【回路】Transistor Balanced Modulator, Part-1

【回路：トランジスタを使ったバランスド・モジュレータ】

 【トランジスタでバラモジを】
　SSB送受信機でおなじみのバラモジ（Balanced Modulator：平衡変調器)と言えば、ICを使った物が人気です。　古くはMC1496Gがあり、その後はSN76514NやSN16913P、国産ではTA7310PやTA7320Pがありました。そしてSA612まで様々なものが登場しました。　しかし、その殆どが生産中止品になってしまいました。

　では、IC-DBMを使う以外に方法はないのでしょうか？　もちろん、Quad-Diodeを使ったリング・モジュレータも良く知られていますが、どうも人気がないように思うのです。解説記事を読むと入出力端子の終端インピーダンスが決められていて、キャリヤ信号にパワーが必要といった「使いにくそう」な印象を受けるのが敬遠の理由かもしれません。（実際はそうでもないのですが・・・）

　IC-DBMが品薄ならダイオードDBM（←別のBlogにリンク）をお薦めしたいところですが、トランジスタやFETを使ったアクティブ・タイプのバラモジがあるのを忘れてはいけないでしょう。　ここでは、ちょっと珍しくなったトランジスタ式のバラモジを再評価してみました。　トランジスタ式は入出力インピーダンスに自由度があり、ゲインもあることからキャリヤ入力も変調信号も小さくて済みます。これはIC-DBMの使い易さに通じるものです。ですからもっと着目しても良いと思うのですが・・・。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　☆

　このBlog、オンエア用の話題作りが目的ではありません。口ばっかしで自作は一切しない人なんてお呼びじゃないのです。そう言う目的のお方は早々にお帰り願いたいものですね。逆に電子回路を作って遊んでみたい人はこの先も是非お付き合いください。（笑）　

【トランジスタ式バラモジのテスト回路】
　簡単に作れて性能が良く、しかも特殊部品を使わない回路を考えてみました。 　バラモジで最も重要なのはキャリヤ・バランスにあります。まずはデュアル・トランジスタを使うことで平衡度を確保する作戦です。

　ここでは往年の銘トランジスタ：2SC1583（三菱）を使ってみました。hFEランクはFです。　この差動回路になった上段のトランジスタに変調信号・・・即ち音声信号を加えます。　下段のキャリヤ入力側トランジスタにはこれまた往年の銘トランジスタ：2SC372Y（東芝）を使っています。但し、沢山あったから使ったまでで2SC1815Y（東芝）でもOKです。もちろん2SC945（NEC）や2N3904（Fairchildほか）なんかでも大丈夫です。

　IC-DBMと違ってバイアス回路が要るので外付け抵抗器が多くなります。それでもMC1496Gを使うと思えば同じか、やや少ないくらいでしょう。意外に簡単な回路で済むことがわかります。

　この回路はシングル・バランスド・モジュレータ（SBM）です。　DBM（ダブル・バランスド・モジュレータ）と何が違うのかと言えば、キャリヤ（搬送波）はバランスして出力に現れませんが、音声信号（変調信号）の方はバランスしないところです。Q1aとQ1bのコレクタ側に増幅されて出てきます。　しかし、それで支障はありません。アウトプット・トランス：T1は高周波用なので低周波は通しません。従って低周波の音声信号は出力端子には現れないのです。　この例のように9MHzのキャリヤ信号と低周波の音声信号のように周波数が離れていればDBMではなくても支障なくSSB送信機に使える訳です。目的如何ですが、DBMではなくてSBMで十分なことも多いでしょう。

 【DSB出力】
　テストは9MHzで行なっています。　ブレッドボード製作では少々辛くなってくる周波数です。　それでもこの程度のDSBは十分得られています。　40dB弱と言ったところでしょうか。キャリヤ・サプレッションもまずまずと言った感じなのはおわかりでしょう。　GNDの配線が合理的にできる専用プリント基板や、ユニバーサル基板で製作すればキャリヤ・サプレッションは一段と良くなります。ベタGNDの基板上に作るのも良いです。

