ゲルマニウムラジオ

ゲルマニウムラジオは、最もシンプルなラジオのひとつで、受信した電波のエネルギーのみでイヤホンを鳴らす、無電源ラジオです。受信に必須となる整流素子にゲルマニウムダイオードをつかっており、鉱石検波器を持ちいる鉱石ラジオと原理的には同じラジオです。

ラジオの修理用にいろいろなゲルマニウムダイオードを入手しましたので、ついでにゲルマニウムラジオにおける、これらのダイオードの評価をしました。

回路図・部品

図は最も基本的なゲルマニウムラジオの回路です。コイル、バリコン、ダイオード、イヤホンが基本的な回路になります。性能アップのため、いろいろな回路があります。コイルをタップ付きや2次コイルを付けて取り出すことで、イヤホン負荷による共振性能を低下を防いだり、ダイオードを2個使用(倍電圧)する回路、同調を2段にした回路(同調の最適化)、負荷にCRを追加した回路（平滑化の最適化）など、いろいろありますが、ここでは一番シンプルな図の回路で評価しました。

バリコン

最近、ラジオ用のバリコンも入手が難しくなっているようです。本格的には金属製のエアバリコンがよいのかもしれませんが、値が張りますので、安価に入手できたAPLS製のAM/FMのスーパーヘテロダイン用のバリコンを流用しました。AMのアンテナ側のみ使用しています。2026年時点で、若松通商で取り扱いがありました。容量は3.9-141pFになります。

バーアンテナ

長いアンテナを張るのが大変でしたので、バーアンテナなんとか受信できないかと、160mmのフェライトバーを3本くっつけてコイルを巻きました。巻線は、細い絶縁線を束ねたリッツ線というものが、表面積が大きく高周波抵抗が小さく有利とのことで、0.08mm x 30本というものを使いました。必要なインダクタンスですが

$$ f= \frac {1} {2 \pi \sqrt {LC}}, \quad L= \frac {1} {(2 \pi f)^2 C } $$

の関係ですので、f=540kHz, 浮遊容量等含めてC=160pFとすると、543μHとなります。コイルのインダクタンスですが、理論的な計算式は、

$$ \begin {aligned} &L= \frac {\mu_0 \mu_e AN ^2} {l} \\ \\ &\mu _{e} = \frac {\mu_f} {1+ N _d (\mu _f -1)} \\ \\ &N_d = \frac {ln(2m)-1} {m^2}, \\ \\ &m = l/de \\ \\ &\mu _{0}: \quad 真空での透磁率 \quad [4 \pi \times 10 ^{-7}H/m] \\ &\mu _{e}: \quad 有効透磁率 \quad [-] \\ &A: \quad 断面積 \quad [m2] \\ &l: \quad 磁路長(フェライト長) \quad [0.16 m] \\ &N: \quad 巻数 \quad [50 turns] \\ &d_e: \quad フェライト相当径 \quad [0.017 m] \\ &\mu_f: \quad 材料比透磁率 \quad [1000] \\ \end {aligned} $$

だそうですが、棒状のフェライトのμ_e求める難しいので、経験的な巻数がされているようです。コイルの位置が中央からずれても変わってきますので、ここで微調整することもできます。

イヤホン

コイルと磁石を使ったダイナミックタイプはインピーダンスが低く駆動が難しいため、インピーダンスの高い、圧電効果を利用した、クリスタルイヤホンやセラミックイヤホンが必要とのことです。前者は、圧電素子にロッシェル塩と呼ばれる有機結晶(酒石酸ナトリウム/カリウム)が使われており、湿気に弱く寿命が短いようで、現在は、後者の圧電セラミックを使ったものが主流のようです。

本来は整流された振幅変化のある高周波から包絡信号を得るのに、信号の平滑用のコンデンサーとそれを放電させる負荷が必要ですが、セラミックイヤホンはコンデンサーと抵抗の役割があるため、不要となります。ただ、セラミックイヤホンは、温度の振動の影響を受けやすいということで、音声信号の測定は抵抗とコンデンサーに置き換えて行いました。

ダイオード

今回主役、ダイオードですが、ラジオの修理用に購入したものから、1N34, D311, 1N60, 1N277, 1S188, CV7130をして評価しました。サンプルは1つのみで個体差もあり、1N60以外はアンティックですので、本来の性能ではない可能性もあります。

、各ダイオードの詳細は、ゲルマニウムダイオードを参照ください。図2は、ダイオードのVI測定結果の低電圧部分を拡大したものです。

Model	Type	製造	出力電圧(mA)
1N34	点接触型	日本(日立)	11/6
D311	拡散メサ型	ロシア	19/8
1N60	点接触型	中国(无錫旭暘電子)	9/4
1N277	点接触型	不明	10/5
CV7130	点接触型	イギリス(?)	12/4
1S188	点接触型	日本(三洋)	11/4

