調整された無線周波数受信機
シグナル社が製造した1920年代のTRFラジオはブレッドボード上で組み立てられている。
1924年製のこの5管式ニュートロダイン受信機（2段の高周波増幅機構付き）のようなTRF受信機のチューニングは複雑な作業でした。3つの大きなノブで操作する3つの同調回路を、新しい放送局に合わせて同期させる必要がありました。つまり、放送局のチューニングは逐次近似法の作業でした。一度放送局を見つけたら、ダイヤルの数字を書き留めておき、再び見つけられるようにしたのです。
TRFセットの3つのステージすべてをユニゾンでチューニングする。この1925年製のGrebe Synchrophase受信機は、ノブの代わりに指で回せるサムホイールを備えているため、3本目の手は必要ありません。

同調型無線周波数受信機（またはTRF受信機）は、1つまたは複数の同調型無線周波数（RF）増幅段と、それに続く音声信号を抽出する検波器（復調器）回路、そして通常は音声周波数増幅器で構成される無線受信機の一種である。このタイプの受信機は1920年代に人気があった。初期の例では、放送局を選局する際に各段を放送局の周波数に個別に調整する必要があったため操作が面倒であったが、後のモデルは連動同調となり、全段の同調機構がリンクされ、1つのコントロールノブで操作するようになった。1930年代半ばまでに、これはエドウィン・アームストロングが特許を取得したスーパーヘテロダイン受信機に取って代わられた。

背景

TRF受信機は1916年にエルンスト・アレクサンダーソンによって特許を取得しました。彼の構想は、各段で目的の信号を増幅し、干渉信号を低減するというものでした。RF増幅を複数段行うことで、無線機は弱い放送局に対する感度が向上し、複数の同調回路により、当時一般的だった単段受信機よりも狭い帯域幅と高い選択性が得られます。無線機のすべての同調段は、目的の受信周波数を追跡して同調する必要があります。これは、受信機のRFフロントエンドと局部発振器を目的の周波数に同調させるだけでよい現代のスーパーヘテロダイン受信機とは対照的です。後続のすべての段は固定周波数で動作し、目的の受信周波数に依存しません。

アンティークのTRF受信機は、キャビネットで識別できることが多いです。通常、長く低い外観で、真空管と同調回路にアクセスするための跳ね上げ式の蓋が付いています。フロントパネルには通常、2つまたは3つの大きなダイヤルがあり、それぞれが1段分のチューニングを調整します。内部には、複数の真空管に加えて、一連の大きなコイルが配置されています。これらのコイルは通常、磁気結合を低減するために、軸が互いに直角に配置されています。

三極管真空管を用いたTRF受信機の問題点は、三極管の電極間容量です。電極間容量により、出力回路のエネルギーが入力にフィードバックされます。このフィードバックは不安定性と振動を引き起こし、受信に支障をきたし、スピーカーからキーキーという音やハウリング音が発生します。1922年、ルイス・アラン・ヘイゼルタイン（Louis Alan Hazeltine）は、追加回路を用いて電極間容量の影響を部分的に打ち消す中和技術を発明しました。 [ 1 ]この中和技術は、当時人気のあったニュートロダインシリーズのTRF受信機に採用されていました。特定の条件下では、「中和は広い周波数帯域にわたって周波数に実質的に依存しません。」[ 2 ]「漏れインダクタンスと浮遊容量が完全に打ち消されないため、広い周波数帯域にわたって完全な中和を維持することは実際には不可能です。」[ 3 ] その後、四極管および五極管真空管が開発され、電極間容量の影響が最小限に抑えられ、中和は不要になりました。これらのチューブ内の追加の電極はプレートとグリッドをシールドし、フィードバックを最小限に抑えます。[ 4 ]

