の3極部でBFOを発振させて注入する。 但し、管内容量によるBFO注入のようで意図的な注入はしていない。 ここにゲインのあるグリッド検波を使ったのは、ステージ数が少ないことによるゲイン不足を補うためだ。ダイオード検波だとゲインはマイナスになるが、グリッド検波ならプラスのゲインが稼げる。 BFOは安定度の良いプレート同調型発振回路を採用している。

 低周波増幅は6AB8の3極部と5極部の2段構成である。低周波ゲインのボリウムのあとすぐにダイオードを使ったクリッパ回路が入っているのはAGCが無いための対策である。 プレート電圧が低いこともあって1.4Wとあまりパワーは出ないが、受信音をスピーカの近傍で聞くHAM局には十分な電力だ。入力部のクリッパが無いと突然強い局が出て来たとき耳をつんざく大音響の危険がある。

 なお、カソードが共通になっていて使いにくい6AB8を使うメリットは少なさそうに思う。6AW8のような球にした方が良いのではないだろうか。パワートランスのヒータ電流に余裕が無いことによる窮余の策なのかもしれない。
 電源回路はシリコンダイオード2個を使った両波整流である。 大食いの低周波出力管をケチったので僅か50mAの容量で間に合わせている。 電源部が小さいと発熱も少なくなるので悪くない手法だと思うが、外付けのアクセサリ類に供給する余力がないのが気になる。

 感度としてS/N=10dBで0dBμ(=1μV)の感度があると言うから、家庭用の5球スーパとは一線を画す性能が得られている。 3.5MHzや7MHzと言ったローバンドには十分な受信感度である。 ハイバンドにはクリスタルコンバータ(クリコン)の付加で対応すれば良い。

 非常な拘りを持って設計製作された受信機だが、やはりAGCが無いのは欠陥だと思うので、ぜひとも付加すべきだ。そうすればAGC電圧を読む形式で、Sメータも付加することができるので一段と通信型受信機の体裁が整う。AGCは研究課題である。

コイル
 アンテナコイルにはエアダックスコイル:200509を使用している。 図の左はコイルの仕様である。もし持っていればカットして作る。 200509は直径20mmで、巻線の線径は0.5mm、巻きピッチ0.9mmである。アンテナコイル(34回巻き)のインダクタンスは10.2μHである。 局発コイルの方は200816を使う。 同じく直径20mm、巻線の線径は0.8mm、巻きピッチは1.6mmである。 局発コイルのインダクタンスは3.5MHzの時(42回)が10μHで7MHz(24回)が5.3μHとなっている。
 各エアーダックスコイルの入手はかなり難しいので、今となってはアンテナコイルはトロイダルコアで作るのが良い。 

 局発コイルは周波数安定度が問題になるので良い物を使うべきだ。 ボビンに巻線して自作する方法があるので何とかするしかない。

 左図にはないL4であるが、0.1μHのインダクタを使う。この受信機が設計された当時なら、TV用パーツとして市販品がたくさんあった。 いまならμ(ミュー)の小さなトロイダルコアに巻くか、空芯コイルを巻けば良い。同調コイルとの関係で最適値が変わるので2つのコイルがクリチカル・カップリング〜ややアンダーカップリングになるようインダクタンスを調整する。インダクタンスを大きくし過ぎると双峰特性になってしまうので旨くない。少なければ選択度は良くなるが通過損失が増える。

 他のコイルであるが、選択度はメカフィルで決まってしまうので、IFTは何でも良いだろう。High-C気味のIFTの方が自己発振を回避し易い。どうしても発振する時は抵抗器をかませてQダンプするしかない。 BFOコイルはIFTの改造で何とかなりそうだ。 アウトプット・トランス、電源トランス、平滑チョークコイルは今でも市販品があるので支障はない。

製作へのヒント
 まず、真空管だが初段の6GJ7に多少問題はありそうだが、他の球は支障なく手に入るだろう。ソケットを購入するのを忘れずに。全て9ピンのノーバー管用(9Pin−mt管用)で良い。周波数から見て、ステアタイトの必要は無くベークモールド型でも十分だ。

 後で触れるがDDS化などで局発は別途用意するつもりなら、初段は6EJ7の採用をお薦めする。 低周波アンプの6AB8は6AW8Aがお奨めだ。同等管もたくさん存在する。 検波の6BL8も同等に使える類似管がたくさんあって、6GH8系や6U8系でも良いからあまり支障はないだろう。IFアンプの6EH7は6BZ6や6GM6などで代替する手があるほか、ポピュラーな6BA6でも極端な違いは無いと思う。電源整流のシリコンDiはあまた存在するのでお好みで。1N4007などが手頃だ。

 選択度を決めるメカフィルの入手に困る可能性が高い。中古品は劣化している危険性が高い。代替案として、いま手に入るCollins製にマッチングトランスを付加して使う方法がある。もっと安価に行きたいなら、5素子の世羅多フィルタでも十分良い選択度が得られる。メカフィルにひけを取らないからお薦めの一案だ。

