FET検波の簡易ラジオ

簡単な回路ですがFET検波をすることで意外に感度の良い物がつくれました。

2022年1月20日

まずは以前に実験したのが次の回路図です

いま実験中のものは3Vで動かすAMラジオなので、以前の1.5V仕様から3Vに合わせて定数を変更しようと思います、このままの回路定数で12Vくらいまで上げても使えることは以前の記事で説明してますが、気持ちは大事だよね、だから3Vに合わせて軽く調整です。

そういえば、感度上げるのに軽く再生をかけていたけどね、それは止めました。まったくスッピン状態のFET検波回路です。

蛇足ですが、前回2SK2881は高周波でも使えることを確認したので、今回もついでに2SK2881-Eと付け替えてテストしてみたら、やっぱそのまま動きますな　んー使えますよこれ

ただし、検波出力が30%くらい低下したので、ソース抵抗を変更し最適値をさがしてみたら14kΩ以上にすれば良好に動作するのを確認しました、でも少し2SK241GRに及ばずって感じ。

ソース抵抗はどっちのFETでも使えるように15kΩとしてもいいけれど、残念なことに足の並びが違うから基板（PCB）にしたときに困らないよう、しばらくは王道の2SK241を使うことにします。

検波出力の波形をオシロで観測していて　ずーっと気になってることがありAMの検波回路は奥が深いなぁと痛感

とりあえず　今日はここまで　続きまたこんど

2022年1月22日　実験のつづき

気になっていることは2つあります

1. 検波出力の波形を観測したら上側が早くクリップしている様子で上下均等にならないです、音を聞いても何かが足りないような・・・　なんでやろ
2. バーアンテナの性能に助けられてアンテナ無しでスピーカーもガンガンに鳴りはするが小さいバーアンテナで実用性能がでるようにしたいのだ。

波形の片側がクリップ気味なのは、推測ではあるが検波用FETの動作点が関係しているのかも知れなんぁ？

検波動作している動作点の領域はリニアではないので当然の結果なのかもしれない。実は密かに音のいいAMラジオを企んでいたので、この壁を越えられない気がして心配だなぁ

とりあえず、先に進むためには小さいバーアンテナでもよく聞こえるようになんとかせんとダメなんよ、音のことはあとで考えよう。

でっ高周波増幅回路を追加することにしたものの、この回路の前後に同調回路をつけるとしたら手持ち部品では昔々のTRIOからでていた高1再生ラジオのコイルキットしか持っていないのである、若い人は知らないよねそんなコイルキットなんて、ちょっと画像でお見せするよ。

こういうの見て楽しく感じるのはワシだけか？　マジで高1って書いてるあるのは笑える気もするが美しいコイルとセットで回路図と実態配線図まで付いているのが楽しすぎるぞ

話しがそれたが5.3cmのバーアンテナは1個しか持っていないのと、前後にバーアンテナの同調回路入れると発振確定なので高周波増幅の負荷には同調回路を入れないで計画することにした。

とりあえず、こんな回路でやってみた。

ここの回路図に書いている定数は実験後の安定動作する状態のモノなので概ね今回の実験としては完成型です。

この回路図の特徴を書き出しておこう

Q1の高周波増幅段ですが、最初はドレインの負荷に抵抗でやっていたが2SK241GRのIdssの都合で電流量が多くドレイン電圧が下がりすぎるためチョークコイルにしました。なんで39mHなのかについては1mH・4.7mH・10mHと順次付け替えてみたら39mHが一番感度が良かったから、手持ちの都合ではありますが、とにかくこれが良かった。DCRを測ったら307Ωもあったのでここで0.5Vくらいドロップします。でも抵抗負荷だとQ1のドレインは0.8V以下の状態なのでチョークコイルがいいと思います。

Q2の検波回路は従来通りでQ1との結合は0.01μFなので、ここは容量をあれこれ変えてみるといいかもしれないと思ってる。

Q3のAFアンプは、あまり利得を取っていないけど、これがないと先日作った3石AFアンプをドライブしきれないので入れてます。ここでは2SK2881-Dを使いましたよ、これタイプEにするとIdssが大きくて電流が2mAだったかな、流れすぎのためQ1同様にドレイン電圧が下がりすぎます、それでタイプDにすることで電流を下げました。

高周波増幅1段は、期待以上に効果的で、いままで4.5cmのバーアンテナでは感度が悪くて使えなかった、今回は違うねえ　アンテナ無しでガンガン聞こえますよ、しかも音質が改善されました。

