【電子管】Testing the Battery Tube I-F Amp. : 1AJ4 / DF96

【電池管のI-Fアンプを試す】

introduction
I'm testing a vacuum tube, 1AJ4/DF96, designed for portable radios using dry batteries. Developed in the 1950s, these tubes are less efficient than those used in AC-powered radios.　Ingenuity is required to use them well.　The 1AJ4/DF96 circuit's I-F Transformer is key.　I've tested and made the Practical IFT for this tube. (2025.01.29 de JA9TTT/1 Takahiro Kato)　

【五極管:1AJ4/DF96】（電池管）
　変わりばえのしない先頭の写真ですが、これはI-Fアンプ：中間周波増幅管の1AJ4/DF96です。フィラメント電流が25mAという省電力な電池管を試用する第2回目です。

　RCAの電池管シリーズで言えば1T4に相当する球です。　そう言われてもたぶん電池管マニアでもなければ1AJ4/DF96はおろか1T4にさえ馴染みはないでしょう。　私もこれでラジオを作った経験はありませんし、これらを使っているラジオに触れた経験もありませんでした。

　電池管式のラジオといえば、私が小学・低学年のころ興味深く眺めた記憶があるだけです。　近所で電気とか鉄道模型にやけに詳しい中学のお兄さんがおりました。　当時、私は鉄道模型が好きでした。見せてもらいにお邪魔したときお兄さんは弁当箱サイズのラジオを聴いてました。　たぶんその時が現役の電池管ラジオを見た最初で最後だったように思います。
　中身を見たわけじゃありませんがトランジスタ・ラジオが一般的になる以前でしたし大きさから見ても電池管式のラジオだった筈です。

　その後数年で急速にトランジスタの時代が訪れたので電池管に接する機会はありませんでした。　トランンジスタの普及で、大柄で性能も良いとはいえず、しかも経済性（ランニングコスト）に劣った電池管を使う合理性はなくなったのでしょう。電池管は過去のデバイスとして葬り去られてしまい、もはや雑誌の製作記事に登場することはありませんでした。

　ラジオ工作の経験といえば、ゲルマ・ラジオの次は1石ラジオとか2石のレフレックスでした。　あと6BA6とか6BM8といった普通の真空管を使ったラジオやアンプ、ワイヤレス・マイクを作って遊ぶのが定番でしたね。　そうこうしているうちに免許を取ってHAMになってしまいました。　「HAM＋電池管＝3A5の6mトランシーバ」を連想しそうですが、もうそういう時代も終わってました。　TRIO TR-1000（トラ千）が誕生していたのです。

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　電池管でラジオを作ってみてからシンプルなHF受信機の製作を目指します。　まずは電子デバイス・・ここでは電池管ですが・・を使うための基礎的な実験を進めています。　性能に劣るかなり古い電子部品ですからこれから手に入れる意味はないでしょう。　手にする機会があれば試すと楽しいですけれど積極的にお薦めするようなものではありません。　永く眠ったままだった手持ちを蘇らせてみるという私的なお遊びの一環です。もしチョット興味を覚えるようでしたらこの先を覗いてお楽しみください。　ご感想・コメントもどうぞ。

【I-F Amp.：テスト回路】
　さっそくテスト中の回路です。今回はコンバータ回路と中間周波増幅：I-F Amp.を合わせて検討します。

　スーパー形式で一番難しいコンバータ回路は既に検討したので、I-F Amp.を足しただけではちょっと面白味に欠けるかもしれません。　しかしコンバータ回路だけでラジオを試してみるのは無理があります。

　まあ、初段IFTのあとすぐにゲルマ・ダイオードで検波すればクリスタル・イヤフォンくらいなら鳴りますけれど・・・I-F Amp.ナシでは感度はだいぶ悪いです。w

　実用になる普通の電池管ラジオは4球式でした。　典型的な例としては前回のBlog（←リンク）のメーカー推奨回路があります。　その性能は大雑把に言って後世の6石トランジスタ・ラジオ並だったようです。（いや、良くできた６石スーパーには勝てないかも・笑）

　まずはI-F Amp.：中間周波増幅まで作ってゲインや感度を評価してみることにしました。　ただ、I-FAmp.の所で切ってしまうとラジオらしい評価はほとんどできません。　検波回路を加えることにします。　これでラジオ放送を受信し「音として復調」したり、AGC/AVC回路の働きを評価することができます。　コンバータ回路から検波回路までを作ってみることにしました。

　なお、本来は検波用の二極管を含む電池管・・・例えば1AH5/DAF96あるいは1U5-SFを検波に使うべきです。　使ったブレッドボードにスペースが無かったのでゲルマニウム・ダイオード(Ge-Di)で検波することにしました。　Ge-Diの方がだいぶ性能が良いのが気になりましたが、それを割り引いて評価すれば良いでしょう。

