「見えない回路」で作動するゲルマラジオ

ゲルマラジオは回路構成が簡単であり、部品の電気的な特性を勉強すると、深い理解が得られます。しかし、単純なゲルマラジオと言えども、回路図だけでは理解に苦しむ場面があります。そんな問題に直面する、究極的にシンプルなゲルマラジオについて、考えたメモを残しておきます。

アンテナとアースを使う、最も簡単なゲルマラジオ

原始的なラジオであるゲルマラジオは、アンテナ回路、同調回路、検波回路、出力回路の４つを組み合わせる構成が、通常です。更に「最も簡単なゲルマラジオ」という究極を極めると、同調回路を抜いたゲルマラジオにたどり着きます。電子部品としては、ダイオード１本とイヤホン１個と極めてシンプルです（図１）。どの放送局が聞こえるのか、電波の強さ（電界強度）とアンテナの電気的特性（共振周波数）で左右されることになります。複数の局が同時に聞こえるか、１局だけ聞こえるか、まったく聞こえないかは、試してみないと分かりません。

図１のゲルマラジオの受信原理ですが、アンテナ側がプラスの時、高周波電流はダイオードを通過できずに、イヤホンを経由してアースに流れます。逆に、アース側がプラスの時、高周波電流はダイオードを通過するため、イヤホンには流れません。したがって、イヤホンに流れる電流は検波された状態と同じなため、音が鳴ります。

アースを使わない、最も簡単なゲルマラジオ

次に、アースを使わない場合における、最も簡単なゲルマラジオとして、図２の回路が知られています。ダイオードを逆向きに並べ、一端はアノードとカソードを接続し、反対側はそれぞれの端をイヤホンと接続しています。大型の金属物体（カーテンレール、アルミサッシ、ベランダの手すり、など）に接触させることで、ラジオが鳴る公算です。

そして、図２と同様な回路構成を持つ物として、ＲＦプローブ（高周波プローブ、ＲＦチェッカー）があります（図３）。こちらはイヤホンの代わりに、直流電圧計やテスターを接続し、高周波の検知や信号強度の比較などに用いるものです。より適切に測定するため、Ｃ１（結合度）とＣ２（平滑化）のコンデンサーを追加し、その値は測定周波数や電圧計の性能に応じて決定します。

さて、図３もそうですが、図２の回路って、納得できますか？　アンテナから流れてきた高周波電流は、ダイオードＤ１、イヤホンへ流れます。すると次は、ダイオードＤ２を通過してアンテナに戻ることになります。電流は電位差があるから流れることを知っていれば、これは明らかにおかしな現象です。

「見えない回路」でＲＦプローブとゲルマラジオは作動する

実は図２、図３には、回路図には書かれていない「見えない回路」が存在すると考えられます。その名は「浮遊容量」です。つまり、回路外の空間に、ごく微量ですが、コンデンサーと同じ電気特性が存在するのです。特に図２では、ゲルマラジオと大地の間で容量が存在すると考えらえれます。

図４の回路図は、見えない回路を追加した等価回路であり、ゲルマラジオの動作原理を示します。Ｃf1、Ｃf2が浮遊容量であり、ダイオードからイヤホンまでの電線と大地の間に存在します。最初、Ｃf1、Ｃf2は空っぽで、電気は溜まっていません。そして、アンテナに見立てた金属に触れた時、アンテナがプラスだったと仮定します。すると、高周波電流はＤ１を通過後、Ｃf1を経由して大地へ向かう流れと、イヤホンとＣf2を経由して大地へ向かう流れが生じます。この時、Ｃf2はイヤホンと分圧するため、Ｃf2よりＣf1の充電電圧が高くなります。

次にアース側がプラスに転じると、高周波電流はＣf1とＣf2のそれぞれを通過しようとするため、倍電圧検波回路と同様な状態になります。Ｃf2を通過した電流はそのままＤ２を通過し、アンテナへ向かいます。そして、Ｃf2より充電電圧が高い状態のＣf1を通過する電流は、イヤホンのＡ側、Ｂ側を流れ、Ｄ２を通過しアンテナへ向かうことが可能です。したがって、アンテナとアースのどちらがプラス側になっても、イヤホンを通過する電流はＡ側からＢ側への流れであり、検波された電流と同じだと言えます。

ラジオの受信は、電界強度と接触させた金属のアンテナ特性のほか、浮遊容量の大きさでも左右されます。電子回路にとって、人体は容量や抵抗値を有する対象物に該当するため、浮遊容量を構成する要因の１つと言えるでしょう。

以上、アースを使わない最も簡単なゲルマラジオについて、ＲＦプローブにも関連する作動原理を考えてみました。拙い説明のメモ書き、失礼しました。

プロの回路技術者は、このような浮遊容量のほか、部品同士の誘導結合や静電結合、発熱や受熱による特性変化、内部や外部のノイズ対策など、回路図には現れない要素も総合して設計していると、聞き及んでおります。