音のいいAMラジオに1歩近づいた気がする、それと更に別の小さな野望もあり、それにも近づいてきた気がする。

ここで　また別の問題が発生

ここまでの実験で新たな疑問にぶち当たりました、14cmのバーアンテナで実験していた時は、すごく選択度が良くて逆に不思議だったのが、こんかい高周波増幅1段の回路にしたとたん選択度が悪くなってしまった、この様子はゲルマラジオに大きなアンテナを繋いで聴いてるのとよく似た状態ですな。この選択度の低下の原因はなんだろう。

バーアンテナのQがどうとか考えた人はちょっと外れかもね

ワシも最初はそうかと思って14cmのほうと入れ替えたみたが選択度の悪さは改善されんかった、なんでやろな

あっ　なんか大事なこと忘れてた　FET検波の簡単ラジオが主題だったのに複雑にしてしまった。

つづく

2022年1月23日　つづき

先日までの内容のまま進んでいると複雑化の一途なので少し頭を冷やして課題に取り組んでおこうと思う。

そもそもFET検波にしようと思ったのはゲルマラジオより感度がいいからだけど、これを普通の「トランジスタ検波じゃダメですか」って聞かれたら、簡易を目指すならダメってことにしておく。

FETのまま同調回路の2次側に接続してみたが感度がガタ落ちする。トランジスタだと入力インピーダンスがFETよりはずいぶんと低いので同調回路に直結すると選択度がガタ落ちになるのとFETほど感度が上がらないのを確認した。それとトランジスタ検波の時、検波出力があまり美しくなかったのも理由「ただし、回路や動作点を追い込めばいい結果が出せるとは思います」。

そんなことを悶々と考えながらさっき実験していたら意外なことを発見？体験かな？

2SK192Aをたくさん持っているので、ちょっと試してみた。　2SK241GRと差し替えてみたんだけど、驚いたことに使い物にならんかった。Idssが多いみたいでドレイン抵抗を2.2Kに変更し3Vから5V以上に電源電圧を上げる必要があった、それでようやくラジオとして動作するようになったけど実用性は無いと言えるほど残念な結果だった。

続いて2SK2881-Dを試してみた、タイプD（ランクDの方が正しいかも）はIdssが少なくて2.5から6.0mAのランクです、ぺるけ式アンプにはランクE（Idss5.0から12mA）を使ったけど、今回のラジオには消費電流を抑えることができるランクDがちょうどいい。この2SK2881-Dは1.4Vまで下げてテストしました（※1.5V以上の電源電圧が必要ないから）、ソース抵抗はタイプEと違って10kΩでもOKでしたが15kΩにして実験を続けました。ドレイン抵抗は4.7kΩです。この状態で56μAほど流れています。検波回路だけで動かすならドレインのところとアース間に直接セラミックイヤホンを接続してもOKで、4.7mHを経由してセラミックイヤホンに接続するとロスが大きくなり音が小さくなりすぎます、いずれのしても検波回路だけの場合は低消費電力なのでアルカリボタン電池でも実用になると思われます。

検波出力は、かなりあるのでトランス使って32Ωのイヤホンも鳴らせるはずです。

それにしても2SK192Aにはがっかりしました、たくさん持っているけど、益々使い道がなくなりました。

ついでに回路に使った部品の説明をしておきます

ソースに入れている10μFは無くても鳴りますが、あった方が音がいいのと少し出力が上がりました。

ドレインの出力側にある0.001μFは検波出力に高周波が乗っているのを落とすためにありますが、波形を見れば0.01μF以上にしたいところです、これを0.1μFにすると高周波はほとんどカットできますが音質も音量も下がるため0.1μFは避けて、できるだけ小さい容量にしたくて0.001μFにしています、このままだと高周波が漏れてきて次段以降に入れるAFアンプは低周波・高周波の両方を増幅することになるため4.7mHのチョークコイルを入れて、とっても良好に高周波をカットしています。音質的に4.7mHあたりが上限のように感じました。1mHでは高周波カットするのが少し弱いですから0.01μFと1mHの組み合わせ（単純計算で50KHzのLPFになります）なら有りかと思います。同様に0.001μFと4.7mHだと73KHzのLPFとなります。

