クリスタルラジオとトランジスタラジオ回路：基本検波器からIC AM/FM受信機まで

クリスタルラジオの核心は、アンテナ、グラウンド接続、タンク回路（C1とL1）、ピーク検波器、ヘッドフォンで構成されます。アンテナが放送信号（b）を捕捉し、信号は回路を通ってグラウンドへ流れます。タンク回路、すなわち共振LC対がスペクトルから単一局を選択します；C1は可変でチューニングを可能にします。ゲルマニウムダイオードがラジオ周波数（RF）を整流し、正の半サイクルのみを通すことでRF包絡線（c）を生成します。フィルタコンデンサC2が残留RF成分を除去し、ヘッドフォンを駆動するオーディオ周波数（d）のみを残します。

クリスタルラジオは外部電源なしで動作します。ゲルマニウムダイオードは、順方向電圧降下が低い（約0.2V）ため、特に弱い信号に対してより高い感度が得られるため、シリコンより好まれます。シリコンダイオードを使用しても回路は動作しますが、性能は低下します。

回路図では2000Ω磁気ヘッドフォンが示されていますが、セラミック「クリスタル」イヤホンの方が感度が高く、ほとんどの信号で推奨されます。磁気ヘッドフォンは、適切なオーディオトランスと組み合わせれば低インピーダンスイヤホンで代替可能です。

以下は、クリスタル検波器をトランジスタに置き換えたより強力なバリエーションです。ゲルマニウムPNPトランジスタがバイアスされ、RF入力の正の半サイクル中のみ導通するため、内蔵増幅を持つ検波器として機能します。この構成はより大きな出力を生み、2000Ωヘッドフォンを直接駆動できます。ベースバイアス抵抗を適切に調整すれば、シリコンNPNトランジスタでも動作します。

現代の低インピーダンスイヤホンは、オリジナルの2000Ωヘッドフォンに置き換え可能です。ただし、オーディオトランスや適切な増幅器とマッチングさせる必要があります。

以下の回路図は、クリスタル検波器にオーディオ増幅段を追加し、さらにヘッドフォン音量を増加させます。オリジナル設計はゲルマニウムダイオードとトランジスタを使用；ショットキーダイオードでゲルマニウムダイオードを置換可能、添付表に従ってベースバイアス抵抗を修正すればシリコントランジスタも使用可能です。

クリスタルラジオ設計、シンプルな単一トランジスタラジオ、高度な低トランジスタ構成のより広い視点については、以下の例を参照してください。

IC AMラジオは、すべてのアクティブRFコンポーネントを単一ICに統合し、わずかな外部コンデンサ、インダクタ、抵抗のみを必要とします。370pF可変コンデンサがRF入力をチューニングし、320pFコンデンサがローカルオシレータをRFより455kHz高く調整します。ミキシングはピン15で発生し、和と差の周波数を生成；455kHzセラミックフィルタが所望の差周波数を選択します。大部分の増幅はピン12と7の間の中間周波数（IF）段で行われ、ピン7のダイオードがオーディオを復調。自動利得制御（AGC）はピン9から導出されます。

図(a)に示すRFチューナとローカルオシレータの機械的チューニングは、図(b)の電子的バリキャップダイオードチューニングに置き換え可能です。バリキャップダイオードを使用すると部品嵩が減少；逆バイアス電圧を増加させると容量が減少し、チューニング周波数が上昇します。バイアス電圧はポテンショメータで生成可能です。

IFバンドパスフィルタがICに統合されると、外部IFトランスとセラミックフィルタが不要になり、更なる部品削減が達成されます。RF入力とローカルオシレータには依然としてLCチューニングが必要ですが、これも希望すればバリキャップダイオードで置換可能です。

FM受信には、NXP WirelessのTDA7021T ICが低部品数ソリューションを提供します。外部IFトランスはRCフィルタに置き換えられ；ICが必要な抵抗を供給し、コンデンサのみが外部に残ります。簡略化されたチューニング回路はNXPデータシートの図5を反映し、より高度なチューナは図8にあります。ステレオFM版にはスピーカーを駆動できるオーディオ増幅器が含まれます。

このFMラジオを構築するホビイスト向けに、56nHインダクタは#22 AWG裸線またはマグネットワイヤを0.125インチマンドレルに8ターン巻き、その後0.6インチに伸ばして作成できます。ミニチュアトリマコンデンサがチューニング要素として機能します。

以下の回路図は、共通ベース（CB）RF増幅器を示します。バイアスネットワークがないため、クラスC増幅器として動作し、入力波形の180°未満で導通します。CB構成は、共通エミッタ設計よりも高RF周波数でより高い電力利得を提供します。入出力にマッチングπネットワークを持つことで、50Ω終端を達成し高調波をフィルタリングします。現代の放射エミッション規格では、追加のフィルタリングセクションが必要な場合があります。

さらに高利得のCB増幅器を以下に示します。1kΩ-4kΩ分圧器と500Ωエミッタバイアス抵抗により、トランジスタはクラスAで動作。この構成は100MHzで38dB利得、9MHz帯域幅を達成します。

共通エミッタ入力段と共通ベース出力段を組み合わせると、高帯域幅と中程度の入力インピーダンスを両立するカスコード増幅器が得られます。バイアスネットワークはBJTテキストの第4章で詳細説明されており、以下に図示します。

カスコード増幅器のシミュレーションは、BJT章の「カスコード」セクションで見つかります。最高の高周波性能には、RFまたはマイクロ波トランジスタを使用してください。

PINダイオードはπ減衰器ネットワークを形成します。逆直列ダイオードは単一直列ダイオードに比べて高調波歪みを低減します。固定1.25V電源が並列ダイオードを順方向バイアスし、直流電流と接合容量を通じたRF伝導を提供。制御電圧（Vcontrol）を変化させることで、抵抗を10MHzで80dB減衰（Vcontrol=0.5V）から5Vで3dBまで調整可能、2GHzまでフラットな応答。

関連ワークシート：

• 無線通信の基礎 ワークシート