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2SC32を使った自作 50MHz AMトランシーバー

 前の記事で約40年前に作った50MHzのSSBハンディトランシーバーを紹介しましたが、実はもう一台50MhzのAMのトランシーバーを保存しています。こちらはもっと古くて約50年前に製作した物です。ちょうど良い機会なので、この中身も開けて、どういう回路になっているか調べてみました。

▼自作50MHzAMトランシーバー
自作50MHzAMトランシーバー
 送信周波数は内蔵している水晶の50.550と50.700の2波だけで、受信範囲は50MHzから51MHzです。受信と送信の周波数が一致しているものをトランシーバーと言うのなら、これは無線機と呼ぶべきかも知れません。

 作った頃の50MHzは空いていて、CQを出した後で、応答してくる局が無いかバンド中を探してたので、こういう仕様でもあまり問題はありませんでした。

 パネル左上は、50MHz用の長いロッドアンテナで、その右は音量調節。右の大きなツマミは受信周波数チューニング。Sメーターの下のスライドスイッチは、電源/ゼロイン/周波数切り替えの3つです。ゼロインは、送信のオシレーターだけ動かすことで、受信周波数を合わせるために使います。

▼内部
自作50MHzAMトランシーバー内部
 単二電池10本で動かすようになっています。ぎっちりと部品が詰まっていますが、時代を感じる部品が多いです。

▼内部を反対側から見た写真
内部
 内部には基板が4枚あり、送信RF、変調、受信クリコン、受信機に別れています。また、基板は上下2つの層に分けて取り付けられています。上の写真では、上段の送信RF基板と変調基板が見えています。

 送信のファイナルは2SC32の2パラで、出力は約0.3Wです。スタンバイリレーや変調トランスが無駄に大きいのは、小型の部品が手に入らなかったためだと思います。

 せっかくなので、送信基板を詳しく見てみます。

▼送信基板
送信基板
 線を切り離して基板を取り出しました。銅箔をエッチングして作った片面基板で、銅箔面に部品をはんだ付けしてあります。これ今風に言うとSMT実装ですが、まあ穴あけするのが面倒だったからこうしたのだと思います。

 回路としては水晶オシレーター兼ドライバーが2SC32、ファイナルが2SC32の2パラ。つまり全部2SC32で構成されています。確か友達が入手したジャンク基板に大量に入っていたのを、分けてもらった記憶があります。ちなみに2SC32はメサ型なので(当時としては)高周波特性が優れています。

 ダミーロードを接続して電源を供給するとちゃんと動きました。調整すると約0.3Wの出力が確認出来ました。ちなみに、この無線機の送信波形をオシロで見たのは今回が初めてです。

▼送信周波数
送信周波数
 50.700MHzの水晶なのですが、実際の送信周波数は50.687MHzでした。誤差が大きいのは、水晶の経時変化か発振回路の作り方がダメなのでしょう。そもそもオシレーターの出力で、直接ファイナルをドライブする構成は乱暴すぎます。あと、ファイナルに2SC32を二つ使うなら、パラレルでは無くプッシュプルにすべきでした。

 次に、送信基板の横の変調器の基板を見てみます。

▼変調基板
変調基板
 こちらはユニバーサル基板で組まれていて、一般的な4石パワーアンプになっています。基板上のトランスは終段の入力トランスで、終段はプッシュプルになっています。終段に使われていたのはゲルマニウムトランジスタの2SB32で、期せずしてRF段に使った2SC32と同じ番号になっています。前段もゲルマニウムトランジスタでした。なお、変調器の出力トランスは基板に載らないので外付けになっています。

 こういう細長い円筒ケースに入っているトランジスタは、アロイトランジスタが多かったと思います。ちなみにケースを開封すると、スライスされた半導体の結晶の両側にコレクタとエミッタの電極が接続された物が入ってます。これって、アロイトランジスタの原理図のままの形なので、妙に感心した記憶があります。あと、開封すると放熱用のシリコンオイル?が出てきて周囲が少し汚れます。

 以上が送信部でした。次に下段の受信部を見て行きます。

▼受信部
下段の基板、クリコンとAMラジオ
 変調器の基板をずらすと、透明な絶縁板の下に受信機の基板が見えてきます。これは市販のAMラジオの基板を流用した物で、確か6石スーパーだったと思います。右側のポリバリコンでチューニングする仕掛けになっています。

▼クリスタルコンバーター(クリコン)
クリコン
 50MHzをAMラジオで受信出来る周波数に変換する基板で、50~51MHzの信号を0.5から1.5MHzのAM放送の周波数に変換しています。かっこよく言うとコリンズタイプのダブルスーパーです。

 ただ、第一IFの周波数が約1MHzということで、こんなに低い周波数に一度に変換するとイメージが強く出てしまいます。イメージは48~49MHzに出ますが、どうせ何も電波が出ていないだろうからと、割り切ってます。と書くとかっこいいですが、実は自分の技術力と懐具合で妥協したのがこの結果だと思います。