　トランジスタのベース変調を基本とするので、幾らか変調のリニヤリティが悪い感じもしますが、実際のところIC-DBMとさした違いは無いようです。　キャリヤ入力も変調信号も100mVpp少々与えてやれば良いのでとても使いやすいです。　例えば、マイクにECMでも使えば１石マイクアンプで十分変調が掛かります。　キャリヤの方も同じで簡単な水晶発振回路で十分でしょう。バッファ・アンプを付ける必要もないと思います。　トランジスタを使ったSBMをきちんと作ったことはありませんでしたが、これは意外にイケル感じです。

 【失敗は成功のもと】
・・・とは良く言ったものです。これは失敗作の方です。何が違うのかと言えば、アウトプット・トランスが同調形式になっています。　その部分のみ上記回路図とは違います。

　同調トランスを使うと（１）高調波の抑制などスプリアス特性が良くなる、（２）インピーダンスが高めになるので大きめの出力が取り出せる、などのメリットがあります。　ですから昔の回路例を見ると同調トランス形式になっているものが多いのです。　しかし、この形式で試作して思ったような成果が得られなかった人は多いのではないでしょうか。　要するにキャリヤ・バランスがどうもうまく取れないのです。　キャリヤ漏れが多くてはバラモジ失格ですから「使えない回路」と思ってしまうでしょう。

 【アウトプット・トランスが肝】
　トランジスタの左右。即ちQ1aとQ1bのバランスが確保できるようにデュアル・トランジスタを使うくらいですから、アウトプット・トランスのバランスもたいへん重要です。

　実は、この部分が最も難しいのです。　写真は東光の13Kと言うボビンに巻いたものです。　13Kは10Kと良く似た構造ですが、外側の壷型コアがないのと巻き溝が大きくできているのが特徴です。１次側と２次側の巻き線が緩く結合するトランスも作ることができます。　複同調型IFT向きと言った感じのコイル形式です。　ずいぶん前に秋月電子通商（信越電機時代かも）で売られていたTV用のIFTジャンクと思われるものを改造して製作しました。

　一つは2本をよじった線でバイファイラ巻きで作りました。　もう一方は13Kコイルの構造を旨く使い、中点タップが維持されるよう巻き溝を交互に使う形式です。　これが良好な性能だったなら製作方法を詳しく説明するところなのですが・・・。

　平衡度についてよほど周到に考え、なおかつそれが実現できるような巻き方を実現しないと思ったような結果が得られないのです。　もちろん、そうしたトランスが作れない訳ではありません。しかしけして易しくないのです。イイカゲンは通用しないので万人向きのコイル作りとは言えないのです。　失敗作ではありましたが、この部分が性能を決めることが良くわかったのは収穫でした。良く考察すれば「失敗は成功のもと」になります。（笑）

【フェライトビーズにトリファイラ巻きが良い】
　同調形式のアウトプット・トランスに未練も残るところですが、ここはあっさり写真の形式で行くことにします。　フェライトコア（フェライト・ビーズ）にトリファイラ巻きで製作します。既に多くの実績がある方法です。

　この形式で作ったトランスの平衡度はかなり良好です。製作のポイントは（１）透磁率：μの大きなコア材を使うこと、（２）巻き数はそこそこ多めにする、（３）巻き線は３本を良くよじったものを使う、（４）引出し線の長さも揃える・・・と言ったところです。

　なお、透磁率：μの小さなTシリーズのトロイダルコアで、同調形式で行く方法もあり得ますが、上の13Kを使った例と同じ問題に遭遇する可能性もあって得策とは言えないと思います。ここは平衡度のみを追求する方が製作は容易です。（１）〜（４）を実現する方が良い選択と言えます。　上の写真のDSB信号はこのトランスを使った例です。　このフェライトビーズは容易に手に入るので13Kコイルに巻くよりも普遍性があります。見ての通り巻き方も難しくなく、コストが安いのも有難いです。　ここではわかり易いように３色を使いましたが、単色の巻き線でも間違えないように結線すれは大丈夫です。

　昔の設計でこうしたコアを使ったトランスの使用例が少ないのは、巻くためのコア材の入手が一般化していなかったからです。　μ（ミュー）の大きなトロイダルコアが手軽に入手できていたなら非同調形式のアウトプット・トランスも積極的に採用されていた筈です。その方が作り易いのですから。　今ではフェライトビーズ：FB-801-#43が通販で全国どこからでも手に入るようになっています。FTシリーズのトロイダルコアに巻いても良いのですが、フェライトビーズで代用すればお値段も数10円とお手軽です。