つづく

FET検波の実験はこれが最終かな

よーく考えたら初心者の頃には、もっと具体的に書かないと分からないってのを思い出した。

そこでゲルマラジオの次に性能向上を目指したFET検波の簡易ラジオということで、最少限の部品にしてみたのが次の回路図なんだな。

ここで使った抵抗とコンデンサは、この定数にこだわらず手持ちのを適当に使うこともできるので、あんまり気にせんように。ソース抵抗の10kは12kでも15kでも、あるいは9.1kでも使える、低すぎるよりは高めな方が成功率が高い。

ドレインの抵抗は4.7kが無ければ470Ωでも動いたから1kから10kの範囲で適当でいい、1.5Vの電池で実験しているから3Vなら10k以上がおすすめ。

ソースのコンデンサは0.1μ以上がおすすめで、音量と音質から考えると1μ以上あればOK

こんな感じで気楽に作れます、FETは2SK2881-Dを使ったけど2SK241GRだと少し感度が上がります。

検波後にAFアンプを付けないのでドレインとアース間に入れる高周波減衰用の部品は必要ありません。ドレインに入れた4.7kの抵抗の代わりに出力トランス（例えばST-32とか）を入れたらスピーカーも音は小さいけど鳴りました。

消費電流が少ないのでスイッチも不要だと思う。

FETの足の並びについては次の図を参考にどうぞ、データシートからのコピーです。

2SK241は内部がカスコード接続のため取付向きの間違いはアウトですが、2SK2881はドレインとソースが入れ替わるような取付ミスをしても正常に動作します。

ここまでシンプルになると、もはやFET検波回路の実験とは言えんかもしれんな。どちらかというと同調コイルをあれこれ巻いて楽しむのが王道かもしれん。外部アンテナを繋いで聴くスタイルなら感度のいいバーアンテナを探さなくていいからゲルマラジオ同様に同調回路で遊ぶってのが長く楽しめる気がする。

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2022年10月29日追記

FET検波の出力を観測すると、波形の片側（正側だっけか）が一定以上の信号強度になると歪むのが気になっています、それで時々悶々と考えていたら高周波トランスを使って差動にして検波後に合成したらいい感じになるのではないかと思いつきました。
ちょっと時間が無いので試せていません。
とにかく気になる案件なので時間が取れ次第　実験したいと思います。

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2023年3月4日追記

FET検波で気になっていた歪の件について少しだけ追試を行ったのでメモとして書いときます。

手持ちにはFET検波のみの実験基板は既に片付けてしまったので、 以前に作った高一ストレートラジオしか残っていないからこれで試してみます。
今回、わざわざこれを引っ張り出してきたのは2SK241の代替品を探していたからです
頻繁ではないけれど2SK241の価格が値上がりを繰り返し140円も出す価値があるのかな？
それで安い代替品を探していたら2SK439（80円くらい）があったのでそれの検証に使ってみました。
「悲しいかな、どちらも樫木総業で買えます。樫木は平気で値上げをしてくるので残念」
2SK241を探しているなら、迷わず今のうちに2SK439を買っておくと良いですよ。

回路はこちらです

この回路でいうとQ2のソース抵抗10kΩ（R5）を可変抵抗器に取り換えて適正値を探してみました。

結論で言うと3.6kΩあたりが良さそうでした。
3kから4.7kの範囲ならいいと思われます、オシロで検波波形を観察しながら抵抗を変化させていくと波形の上下で対称性が崩れていきますが感度は上がる傾向にあります、上げすぎると歪が目立ってきました。
ここに使う抵抗の実用範囲は2.2kから15kくらいかと思います、それでいてベストだったのが3.6kでした。（たいしてクリチカルではない）。
抵抗を小さくしていくと検波出力が急激に低下します。
電波が弱いなら10kから15kの範囲がいいようですが、電波が強いエリアでは3.3kくらいがいいと思います。
FET検波回路のドレイン抵抗は5.6kですから、ここらとも関連するし1.5Vで使うなら最適値も変わってくると思いますが電圧が半分になったから抵抗も半分にするような無謀は失敗しますよ。

ワシの場合は短波のAM放送を聴こうと思って高周波増幅を追加しましたが、中波だけなら高周波増幅段は無い方が面白いですね。

ソース抵抗を調整すると、今までは検波波形のプラス側が頭打ちになり、マイナス側はプラス側の2倍以上ビヨーンと伸びてたのが上下同じくらいのレベルになりました。
なにごとにも最適値ってあるもんですね。