ラジオの調整

これまで市販されてきたトランジスタ・ICラジオは、ほとんどがスーパーヘテロダイン方式で、メーカーや時代に因らず、同じような調整が必要になります。出荷時に調整されていますが、部品の経年変化や修理等により、調整がずれ、感度の低下や目盛りのずれが発生していることがあります。

コア類がワックスで固定されていると除去して再度固定する必要がありますし、古いラジオはコアが固着していると割ってしまうとか、いじり壊しのおそれもあります。私自身は、普通に受信できていれば十分なので、あんまりやらないことが多いです。

ここでは、機材の準備等もハードルが低い、通常のMW(AM)の調整について記しています。SWについては、周波数が高くなり、バーアンテナがアンテナコイルになりますが、概ね同じだと思います。FMは大分高い周波数を扱いますので、きちんとやるためには、対応した発振器が必要です。

ここでは、2R-32というMW専用のポケットラジオを取り上げています。一般に調整箇所は、

周波数範囲の調整（OSCコイルとバリコンのトリマー）、
中間周波トランス調整(IFTトランス1～3個)
トラッキング調整（バーアンテナのコイル位置とトリマー）

の3か所があり、それぞれ、入力された信号に対して、出力（音声信号）が最大になるように調整していきます。

必要な道具類

オシロスコープや周波数カウンター等の機器を使った方法もあるみたいですが、ここでは当時のマニュアル等に記載されていた、一般的な方法を紹介しています。器具として、以下のようなものが必要になりますが、無い場合は代用で対応することになります。

信号発生器(シグナルジェネレータ)
交流電圧計
アンテナ（ループアンテナ、リード線）
スピーカーもしくはセメント抵抗
イヤホンプラグ、配線類

信号発生機、シグナルジェネレータ(SG)

指定した周波数の信号を発生する装置です。ある程度正確に合わせるためには必要になります。最近はファンクションジェネレータと呼ばれる、さまざまな波形を発生できるものが売られていますが、ラジオの調整用には変調した正弦波を発生できればよく、これは、標準信号発生器(SSG)と呼ばれているようです。周波数的には、MWであれば2MHz、FMの場合は110MHz程度あればすべての調整に対応できます。価格的には、業務用のSG　→　ホビー用途SG　→　キットSGとなります。SGが手元にない場合は、なるべく要求される周波数に近い放送波を使用することになります。

業務用SGは、ラジオ職人を標榜されている方の写真とかに写り込んでいる、いかにもな感じのやつです。新品は、6桁はする大変高額な装置です。ラジオの調整には、正弦波が発生できAM変調できればよく、ラジオ全盛の時代に生産された古いものでも機能的には十分です。オークションでも古いものを見かけますが、精度がきちんと出るのか不安もありますし、メーカーがサポートを終了しているケースもあります。最近、周波数カウンターも安く売っていますので、確認しながら使えばよいのかもしれません。見た目かっこいいですし管理されていれば性能は抜群ですが、特に古くなるほど、大きくてかさばるように思います。
ホビー用SGは、短波帯までであれば、1,2万円でアマゾン等の通販で発売されています。私は、少し値がはりますが、他にもオシロやLCR測定等、いろいろな機能があるAnalog Discovery 2 をメインに使っています。残念ながら、FMの領域はカバーしていません。

Analog Discovery 2
キットについては、アマゾンや秋月等で販売されています。シンプルなものは周波数を知るために別途、周波数カウンター等が必要になります。アマゾンのシグナルジェネレータと周波数カウンターを組み合わせれば、バラック状態で使うのであれば、3-4000円程度で納まります。

SGキット(秋月電子)

発信用のアンテナ

中波の受信機は通常バーアンテナを内蔵しており、外部アンテナの端子はありません。そのため、一般的にはSGからの信号は、アンテナで電波を発信しバーアンテナ経由で加えます。感度やSN比の測定については、JIS規格に定めがあり、使用するアンテナ（ループアンテナ）の仕様も定められています。以前はパナソニック等、大手からも売られていたようなのですが、最近はあまり販売されていないみたいです。

