メインメニューを開く

鉱石ラジオ(こうせきラジオ、: crystal radio)は、鉱石検波器により復調(検波)を行うラジオ受信機で、特に真空管トランジスタなどのいわゆる能動素子による増幅等を行わない無電源のラジオ(受信機)を指す。半導体エレクトロニクスの発達後は、点接触ゲルマニウムダイオードなど鉱石検波器に特性が似ており、扱いがより容易な素子なども使われている。

電源を特に使わず、空中の電波を受信したエネルギーだけでイヤホンが鳴る点など科学実験の素材として人気がある。ただし、実際にはごくわずかな音量で聞こえるものであることや、放送局から遠い場合などには良いアンテナとアースの入念な準備と、コイルから適切なタップの選択といった細かい調整が必要で、場合によってはディップメータ等の測定器の活用や、適宜RFまたはAFのアンプを併用する等の必要もあり、子供向け教材としてはマニュアルだけでは不十分になりやすく無線技術をよく理解している指導者が必要である。

目次

鉱石の整流作用編集

 
鉱石ラジオの原理(概要図)

AM(振幅変調)受信機(ラジオ)のうち、構造が最も簡単なものは、

から構成される。このうち検波(復調)回路に鉱石検波器を用いたものが鉱石ラジオである。

振幅変調の電波を受信する場合、電波(振幅変調された高周波の電気信号)から音声信号(低周波の電気信号)を取り出す(包絡線検波による)には、電流を一方向にだけ流す整流作用を持つ素子に電気信号を通す必要がある。これに鉱石検波器を用いるものが鉱石ラジオである。

包絡線検波の後、教科書的には、高周波成分を除去するローパスフィルタが必要である。しかし、実際には聴取に利用する圧電イヤホンの特性から、ローパスフィルタなしでも聴取可能である。

鉱石ラジオはアンテナから受けた電波のみを電源として利用するため、検波によって得られる音声信号は非常に微弱である。そのためレシーバーも微弱な電流を音声に変えられるものが必要になる。鉱石ラジオが発明された当時はマグネチックレシーバーなどが主流だったが、後にロッシェル塩などの結晶を用いた圧電素子による圧電イヤホン(クリスタルイヤホン)が登場する。ロッシェル塩の潮解性などのために、現代では圧電イヤホンはセラミックによる圧電素子を用いたもの(セラミックイヤホン。これをクリスタルイヤホンと呼ぶこともある)を使用する。

使用される鉱石編集

他にも検波器として使用できる鉱石は多数ある

ゲルマラジオ編集

 
ゲルマラジオの実体配線図。ダイオード(検波器)の部分を鉱石と針(鉱石検波器)に置き変えれば鉱石検波ラジオになる。

上記と同様の構成で、鉱石検波器の代わりにゲルマニウムダイオードを用いたラジオをゲルマニウムラジオ、あるいは俗に略してゲルマラジオなどと呼ぶ。ゲルマニウムダイオードは鉱石よりも小さく、安定した性能が得られる。ゲルマニウムダイオードが出現した当時は既に真空管が広く使用されており、さらに直後にトランジスタの普及によりトランジスタラジオに取って代わられたため、ゲルマラジオが実用されたのは限られた用途と期間であった。しかし、現在でも電子工作の入門用としては定番のテーマとなっている(ただし冒頭に述べたように、現象を理解していて適切に無線機材による補助のできる指導者が必要である)。

ゲルマニウムとシリコンとのそれぞれの半導体としての特性の違い、具体的にはバンドギャップの幅がゲルマニウムのほうが狭いために、順方向降下電圧がゲルマニウムのほうが小さく、ラジオの受信信号を増幅無しで検波する等といった用途にはゲルマニウムダイオードが好適であり、電源を使用するラジオでも、回路構成によってはゲルマニウムダイオードを利用することもある。

ゲルマニウムダイオードの代用としては、ショットキーバリアダイオードを使用する、シリコンダイオードに順方向に0.4V程度のバイアスをかけて使用する(電源が必要となってしまうが)、などがある。

ただし、点接触ゲルマニウムダイオードは、一見では鉱石検波器に似ているが、両者の特性の類似は必ずしも原理的な類似のためではない。ゲルマニウムダイオードの動作電圧の低さは前述のようにゲルマニウムという元素それ自体の半導体としての物性によるものである(点接触型にする理由としては、逆方向容量が小さいなど他にも利点がある)。いっぽう、鉱石検波器は、ショットキー障壁によるもの、すなわち物理としてはショットキーバリアダイオードと同様な現象によるものと考えられている。

主な構造的分類編集

もっとも構造が単純なものは塹壕ラジオである。これは適当な板、木片(角材)、銅線、安全ピン、ゼムクリップ、カミソリ刃、エンピツ芯などでラジオを作るものである。銅線を角材に巻いてコイルを作り、検波器は安全ピンに縛り付けたエンピツの芯をカミソリに接触させるものである。チューニングはコイルの任意の場所に針金を接触させ対応する周波数に当たる巻き数を得る。このラジオは戦時中に塹壕に缶詰となったアメリカ兵が暇つぶしに作った有名なラジオである。

昭和中期に流行したμ同調式ゲルマラジオは、コイルの中に棒状のフェライトを出し入れして同調(チューニング)するラジオで、検波器はゲルマニウムダイオードが主流である。構造に無駄が無く、非常に工夫され小型のものが多く作られた。

現在では贅沢な部品を使って楽しむことができる。図にあるように、コイル、バリコン、ゲルマニウムダイオードを使用するものである。このゲルマニウムラジオの場合、図にあるような単純なものから、ゲルマラジオ専門のコミュニティーともなるとダイオードのブリッジ回路まで利用した非常に高性能なものまである。中には、変圧器(トランス)の昇圧を使用して電波の電力のみでスピーカーを鳴らしたり、とてつもない巻き数のコイルを内蔵したスピーカーの自作を行なう者まで様々。コイルやバリコンなどの部品に最高のものを使用するなど、その楽しみ方は多様で奥も深い。

出典編集

解説編集

特許編集

関連書籍編集

  • ぼくらの鉱石ラジオ - 小林健二著作 出版社:筑摩書房 発売日:1997年 ISBN 4480860452。鉱石ラジオについての詳しい解説や作り方など、図版も豊富に掲載されている。

関連項目編集

外部リンク編集