 クリコンにはトランジスタが3個使われています(上の写真の緑色矢印部)。そのうちオレンジ色のトランジスタがRF増幅と周波数変換用の2SC460で、右下の黒色のTO-92パッケージのトランジスタ(型名不明)が49.5MHzのローカルオシレーター(第一OSC)です。

▼オレンジ色パッケージ、金メッキリードの2SC460
クリスタルコンバーターの2SC460
 ここまで分解した理由の一つは、ここにどんなトランジスタを使ったのか確認したかったからです。一段目のRFアンプでその受信機の性能はほぼ決まるので、ここは重要部分です。で、見てみると2SC460が使われていました。

 ネットで調べると2SC460の評判はめちゃくちゃ悪くて、経時変化で特性が劣化することで有名な石でした。どうもリード線の銀メッキがマイグレートとしてシリコンンのダイまで達し、その結果hfeが下がって動作不良となるようです。但しそういう現象が起こるのは黒色樹脂パッケージの物で、初期のオレンジ色で金メッキリードの物ではそういう問題は起こらないとのことです。

 この基板に使われていた2SC460は、上の写真のようにオレンジ色樹脂パッケージで金メッキリードの物なので初期ロットということになります。つまり、特性劣化する恐れの高い物では無かったようです。今回調べるまで、2SC460にそんな黒歴史があったとは全く知りませんでした。

◆まとめ
 残念ながら電源を入れてもトランシーバーとしては動きませんでした。でも送信部だけでも実際に動くことが確認出来たので、良かったです。

 クリコンに使った2SC460に特性劣化と言う問題があることを、今回初めて知りました。昔のプレナートランジスタのパッシベーション膜の信頼度は低かったということなんでしょうね。あと、このトランシーバーに使った2SC460は初期型の石なので、そういう問題が無い物であったことを今回初めて知りました。オレンジ色の樹脂パッケージのトランジスタなんてそうそう無いですから、画期的なトランジスタとしてメーカーの力が入った製品だったのかも知れません。

 このトランシーバーの裏蓋の内側には、昭和45年9月完成と記されています。この頃がアマチュアにもシリコントランジスタが出回り始めたということなんでしょう。

 あと、16Tr、4ダイオード、2サーミスタという記載もあります。昔は使っているトランジスタの数で高性能を誇る習慣があったので、そういう習慣の反映なのでしょう。ちなみに腕時計は使っている宝石軸受けの数で、17石や23石なんて言ってましたが、そういうことの延長で、トランジスタが6石なんて言うようになったのかも知れません(あくまでも個人の感想です)。

▼おまけ
ハンドメイド50MHzトランシーバー、AM/SSB
 下は前の記事の50MHzSSBトランシーバーです。これ以外にもいろいろな物を作ったり買ったりしたのですが、今でも残っているのはこの2台だけです。きちっとケースに入れた物は長生きするようです。

2SC1306を使った自作50MHzSSBトランシーバー

 前の記事に、OLEDディスプレイのコントローラーの型番がSSD1306で、この番号を見ると2SC1306を思い出すという話を最後に書きました。そんなことで、うちの2SC1306の様子を見てみました。

▼2SC1306
2SC1306
 自作の50MHzSSBトランシーバーのファイナルとして使っています。放熱フィンが小さいので出力は1W程度に抑えています。

▼全体
自作した基板
 ユニバーサル基板で作ってあり、移動運用出来るように小さ目のケースに入ってます。これ、同調回路がいっぱいあってかなり複雑です。昔はものすごいパワーがあったんだなーと思いますが、今の自分にはこんな物は作れないです。

 この基板には50Mhzの送受信回路とローカルオシレーターが入っています。このオシレーターにはCB用のPLLを使っているのがちょっと自慢でした。なお、このPLLは10kHzステップの信号しか出ないので、VXOでその間を埋めるような仕掛けになっています。

 SSBの変調復調が一番難しいのですが、そこはミズホの完成基板ユニットを使っています。

▼裏側(ミズホのSSBジェネレーター)
ミズホ SSBジェネレーター
 裏側にはミズホのSSBジェネレーター(SG-9)が入っています。これが無ければ、とてもSSBトランシーバーなんて作らなかったと思います。
 ミズホの製品資料については、ミズホ通信・・過去の製品カタログ・説明書などの資料室 に集められていますが、そこの、
 9MHz SSBジェネレーター SG-9.pdfに詳細な資料が掲載されていました。このトランシーバーは、ファイナルを2SC1306に変更するなどの変更を加えていますが、ほとんどはミズホのオリジナル設計のままです。

▼外観
モームメイド50MHz SSBトランシーバー
 当時の市販品で、この内容をこのサイズに収めた物は無かったと思います。まあこちらは、箱の頑丈さや作り易さなどは無視できるので、公平な比較ではありません。 