 アンテナバリコンは指定品の周波数直線型は入手困難を極めるだろう。 しかし、ここは等容量2連型の(ポリ)バリコンでも何とかなると思うので試してみる価値は十分ある。 局発回路のバリコンは何とか類似の市販品が手に入るようなので頑張って探すしか無いだろう。指定の型番に囚われないで、FMラジオ用の2連バリコンを入手すれば代替可能だ。最大容量20〜30pFの物が多かったはず。もちろん、エアーバリコンがベストだ。

 一番厄介なのはダイヤル機構の部分だろう。 丸形のバーニヤダイヤルを工夫して代替する方法がある。 あとは糸掛けダイヤルくらいしか思いつかない。 ジャンク品やオークションの出物は運が良ければ手に入るが、確実性が無いのが難点だ。

 いっそのこと、局発は思い切って近代化を図ってしまってはどうだろうか? DDSオシレータ+ロータリエンコーダ+デジタル周波数表示にすれば、ダイヤルの読み取り、操作性、周波数安定度のすべてが一挙に解決できる。ミキサー管のグリッドに4Vpp程度の局発を与えれば良いので簡単な回路で大丈夫だ。 DDS化はシャシ上の回路レイアウトにも自由度が生まれ製作しやすくなる。 DDSを使ってはいてもれっきとした真空管受信機である。(笑)

                ☆ ☆ ☆

 FBな市販品が溢れているし、中古品の無線機でさえ紹介した回路よりもずっと高級だったりする。 受信することだけが最終目的なら購入してしまうのが一番手っ取り早い。 しかし、手作り受信機で自分だけのオリジナルな無線局を構成したいなら再び注目しても良いのかもしれない。 ダイヤルメカなど入手性に問題のある部分は近代的な技術でカバーしてしまえば、メインの部分に真空管を残したまま高性能で実用的な管球式通信型受信機を自作することは十分に可能である。 いろいろ構想を膨らませながらお昼のひと時の息抜きになったなら幸いである。de JA9TTT/1

(おわり)

10 件のコメント:

T.Takahashi JE6LVE/JP3AEL さんのコメント...

加藤さん、おはようございます。

RF無しのシングルスーパー、同調回路は2段で切替無しで80/40mをカバーするんですね。
同調回路が2段なのは局発の輻射防止でしょうか?

当時と今とではパーツの希少性(価格)が異なるので状況は異なるのでしょうが、
現代ではとても高価なF直バリコンやメカフィルを採用するならもっと高級な構成で組みたくなりますね。

この手の受信機を計画すると最後にネックになるのがダイヤル機構とフロントパネルで、
バーニヤダイヤルだとイマイチだし、ダイヤルメカは入手困難ですし、糸かけダイヤルは製作難易度高いし。Hi
DDS+デジタル表示が一番簡単ですが趣が出ないのが難点で結局そこで放置になってしまいます(爆

JI1TWW/Handa さんのコメント...

加藤さん、おはようございます。

久しぶりのレトロなネタにつられて出てきてしまいました。
いわゆるTV球3xxx、4xxx、9xxx等は人気もなくこのような実験には向いています。
何かと球に注目が集まりますが、仰せのとおりそれよりバリコン、IFT、ダイヤル
メカのような機械部品の方が入手は困難です。でもギヤメカは「ラジオ少年」のHP
で9:1のプラスチック製のものがありました。大型のダイヤルツマミもあります。
プライスも安い!とは言いませんが現実的な値段でした。
一方、構造部品(シャーシ等)も深刻です。自作受信機の定番パーツと思える三角版
が入手できないのです。自作も可能ですがやはり板金加工は少ないに越したことは
ありません

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/JP3AEL 高橋さん、おはようございます。 ちょっと掛けておりました。

さっそくのコメント有り難うございます。
> 同調回路が2段なのは局発の輻射防止でしょうか?
それも有ると思いますが、イメージ比の向上が第1の目的でしょうね。 IFが455kHzなので7MHzでは苦しくなりますので。

> もっと高級な構成で組みたくなりますね。
昔は球の値段も高かったので、球数を減らすのは意味もあったと思います。高周波増幅が無ければバリコンも2連で済みますし。 でも今は球で作ること自体がとても贅沢なことですから変にケチった設計は意味がないと思うんですよ。hi hi

> デジタル表示が一番簡単ですが趣が出ない・・・
幾らかでも趣がでるようにニキシー管で周波数表示するのは如何でしょうか?(爆)

TTT/hiro さんのコメント...