TRFラジオの典型的な真空管レイアウト同調型無線周波数受信機の典型的なダイヤルレイアウト典型的な同調無線周波数受信機コンポーネントのレイアウト

仕組み

TRF受信機のブロック図

1920 年代と 30 年代の古典的な TRF 受信機は、通常、次の 3 つのセクションで構成されていました。

  • 1つまたは複数の同調RF増幅段。これらの増幅段は、受信局の信号を検出器を駆動するのに十分なレベルまで増幅し、アンテナが拾う他のすべての信号を除去します。
  • 無線搬送信号を整流して音声（変調）信号を抽出する検出器。
  • オプションですが、ほとんどの場合に含まれており、オーディオ信号のパワーを増強する1 つ以上のオーディオ増幅ステージです。
1927年製のロイツ製9管受信機は、TRFセットの構成部品を鮮明に示しています。各RF段は独立したコンパートメントに収納されています。各コンパートメント内には（上から）三極管、段間結合コイル、そしてフロントパネルのチューニングダイヤルに取り付けられたコンデンサが見えます。コンパートメント内には（左から） 4つのRF段、検波段、そして4つの真空管オーディオアンプが収納されています。コンデンサは共通のシャフトに接続され、同時にチューニングすることも、個別にチューニングすることもできます。

各同調RFステージは、増幅装置、三極管（または後期のセットでは四極管）真空管、およびフィルタリング機能を実行する同調回路で構成されています。同調回路は、1つの真空管のプレート回路からの信号を次の真空管の入力グリッド回路に結合する機能も果たす空芯RF結合トランスで構成されていました。トランスの巻線の1つには可変コンデンサが両端に接続され、同調回路を構成していました。可変コンデンサ（またはバリオメータと呼ばれる可変結合コイル）が使用され、フロントパネルのノブで受信機を調整しました。設計を簡素化するために、RFステージは通常、同一の回路を備えていました。

各RF段は同じ周波数に調整する必要があったため、新しい局を接続する際にはコンデンサも同時に調整する必要がありました。後期型の一部機種では、コンデンサを「連動」させ、同じシャフトに取り付けたり、機械的に連結したりすることで、1つのノブで調整できるようにしましたが、ほとんどの機種では、同調回路の共振周波数を「追従」させるのが難しく、各段にそれぞれ専用の調整ノブが設けられていました。[ 5 ]

検出器は通常、グリッドリーク検出器でした。一部の装置では、代わりに水晶検出器（半導体ダイオード）が使用されていました。選択性を高めるために、再生型検出器が使用されることもありました。

イヤホンで聴く一部の TRF セットにはオーディオ アンプが必要ありませんでしたが、ほとんどのセットには、スピーカーを駆動するのに十分な電力を供給するために、トランス結合または RC 結合のオーディオ アンプ段が 1 ～ 3 段ありました。

三極管を使用した6つの真空管設計の回路図 - 2つの無線周波数増幅器、1つのグリッドリーク検出器、3つのクラスAオーディオ増幅器

この回路図は、典型的なTRF受信機を示しています。この例では、6つの三極管を使用しています。2つの無線周波数増幅段、1つのグリッドリーク検出器/増幅器、そして3つのクラスAオーディオ増幅段を備えています。3つの同調回路（T1-C1、T2-C2、T3-C3 ）があります。2番目と3番目の同調コンデンサ（C2とC3 ）は、 （線で結ばれているように） 1つのノブで制御され、連動して動作します。これにより、同調操作が簡素化されます。通常、良好な受信状態を得るためには、受信信号をフィルタリングして増幅するために、2つまたは3つのRF増幅器が必要でした。

メリットとデメリット

ターマンはTRFの欠点を「使用する真空管の数に比例して選択度と感度が低くなる。そのため、TRFは事実上時代遅れである」と述べている。[ 6 ]選択度を高めるには狭い帯域幅が必要であるが、所定のQ値 を持つフィルタの帯域幅は周波数とともに増加する。したがって、高周波で狭い帯域幅を実現するには、高Qフィルタ、または多数のフィルタセクションが必要であった。放送帯域全体にわたって一定の感度と帯域幅を実現することは、ほとんど実現できなかった。対照的に、スーパーヘテロダイン受信機は、入力される高周波無線周波数を、変化しない低い中間周波数に変換する。ある周波数範囲にわたって一定の感度と帯域幅を実現するという問題は、1つの回路（第1段）でのみ発生するため、大幅に簡素化される。