 【デュアル・トランジスタでなくても】
　そうは言っても、デュアル・トランジスタなんか持っていないよと言われそうですね。　もちろんトランジスタの平衡度も大切だからデュアル・トランジスタを使うに越したことはありません。　三菱電機の2SC1583は安くて良い石だったのですが既に生産中止品です。　オーディオ・アンプでの需要もあったのですっかり枯渇していています。

　しかし諦める必要はありません。同じ型番のトランジスタで、hFEランクが同じものを2つ使えば十分キャリヤ・バランスがとれます。デュアル・トランジスタでなくても大丈夫です。　この回路ではどちらかと言えば、アウトプット・トランスの平衡度の方が支配的なのです。　この写真のように同じ銘柄の石を２個使えば十分良い性能のバラモジが作れることがわかりました。　もちろん写真のようなレトロな石ではなく高周波用の2SC1923や汎用品の2SC1815ほか、シリコンの小信号用なら大抵のものが使えると思って良いです。（実はゲルトラでも作れます）

　万全を期したいなら、hFEを実測して選別し、良くマッチしたものを２つ見つけたら良いでしょう。　まあそこまでしなくても写真のようにYなりGRなり、hFEランクを合わせてやれば実用上支障は無いです。
　昨今はリード線付きのトランジスタは廃番ばかりになっています。リード付きデュアル・トランジスタの入手は難しいかもしれません。しかし表面実装用トランジスタには良さそうなデュアル・トランジスタがあります。　直接専用基板に搭載するのが理想ですが、455kHzはもちろん9MHzあたりのHF帯でも変換基板で十分行けます。選別の手間を省き、デュアル・トランジスタでやりたいなら試してみると良いでしょう。調べたらROHM社のトランジスタに安くて良いものがあるようでした。

参考：デュアル・トランジスタ（２つの特性が良くマッチした2個入りトランジスタ）を使うのは温度の変化など環境の変化で個々の特性に違いが現れないようにするのが目的です。従ってバラモジには有利です。しかし実際に個別のトランジスタで組んでも十分使えるのも事実です。それが現実的な手法と言えます。もちろん精神衛生重視や、理屈重視ならデュアル型を使うべき。

【オマケ】
　東芝のハカマ付きトランジスタを見ると「萌える」お方が多いそうなので、オマケ写真を付けておきます。（笑）

　この形式のトランジスタは「Eパック」と言う組み立て方法で作られています。（製造工程の呼び方は各社で異なる）　シルクハット型キャップを治具に裏返して並べ、キャップの穴にリード線の先にトランジスタチップが付いたものとエポキシ樹脂を挿入して固めるのです。今のTO-92型パッケージとはまったく違った組み立て方法で作られていました。シリコンのチップに機械的なストレスを与えにくい良い組み立て方法に思えますが、量産性では劣っていたために廃止されたのです。

　自作も長いので、こんな旧型トランジスタがまだたくさん在庫されているので積極的に使うことにしています。そうしないととても消費しきれません。カタチは旧式でも性能は十分なので困ることはありません。もちろん、旧式をわざわざ探すまでもなく現行品トランジスタで代替して支障はないです。安くて性能が良いトランジスタがたくさん登場しています。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　☆

　バイポーラ・トランジスタを使ったバラモジ（SBM)はなかなか良さそうです。　ありふれたトランジスタ３つで作れるのが良いです。　かなめになるアウトプット・トランスも安価なフェライトビーズの活用で誰でも容易に製作可能です。　IC-DBMのような使い易さが実現できるのでもっと採用したい回路です。　昔々、同調トランス形で製作して旨く行かなかった人にもリベンジのチャンスでしょう。　いずれSSBジェネレータの形に纏めようと思っています。

　生産中止になった部品を必死に求める人がおられるようです。機器の交換修理用ならやむを得ませんが、新規製作ならもう少し柔軟に考えては如何でしょうか？　ダイオードDBMも使い方しだいで扱い易くもなります。　あるいはここで紹介したような、トランジスタを使ったSBMでも十分な性能が得られることがわかります。ポイントをわかって製作すれば失敗することもないでしょう。　姿を消したような部品を探し求めるよりも、回路の機能を理解して同じように使えるもので工夫したら良いです。同じ機能実現の為の手段は無数にあると思うべきです。de JA9TTT/1

（つづく）←FETを使うSBMで作ったSSBジェネレータへリンク