JISは購入すると高額ですが、ユーザー登録すれば(大変見にくいですが)無料で閲覧はできますので、同様なものを自作することができます。RFワールドという雑誌の46号にはJISの規格をベースにしたループアンテナを作成し、いろいろなラジオの感度を測定するという記事があります。

ただ、ラジオの調整についてはJISに具体的な手順はみあたりません。調整に使うアンテナとしては、適当なアンテナで差支えないかと思います。60年代のソニーのサービスマニュアルには、径5インチのループアンテナが調整用として提案されています。70年代のサービスマニュアルには、使用するSGの出力インピーダンスに合わせた抵抗を入れた、ただのリード線が提示されています。私は、以前、実験用に作成した簡単なループアンテナ(68mmφx5巻き)をつかっています。計算上は、同じ入力電圧で、JISのテストループアンテナの概ね1/10の強度を電界を発生するサイズです。

AC電圧計

400Hzの低周波信号の強度を測るものです。音声信号は正弦波ですので交流を測定することになりますが、信号の絶対値を正確に求めるには、ミリボルトメータと言われる高級な専用機が望ましいようです。が、ラジオの調整では正弦波の音声信号の相対的な比較で問題ないので、デジタルマルチメータ(DMM)で充分かと思います。

最近はデジタルテスターも高性能で安価です。私は秋月で購入した4000円ぐらいのテスターのACレンジを使用しています。(200mVレンジまであります)。ACレンジが無ければ、ゲルマニウムのダイオードで整流してDCレンジを使うこともできます。テスタがなければ、スピーカーからの音を耳で聞いて、強度を判別することになります。

外部スピーカー・セメント抵抗

ラジオのスピーカーと同じぐらいのインピーダンスで使用可能電力が充分なセメント抵抗です。テスターのACレンジが荒い場合、音量をかなり上げる必要がありますが、その際、スピーカーから大音量がでてしまいますので、ダミーの負荷として使用します。電力容量は8Ω/2Wもあれば通常は十分かと思います。私のDMMは普通の音量で充分電圧が見れますので、イヤホンから信号を取り出し、3Wぐらいの容量の大きい小型スピーカーを接続した状態で電圧を測定しています。

コアドライバー

トリマーやコイルのコアを回すための、専用のドライバーです。樹脂やセラミックを使い、金属の部分が無いか、最小限としたものです。コアに触っているときにインダクタンス・キャパシタンスへの影響を抑えています。竹箸等を削ってつくったものでも大丈夫だと思います。あまりサイズが異なるとコアを破損する原因になりますので、サイズ調整しやすい自作品もよいかもしれません。

調整方法

1. 準備

以下のようにラジオに接続します。SGにループアンテナや、リードアンテナを接続します。

接続の概略図です。

実際の接続です。ブレッドボードで繋いでいます。
前出のとおり、感度やSN比の測定方法はJIS(C6102)に定めがあり、そこで使用される信号はいろいろ決まっているようで、例えば、AMの変調用のオーディオ信号は、一般的には400Hzの正弦波・変調度30%だとか、使用するアンテナの仕様や測定条件が定められています。ラジオの調整においては、受信できる電波が安定して発生できれば支障ないと思います。SGの電圧は、ラジオの音声出力が電圧計で測定できるレベルにセットします。

Analog DiscoveryはPC上で設定します。
信号の強度はオーディオ信号をAC電圧計で測定します。ちょっとしたマルチテスターであれば、ミリボルトレンジまで測定できます。スピーカーの両端の電圧を図ればよいのですが、スピーカーの端子にアクセスしにくい場合は、イヤホンジャックにスピーカーを接続して、両端の電圧を図ります。また、音を出すとうるさすぎる場合は、イヤホンジャックにスピーカーと同じぐらいのインピーダンス・容量のセメント抵抗を接続し、その両端のAC電圧をDMMで測定します。
ソニーのサービスマニュアルでは、SGのレベルはできるだけ低く、低周波増幅はボリュームMAXで行うと記載されています。