評価結果

ゲルマニウムダイオードの電流が急に流れ出すのは0.15Vとかとされていますが、信号の弱いゲルマニウムラジオの場合は、数10mV以下のレンジが重要と思いますので、低電圧のところを部分を拡大したVI測定結果です。単純には、順方向の電流から逆方向電流を引いたものがが大きほど、性能が期待できることになると思います。巷で評判の良いD311は、順方向電流は大きいですが逆方向の漏れ電流も大きいため、5mVとかではほとんど電圧のくなっています。そのため正負の差でみると、10mVとかの非常に低い領域では点接触のダイオードの方が電圧差が取れているようにも見えます。このショットキーダイオードは、無電源ラジオにつかうのは難しいようです。

ダイオードを逆方向にかけた時に、微小な電流が流れますが、この電流は順方向の電流特性に関わっています。ダイオードの電圧と電流の関係は、以下のショックレーの式が広く使われています。

$$ \begin{aligned} I&=I_s(exp(\frac{V}{nV_t})-1) \\\\ I &: 電流 \quad [A] \\ V &: 電圧 \quad [V]\\ I_s &: 逆方向飽和電流 \quad [A]\\ n &: ダイオード種類で決まる補正値 \quad [K]\\ vt &: 熱電圧(0.026V @ 300K) \quad [K]\\ \end{aligned} $$

Isは名前の通り、逆電圧を上げていった時の電流の到達値を表します。Vがマイナス側に極大になるとexpの項はゼロに近づきますので、I=Isとなります（実際には、一定値以上の電圧をかけると。一気に電流が流れ出します）。これは、逆方向に電圧をかけた時の漏れ電流の最大値になります。

正電圧をかけていくと、最初の項が指数関数で大きくなっていき、1に対して十分大きくなると、最初の指数項のみを考えればよくなります。この時の電流Iは、漏れ電流I0が大きいほど大きくなるため、指数的に増えていく前のゾーンでは、逆方向漏れ電流が大きいほど正方向の電流も大きくなり、だらだら立ち上げる特性になります。D311は構造が異なるためか、漏れ電流が大きくようで。それに伴い、立ち上がる部分の電圧が高くなる特性になっているようです。 10mA以下の領域でも電流がでており、前評判通りゲルマニウムラジオのシビアな検波条件では大きな差がでそうです。他のゲルマニウムダイオードと構造が異なるためかもしれません。1S188、秋月の1N60、1T23の順ですがこれらの点接触ダイオードは比較的似通っています。1T23は音が量歪むので交換したNG品なのですが、順方向についてはまあ問題なさそうなレベルです。測定を忘れましたが逆方向の絶縁がだめだったのかもしれません。ショットキーダイオードは、0.2Vあたりまでは全く流れない感じで、ゲルマニウムラジオではほとんど聞こえなさそうです。通常のスーパーヘテロダインのラジオでも微弱な局の受信には影響がありそうです。

ゲルマニウムダイオード評価

ゲルマニウムラジオではゲルマニウムダイオードが要の部品であるため、その検波性能については趣味の方々がいろいろと研究検討されているようです。今回、ラジオの修理のためのゲルマニウムダイオードをいくつか購入しましたので、特性を測定してみました。残念ながら、ソニーの新品のダイオードがなかなか売ってなくて、リストから漏れています。

測定方法

電圧を上げていった時に流れる電流を測定しました。テスターと電源で行うと、電圧を変えながら電流を測定して記録する必要がありますが、Analog Discovery 2にはトレースの機能があり、抵抗を繋いで接続すれば、ダイオードやトランジスタの特性データを自動で採取します。専用の追加部品も売っていますが、自分で接続することもでき、ダイオードの場合は上の写真のように、ブレッドボードで接続するだけです。

使用目的によりどのあたりの電圧が大事か変わってくると思います。通常のラジオの検波では数百mVの信号が入力されますが、ゲルマニウムラジオの場合は、増幅が全くありませんので、よほど電波が強い、アンテナが大掛かりでないと、10mVとか、それ以下になりそうです。測定は200mVぐらいまでを目安に行いました。

無電源のゲルマニウムラジオの場合は、10mVとかの電圧が重要と思いますので、低い部分を拡大しました。単純には、順方向の電流が大きほど、性能が期待できることになり、D311は逆方向の漏れ電流も大きくなっています。そのため正負の差でみると、10mVとかの非常に低い領域では点接触のダイオードの方が電圧差が取れているようにも見えます。このショットキーダイオードは、無電源ラジオにつかうのは難しいようです。

2026/04/11