 あと、途中で真っ白に塗装したのですが、腕が悪くてほとんど完全に剥げ落ちてます orz。

 2SC1306は50MHzで2Wクラスの送信機のファイナルの定番で、数字の末尾の2文字を取って、「まるろく」と呼んでいました。ちなみに2SC1307は「まるなな」で、これを使えば10Wの送信機が出来ました。

 良い機会なので当時の部品の仲間を紹介します。

▼12BY7Aと12AX7
12BY7Aと12AX7
 左の12BY7Aは真空管を使ったトランシーバーのファイナルのドライバー段に使われるので有名ですが、3W程度の50MHzの送信機のファイナルとしてもよく使われていました。私もこれで50MHzのAMの送信機を作って、メインのリグとして使っていました。

 これ、テレビ球なので安く手に入るので、貧乏学生にはありがたい真空管でした。ちなみに12BY7Aを仲間内では「わいなな」と呼んでました。

 また、右の球は12AX7ですが、これは「えっくすなな」と呼んでいたと思います。なお、検索してみると真空管アンプをやる方は12AX7を「ぺけなな」と呼ぶのだそうです。

 ちなみに、こんなことして遊んでます → 真空管(12AX7)Lチカをケースに入れた

◆まとめ
 このトランシーバーのケースの内側に製作時期がケガキ文字で記入されていて、完成したのは1980年の8月となっています。ほぼ40年前に作った物ですが、電源を入れると、チューニングがずれているのか、送信パワーはほとんど出ませんでしたが、それ以外はちゃんと動きました。これ、なんだか嬉しくなります。

LEDをパルス点灯させた場合の見掛けの明るさ、実験3

 LEDをパルス点灯させると明るくなるか?という話の3回目です。

 前回の実験ではLEDの電流を変えた場合の挙動の変化を調べました。詳しくはその記事を見たいただくとして、結果をかいつまんで言うと、流す電流によってデューティーを絞った時の明るさの変化の様子がかなり違っていました。こうなると、LEDを変えた場合に結果がどう変わるのかが知りたくなります。

 LEDの発光効率はここ数年でものすごく良くなったので、昔の物を測定すると面白そうです。そんなことで、ちょうど入手したばかりの暗い赤色LEDがあるので、これを測定することにしました。

▼昔のLEDが入っていたキット
LOLシールドキット
 これ、チャーリープレクシングの応用例を試してみたくてAliExpressで買った、Arduino用のLOL(Lot Of LEDs)シールドのキットです。このキットについては機会があれば紹介したいと思いますが、添付されていた赤色をテストしてみるとえらく暗い物でした。

 ということでこのLED中から一つ選んで、データーを取ってみました。以下は測定結果です。

▼電流小 (0.3326mA)
電流小、結果

電流小、グラフ
 デューティ1% なら平均電流がDC点灯の32% でも同じ明るさになっています。これはもう無視できないというか、えらいことです。

▼電流中 (0.9601mA)
電流中、結果

電流中、グラフ
 グラフの底が右上に上がってきた感じです。

▼電流大 (3.093mA)
電流大、結果

電流大、グラフ
 更にグラフの底が右上に移動し、パルス駆動による明るさの違いは最大で15%程度に留まっています。

◆まとめ
 この結果を見ると、もっと電流が少ない場合の特性を知りたくなります。ということでやりかけたのですが、LEDがかなり暗くなってしまって、明るさの変化を正確に見分ける自信が無かったのでやめました。周囲を暗くして目を慣らせばいいのでしょうが、今回はここまでとしました。

 このLEDをデューティ1%でダイナミック点灯させた場合、平均電流を30%まで絞ってもDC点灯と同じ明るさになることがある訳で、これはちょっとすごいことです。別の言い方をすると、デューティー1%で点灯した場合、見掛けの明るさは100分の1までは減らず、30分の1で済んでいます。これが 「LEDは同じ電流でもダイナミック点灯した方が明るく見える」 という現象なのかも知れません。

 こうなると他の色のLEDも試してみたくなります。実は、緑色のLEDでちょっとやってみたのですが、ピーク電流が変わる影響で色も変わってしまい、目で見て同じ明るさであるのかどうかを判断するのが難しくなってしまいました。
 ここまでの実験では赤色のLEDを使いましたが、このあたりの波長では微妙な色の変化(波長の変化)は人間には検知出来なかったのかも知れません。

 今回の一連の実験は、パルス点灯と言っても人間にはフリッカーを感じない領域の話です。もっと点灯周期を長くすると、ブロッカ・ザルツァー (Broca - Sulzer) 効果の領域に入り、様相は変わってくるものと思われます。
 このあたりの領域の実験は、マイコンとLEDで簡単に実験できるので、やってみると面白いかも知れません。ちなみに、Lチカの点灯時間を削っていくと、20msあたりから急に暗くなる(ような気がする)のはこの効果かな、と思っています。
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