TRF受信機、特に民生用製品における最大の問題は、その複雑なチューニングでした。狭い帯域幅のチューニングを維持するには、すべての同調回路を同期させる必要があります。広い周波数範囲にわたってチューニングしながら、複数の同調回路を同期させるのは困難です。初期のTRF受信機では、前述のように、オペレーターがその作業を行う必要がありました。スーパーヘテロダイン受信機では、RF段とLO段のトラッキングのみが必要で、煩雑な選択度要件は固定同調のIFアンプに限定されます。

1920 年代、TRF 受信機が再生受信機より優れている点は、適切に調整すれば干渉波を放射しないという点でした。[ 7 ] [ 8 ] 特に人気のあった再生受信機は、発振点のすぐ近くで動作する正帰還付き真空管を使用していたため、同調している放送局の周波数に近い周波数で信号を放射する送信機として動作することが多かったのです。[ 7 ] [ 8 ] これにより、同じ周波数に同調している近くの他の受信機で聞こえるヘテロダイン音、金切り声、うなり音が発生し、近隣住民から非難を浴びました。[ 7 ] [ 8 ] 都市部では、同じブロックまたはアパートにあるいくつかの再生受信機で人気のある放送局に同調すると、事実上聞き取れないこともありました。[ 7 ] [ 8 ] 英国、[ 9 ]そして最終的には米国でも、受信機がスプリアス信号を放射することを禁止する規制が可決され、TRF が有利になりました。

現代の用法

TRF設計はスーパーヘテロダイン受信機に大きく取って代わられましたが、1960年代の半導体エレクトロニクスの登場により、この設計は「復活」し、趣味の無線プロジェクト、キット、低価格帯の民生用製品向けのシンプルな統合型無線受信機に使用されました。一例として、 1972年にフェランティ社が開発したZN414 TRF無線用集積回路（下図参照）が挙げられます 。

ZN414はTRFラジオのほぼすべてを1つのチップに搭載

参照

脚注

参考文献

  1. ^ Lee, Thomas H. (2004). CMOS無線周波数集積回路の設計（第2版）. 英国: ケンブリッジ大学出版局. p. 16. ISBN 0521835399。
  2. ^ターマン、フレデリック E.（1943）、無線技術者ハンドブック、マグロウヒル、p.469
  3. ^ターマン、フレデリック・エモンズ（1937年）、ラジオエンジニアリング（第2版）、ニューヨーク：マグロウヒル、p.236
  4. ^ターマン（1937年、238ページ）は、「同調型三極管増幅器では中和が常に必要である。そうでないと入力抵抗が低くなりすぎて発振が予想されるためである。しかし、五極管やスクリーングリッド増幅器では、グリッドとプレート間の直接容量結合が非常に小さいため、中和は行われない。」と述べている。
  5. ^フェリックス、エドガー・H. (1927年7月). 「シングルコントロールについて」(PDF) .ラジオ放送. 11 (3). ニューヨーク: ダブルデイ、ページ・アンド・カンパニー: 151–152 . 2015年1月10日閲覧。
  6. ^ターマン 1943、658ページ
  7. ^ a b c d Glasgow, RS (1924年6月). 「Radiating Receivers」(PDF) . Radio in the Home . 3 (1). Philadelphia, PA: Henry M. Neely Publishing Co.: 16, 28. 2014年3月14日閲覧.しかし、再生型受信機が振動状態にある場合、それに起因する干渉は受信側オペレーターが行ういかなる手段によっても排除することはできない。…再生型受信機は、振動状態にある場合、接続されたアンテナからエネルギーを放射する。
  8. ^ a b c dリンゲル、アブラハム（1922年11月）「受信機の放射問題とその解決策」『ラジオ・エイジ』 10 （ 2）：67-69。2014年8月22日閲覧。
  9. ^ 「モーターパトロールのNG集戦法」（PDF）ラジオニュース9 （ 1）ニューヨーク：エクスペリメンター出版会社、1927年7月37日。 2014年8月23日閲覧。

さらに読む

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