2.中間周波トランス(IFT)の調整

まずは、中間周波数はAMラジオの場合は、古いトランジスタラジオは通常455kHz、最近のものは電子チューニングと局間隔の相性の問題で、450kHzが多いようです。昔のラジオには、本体に記載があるものもあります。IFTトランスは、内部にコンデンサーが入っており、コアを出し入れすることでインダクタンスを調整して指定された周波数で共振させています。

この周波数に正確に合わすには、SGからの455kHzの信号が必要になります。手元にない場合は、適当な周波数に調整することになります。3つのトランスの共振周波数を合わせられる範囲であれば、本来の状態ではありませんが、機能上は大きな支障はないように思います。

まずは、中間周波増幅の各段のフィルタを、455kHzになるよう調整します（ラジオによっては450kHzとなっているものもあります）。一般的な6石とかのAMラジオでは、中間周波増幅は2段で、それを挟むIFTは3つ、上段から黄色、白色、黒色が標準のようですが、時代、メーカーによりまちまちなで、そうでない場合もあります（写真の2R-32はそうなっています）。セラミックフィルターが使われ、IFTは1つしかないものもあります。
SGの周波数を、中間周波数455kHzにセットします。アンテナを近づけると、チューニング周波数に因らず、400Hzの音がでます。上段の黄色のIFTから合わせていくと良いようですので、まず黄色のIFTのコアを回して、テスターの電圧が最大になるように調整します。白、黒のIFTも同様に調整する作業を何度か繰り返します。
中間周波数のフィルターにセラミックフィルターをつかっているものは、その部分は調整が効きません。もし、経年劣化で、フィルター自体の共振が455kHzからずれてしまっている場合は、そのずれた値を設定中間周波数として全体を調整することになると思います。

3.周波数範囲の調整

局発の周波数の上限下限を、目的の受信周波数に合ったにレンジにセットするものです。スーパーヘテロダインは、取り扱う周波数を一定の中間周波数に変換しています。局発周波数を変更することで、受信周波数が選択されますので、局発の周波数範囲を調整する作業になります。

周波数カウンター、オシロスコープがあれば、局発の周波数を直接測定してこの値にセットすることもできるみたいですが、通常はSGの信号を使い最終的に得られる音声信号の強度が最大になるよう、OSCコイルとバリコンのトリマーを調整します。

その機種のサービスマニュアルがあるときは、バリコンのMax/Minに対して調整する周波数が指定されていますので(例えば、520/1650kHzなど)、その値を使えますが、ここでは汎用性のある調整として、目盛りの最大最小に合わせる方法で進めます。

SGの周波数を540kHzにセットし、ラジオの目盛540kHzに合わせます（SGがない場合はなるべく低い放送局を受信します）。電圧が最大になるように、OSCのコアを調整します。赤色のものが多いですが、そうでないモデルもあります。2R-32ではコイルは赤色です。
SGの周波数を1600kHzにセットし、ラジオの目盛1600kHzに合わせます（SGがない場合は、なるべく高い局を受信します）。電圧が最大になるように、バリコンの局発側のトリマーを調整します。AMラジオの場合はトリマーは2か所あり、バリコンに付いていることが多いですが、別付けのものもあります。片側がバリコンと並列接続されていますので、パターン側を見れば確認できます。写真の2R-32では黄色の丸い部分になります。
操作を、2,3回ほど繰り返します。最後はトリマーの調整で終わります。

4.トラッキング調整

スーパーヘテロダインの受信周波数は、前述の通りOSCの周波数で決まりますが、局発の信号と混合される受信波を、バーアンテナとバリコンで共振させることで、目的の周波数の、感度と選択度を上げています。トラッキングは、OSCの発振周波数変更に合わせて、バーアンテナの同調周波数(= 局発周波数 - 中間周波数)を、うまく追従させていくための調整になります。