【BBで試作】
　例によってブレッドボードでテストします。　前回のコンバータ回路にI-Fアンプを加えました。二球分を載せるために作り替えています。

　IFT（中間周波トランス）にはトランジスタ・ラジオ用を使いますが、2個の2次側を突き合わせにして使い2つのIFT間はコンデンサ結合にしました。これを二組作ります。　かつては電池管に適したIFTも存在したようですが今さら手に入りません。代替としてトランジスタ・ラジオ用を使いました。

　電池管用のIFTは6BD6や6BA6と言った普通の真空管用とは設計が違います。　電池管の相互コンダクタンス：gmはかなり小さいため、十分なゲインを得るためにはIFTの共振インピーダンスを高くする必要があります。1AJ4/DF96のgmは6BD6と比べ1/3くらいです。

　その対策の一つとして負荷Q：QLを大きくする方法があります。　しかしこれには限界があってせいぜい30%アップが限度でしょう。　もう一つとしてはIFTの同調コンデンサの容量を小さくする方法です。　共振インピーダンス：ZL=ω・L・Qですから、Lを大きくしても良いわけです。
　それで、一般的なIFTでは150pFくらいのコンデンサを使うのに対して100pFあるいは75pFのように小さくしてLの方を大きくするわけです。もちろんこの方法は良いことばかりではなくて副作用もあります。

　このTr用IFTの同調容量は180pFでQu=80です。　そのため共振インピーダンスはそれほど上がりません。　しかしゲイン過剰にはならず、むしろ動作は安定します。　通信用としてI-Fアンプを2段にする可能性もあって、それなら1段あたりのゲインを欲張る必要はありません。　２段増幅にするときはIFTだけに頼らずI-Fフィルタの追加も考えるべきです。

【中間周波トランスの特性】
　このラジオに使った中間周波トランス：IFTの特性を示します。Trラジオ用のIFTを組み合わせています。

　Tr用IFT2個で作った「IFT」の特性を実測しています。　IFTのリンク側の巻線間を150pFで繋いだものです。　左図は縦軸の１目盛が5dBです。実際の回路ではこれを2組使います。 従って縦軸を２倍の10dB/divと読めばオーバーオールの選択度も予想できるでしょう。　測定には「IFTの特性評価治具」を使いました。

　2段目はダイオード負荷なので、負荷Qが低下してやや選択度は悪くなるでしょう。　しかし概ねこの程度の選択度になると思っています。　一般的なラジオの聴取には十分な選択度が得られました。　実際に大きなアンテナをつけて夜間にラジオ放送を受信しても混信はあまり問題になりません。　通信機用としては選択度不足ですが電池管で作る以上、高性能な受信機は目標にしないためこれで大丈夫そうです。　未検討ですが150pFの結合コンデンサの代わりにセラフィルを入れる方法がありそうです。

【検波出力（低周波）】
　検波出力、復調された低周波信号を示します。今回はゲルマ・ダイオードで検波しました。

　1AH5のような検波管では二極管部の内部抵抗が大きいためもう少し小さな出力になると思います。　しかし十分高い負荷抵抗を選べば極端な違いはないでしょう。　案外大きな検波出力が得られます。（NHKラジオ東京第１放送・JOAKを受信）

　この低周波出力を実験用ステレオ・アンプ：PAF-303に加えてラジオ放送を聴いてみました。　選択度の関係でややハイが切れる感じはありますが音質は良好です。　意外に大きな出力が得られるので低いインピーダンスに変換した上でAMチューナのように使うという活用方法もありそうです。　大きなアンテナで試している関係もありますが、夜間ともなると遠距離のAM局がずいぶんたくさん聞こえてきます。（Quad-Band Inverted-V ANT使用）

　AC電源で使ったのではコードレスにできるという電池管のメリットを活かさないことになるのですが「電池管を使ってみたい」という目的にはマッチしています。（笑）

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【トラッキング調整を振り返って】
　実際にラジオを受信して性能を確認するために一般的な手順に従ってトラッキング調整を行なってみました。　すこし苦労しましたが何とか設計通りに調整できました。

　苦労したのは局発のカバレッジの確保です。受信範囲は520kHz〜1620kHzなので、局発は975kHz〜2075kHzを発振する必要があります。　予想通り2次側のフィードバック・コイルをたくさん巻いた局発コイルはストレー容量が大きいのです。　そのためブレッドボード自体や配線等による追加のストレーをできるだけ減らさないと受信周波数の高い方が伸びません。　実際1450kHz以上が受信できない・・と言うようなことが起こります。

　ブレッドボードではなく実配線で製作する際もなるべくストレー容量を増やさぬよう部品配置の最適化と短い配線を心掛ける必要があります。局発コイルの各端子の扱い方によっても影響があります。
　そしてもし可能ならmax275pFではなくmax340pFくらいある２連バリコンで設計すると楽になります。前回のBlog（←リンク）にある局発コイルの設計を改めて参照を。

【1T4-SFを比較する】
　I-F増幅管を1AJ4/DF96から1T4-SFに交換してみました。1T4-SFは松下のDシリーズ管に対抗するために登場した球です。無印の1T4のフィラメント電流を半分にした省エネ管です。