JI1TWW 半田さん、こんにちは。

いつもコメント有り難うございます。
> 人気もなくこのような実験には向いています。
カラーTV用の球には高性能な物が多かったのですが、基本的にトランスレス用ですので旨く組み合わせて直列点灯になりますね。 旨く使うと安価で高性能な受信機が作れますね。 但し、融通性が少なくなるので差し替えには注意が必要で、最初のプランニングが大切そうです。

> 機械部品の方が入手は困難です。
昔の受信機に普通に使われていたような部品がとても希少品になってしまっています。 受信機の手作りはその辺の入手が課題になるでしょうね。 なるべく機構部品を使わない設計が良いと思います。 この受信機はバンドスイッチが簡単な物で済むのがとても良いです。

> 定番パーツと思える三角版が入手できないのです。
機械的構造を昔そのままに作ろうとすると入手できないものが続出ですね。 逆に今現在普通に手に入るものを旨く工夫すると言ったアイディアが必要そうです。昔のままを再現では部品をたくさん所蔵しているOMさんしか製作できませんね。 工夫すれば板金加工を減らせる可能性もあります。

JO1LZX 河内 さんのコメント...

加藤さん、皆さん、こんにちは。

皆さん機器製作において機構部品にはご苦労なさっている様子ですね。

JO1LZXのHPでは一寸したヒントになりそうな記述がありますので
是非ご覧下さい。
トップページの右下のリンクからどうぞ。

TTT/hiro さんのコメント...

JO1LZX 河内さん、こんばんは。

コメント有り難うございます。
> 一寸したヒントになりそうな記述があります・・・
FBな情報有り難うございます。 棚板受けを三角アングル板の代わりに使うアイディアはFBだと思います。 当然十分な強度も有るはずで、穴加工もしてありますからFBですね。

その他、管球式に限らず自作機器製作に役立つアイディアがたくさん紹介されていてFBでした。

JA9MAT さんのコメント...

こんばんは。楽しく拝見させていただきました。早速、手持ちを探しましたが6GJ7が無いのは当然だとしても、残念ながら6EH7も有りませんでした。Hi-gmなら6BX6、6R-R8、6EW6が有りました。局発はDDSとして、周波数変換をこのいずれかでやって、その後世羅多を通してからIFは普通に6BA6で一段、検波はプレートが2つ有る6AL5で検波とAGCとを分け、差動型FETアンプでSメーターを付けて、BFOとAF段はトランジスター化、電源は+B、ヒーター共実験用電源を使う等々...思いを馳せておりました。まずは手始めと思い、手持ちのRXの6BE6・周波数変換段のグリッドに、仰せの通り4V-ppのキャリアをDDSから注入してみましたらQRHフリーの安定したシングルスーパーに早変わりしました。しばらくこれでBCLです。

TTT/hiro さんのコメント...

JA9MAT 小町さん、こんばんは。 ちょっとご無沙汰でしたね。 JT-65でコールを拝見しています。ご活躍のようで何よりです。

コメント有り難うございます。
> 6GJ7が無いのは当然だとしても・・・
6GJ7はJAでは殆ど普及しなかったのではないでしょうか? 同じ用途でしたら、6GS7(4GS7)の方がポピュラーでしょうね。同じように使えると思いますが、DDS化されるならMixerは6BX6等で宜しいのではないでしょうか? 6R-R8も面白そうですね。

> 等々...思いを馳せておりました。
構想を練るのは楽しいものですよね。 IFが6BA6でしたら2段増幅にすれば余裕が生まれAGCの効きも良くなりそうです。 最初から2段増幅にするつもりなら、gmは低いのですが6BD6の方が完全なリモートカットオフ特性の関係からAGCの感触は良くなると思ってます。

> DDSから注入してみましたらQRHフリーの安定したシングルスーパーに・・・
やはり今どきの受信機は周波数安定度がポイントですから、DDSで周波数を決めてしまえば管球式受信機でもバッチリだと思います。hi hi

色々構想を練られて、FBなRXを製作されて下さい。 自作RXで聞くHAM-Bandはひと味違いますよね。(笑

JA9MCH_tanutanu さんのコメント...

加藤先輩 おはようございます。

お仕事の都合で、/2になり、単身赴任となっています。自分の時間が増え、大須もあり電子工作や
レストアの時間ができるという計画でしたが、思いのほか夜のお付き合いとかいろいろで、思うよう
にはいきません。DDSでハイブリッド受信機そそりますが、結局、企画だおれで部品を死蔵になり
そうな。。。。ブログ楽しく拝見させていただいています。

JA9MCH/2 和田

TTT/hiro さんのコメント...

JA9MCH/2 和田さん、こんにちは。 少々ご無沙汰でしたね。

コメントありがとうございます。
> レストアの時間ができるという計画でしたが・・・・
なかなか思惑通りに行かないようですね。hi hi 飲み過ぎで肝臓を悪くしないように気をつけて下さい。 健康第一ですから。

> DDSでハイブリッド受信機そそります・・・
真空管機にDDSなんて・・・と言うご意見もあるんでしょうが、VFO部が半導体のRigと同じようなものと思えば違和感もありませんよ。

> 企画だおれで部品を死蔵になりそうな。
構想段階と実現段階の間には大きな壁があるので、相当努力しないと超えられませんね。

Blogをお楽しみ頂いているようで良かったです。 お元気で活躍されて下さい。