よく使用される2連のポリバリコンは、追従させやすいよう容量の変化カーブが工夫されているそうです。昔の真空管ラジオのエアバリコンは、2連双方に同じものが付いており、外付けコンデンサーで調整したりするため調整が難しく、それに比べるとトランジスタラジオは合わせやすいようですが、それでも完全に合わせられません。なるべく受信域全体に誤差がばらつくよう、両端ではなく、中ほどの2点(600kHz/1400kHzとか)で調整します。共振周波数は、ざっくりは、バーアンテナのインダクタンスと、(バリコン+トリマー+その他付随の容量)で決まります。

SGの周波数を600kHzにセットし、ラジオの目盛600kHzに合わせます（SGがない場合は、なるべく近い局を受信します）。電圧が最大になるように、バーアンテナの位置を調整します。黄色い丸のところになりますが、ロウで留められているので、外す必要があります（代わりのロウが手元になりこともあり、今回はここは触らずにそのままにしています）。
SGの周波数を1400kHzにセットし、ラジオの目盛1400kHzに合わせます（SGがない場合は、なるべく近い局を受信します）。電圧が最大になるように、バリコンのアンテナ側のトリマーを調整します。このラジオでは、写真の黄色の丸の部分になります。
操作を、2,3回ほど繰り返します。最後はトリマーの調整で終わります。

補足

周波数範囲調整の詳細

前項では調整の方法のみ記していますが、もう少し詳細です。周波数調整は具体的には、以下の式で表される共振周波数を、目的の周波数となるように調整するということみたいです。本当はいろいろ入っていてもっと複雑だと思いますが、ここでは、共振回路内の浮遊容量のみ仮定しています。

これらの式から、OSCのLを調整すると、最大側も最小側も同じ倍率で変更される一方で、トリマーCtについては、容量合計(CT+Cs+CV)に対して同じ倍率で効きますので、下限側CvL（周波数の高い側）と上限側CvH(周波数の低いほう)とでは、CTの影響が大きく異なります。

例えば浮遊容量は0、トリマーの調整幅を0-10pF、バリコンの下限側容量CvLが5pF程度だったとすると、5-15pFと調整比は3あります。一方で、周波数の上限側容量CvHが60pFだったとすると、60-70pFとなり、調整比は1.17しかありません。仮にトリマーで周波数の低い側（トリマー上限側）を+1pF調整すると、1.6%の容量が調整されますが、この時、高い側容量は20%も変わってしまいます。そのため、トリマーは周波数の高い側(下限容量)の調整に使います。

また、この2式を割り算すると、以下のようになります。

左辺はfL1/fL2となり、局発周波数の最大と最小比率になります。右辺はインダクタンスLは消えて、Cだけの式になります。結局、この比率（上限周波数/下限周波数）はトリマーの調整でのみ実施できるということになります。トリマーは、前述の通り周波数の高い側への影響が大きいですが、本質的にはチューニングをスパンを決めるために調整しています。受信範囲を520-1650kHzとすると、局発は975-2105kHzで比率は2.15、これを与えるC容量の比率は、4.66ですので、この値を与えるCtを目指すことになります。

これらの特徴から、調整の仕方としては、マニュアル等に記載されている通り、周波数の低い側をOSCコイルで調整し、そのあとにトリマーで高い側(スパン)を調整することで、最大側を目標に合わせる手順が合理的になります。

上の式と各値を想定して、調整のシミュレーションの様なものをしてみました。OSC-トリマー調整を2,3回繰り返せば、充分な調整ができること、また、トリマーの調整で終わったほうが好ましいことがが確認できます。

トラッキング調整についても、コイルは固定してバリコンのトリマーで同調を調整しているため、同じように、コイル側から調整してトリマー側で終了します。

2023/06/07