　1AJ4/DF96と1T4-SFのピン接続はまったく同じです。従って差し替えて比較が可能です。（注：コンバータ管の1AB6/DK96と1R5-SFはピン接続が異なり、応用回路も違うので差し替えて試せません。配線の変更を要します）

　1T4-SFに交換して比較しましたが、殆ど同じでした。どちらも中古の球ですけれど。　感度・音量ともに違いは感じませんでしたので同等の性能であることがわかります。　詳しく測定するとAGC/AVCの特性に幾らか違いがあるのと、Ipがやや少なく済むので1AJ4が幾分か優れるようです。

　松下電器を除いた他社はフィラメント省エネ管として急遽-SF管を作ったわけですが十分対抗できるだけの性能に仕上がっていたようです。　コンバータ管は別としても、松下のDシリーズ管と-SF管を混ぜて使うことも十分可能そうです。少し手持ちがある-SF管も活かせるでしょう。

【1T4なら入手は容易】
　I-F増幅管：普通の1T4なら入手は容易です。1T4はI-FアンプやRFアンプに使える汎用性のあるRF用電池管です。　もちろんオートダイン検波にも使えます。シンプルなラジオに好適でしょう。　写真の1T4は米国から通販で購入しました。
　Pro/Commというのは販売商社のブランド名です。市場に残っていた古い電子部品を自社ブランドに書き換えて販売する会社です。おそらくこの1T4は欧州系で、元はどこかの古い在庫品でしょう。

　ヨーロッパにはPhilips製のDシリーズ管がまだ残っているようです。探す手間と費用を惜しまなければ十分入手可能だと思います。

　国産の松下製も一般的には用途の限られた「猫またぎ」な球なのですが、古くて珍しいというだけで価格高騰するようです。　頑張って製作しても得られる性能には限界がありますから法外なお値段の球に手を出したら詰まらんでしょう。明らかに性能が悪い真空管です。　そのあたり、よく吟味して入手されますよう希望します。　こうしてBlogで電子部品を扱うと認知されて価格上昇に繋がってしまわないか、いつも心苦しく思っています。（使い方がわかると人気が出るわけなのですが・・・笑）

　フィラメント電流が2倍になっても構わないなら写真の1T4など50mAのシリーズは比較的安価ですし入手も容易です。米AES,etcで普通の値段で買えます。（円安が恨めしいが）　フィラメント電流が大きい分だけ性能も良くなるので汎用に使い易いでしょう。

　電池管をあまり好意的に書きませんでしたが、低性能ではあってもAMラジオくらいなら十分鳴ってくれます。間違って買っちゃった貴方も安心を。　あきらめずに活用を！　電池管はスイッチオンで即働くのでトランジスタのようで面白いです。（実際には1秒くらい遅れる）

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　30年くらい前ですが、電池管を使ったポータブル機を計画したことがありました。　1T4-SFを使ったVXO回路で7MHzを発振しファイナルにパワー管の3A4を使う予定でした。　せいぜい1〜3Wの出力を狙ったQRP機です。電源はDC/DCコンバータを作りました。
　しかし確実なはずのVXOがぜんぜん発振してくれないのです。 VXO回路は単なる水晶発振器と違って、よりgmの大きな真空管が必要なのでした。　1T4-SFのように低性能な電池管ではVXOは無理だったのでしょう。　結局ここで断念してしまい計画中止になりました。

　今でしたら単純な水晶発振回路で行くか、電池管に向いた自励発振器(VFO)を作って実現する方法があったと思っています。　半導体の助けを借りてしまえば楽になるので、拘らずにハイブリッド構成でも良いのかもしれません。　そう考えるとDDSやPLLのチップを使ったVFOもアリなのかも知れませんが・・・。（それじゃ面白くないですかね・笑）

　米軍用機ではポータブルな機器を中心に電池管もかなり使われていました。　工夫すれば本格的なRigも可能でしょう。　しかし新規に買い足してまで製作するほどの魅力はないかも知れません。なるべく手持ちの電池管でやりくりしながら楽しむ範囲が適当そうです。　有るものを活かして楽しむという本来の趣旨にも添います。

　AMラジオでしたらあと２球足すと4球スーパが作れます。　もう少し高性能な「受信機」ならさらに２〜３球必要そうですね。　実際、米軍用HF帯フィールド・トランシーバであるGRC-9/RT-77の受信部は七本の電池管で実戦用の性能を実現しています。　どこまで楽しもうか思案している所です。ラジオ＋αなら手元の電池管だけで間に合いそうです。　とりあえずは４球ラジオを鳴らして性能をお味見するのが先決でしょうか。　次回は低周波アンプ以降を予定しています。　この続きは部材準備の都合で暫く間があくかも知れません。　ではまた。　de JA9TTT/1

＊何かわからないところがあればコメント欄を使ってください。
→私がわかってる範囲で返信いたします。

（つづく）nm