AC/DC受信機の設計

AC /DC 受信機設計は、かさばって高価な主電源トランスを不要にした真空管ラジオまたはテレビ受信機の電源方式です。この設計の副次効果として、受信機は原理的に AC 電源だけでなく DC 電源でも動作できることが挙げられます。そのため、これらは「AC/DC 受信機」と呼ばれていました。

ラジオの初期の頃は、主電源は場所によって異なる電圧で供給され、直流 (DC) または交流 (AC) のいずれかが供給されていました。電子機器に電力を供給する方法は 3 つあります。AC のみの機器では、ヒーターとプレート回路の電圧を変圧器で供給します。AC/DC 機器では、すべての真空管ヒーターを直列に接続して供給電圧に合わせ、整流器でAC を動作に必要な直流に変換します。DC 電源に接続した場合、電源の整流器段はアクティブな機能を実行しません。DC のみの機器は DC 電源でのみ動作し、整流器段は備えていません。DC は、主電源の配電にはほとんど使用されなくなりました。

AC、DC電源、電池駆動にはそれぞれ異なるラジオセットモデルが必要でした。例えば、基本的に同じ回路を持つ1933年製マーフィーラジオには、 AC電源、DC電源、電池駆動用の異なるモデルがありました。^[1] AC/DC回路の導入により、1つのモデルをAC電源とDC電源のどちらでも使用できることが売りとなり、^[2]そのようなモデルの中には、名前に「ユニバーサル」という語が付けられたものもありました^[3] (そのようなセットには通常、広範囲の電圧に対応するためにユーザーが設定できる電圧タッピング機構がありました)。^[4]

史上初のAC/DC設計のラジオはオールアメリカンファイブだった。この設計の唯一の目的は、主電源トランスをなくすことだった。^{[5] [6]}トランスレス設計の低コストは、DC配電がなくなった後も長い間、メーカーに人気があった。電源トランスをなくしたモデルがいくつか生産されたが、回路機能はACからのみの動作を可能にした。^{[7] [8]}初期のモデルにはACのみのバージョンとAC/DCバージョンの両方が用意されており、AC/DCバージョンの方が若干高価なものもあった。^[9]

テレビ受信機は、1936年に英国放送協会による新しい「テレビサービス」放送のためにイギリスで初めて商業的に販売されました。第二次世界大戦前のすべてのセットは主電源トランスを使用していたため、ACのみでした。1948年にPyeは、240V主電源で動作する場合の主電源トランスをなくすためにAC/DC設計^{[10]を採用した最初のテレビ受信機B18Tをリリースしました。 [11]}ラジオには十分でしたが、一部のテレビ回路に電力を供給するには電圧が低かったため、フライバック期間中にライン出力トランスの一次側からエネルギーを回収して昇圧HT電源を提供しました。^[12]これは低い主電源電圧では不可能で、220Vでも不十分でした。Pyeのマーケティング資料には、セットがDC電源で動作できることについては触れられていませんでした。これは、当時英国で唯一稼働していた送信機であったアレクサンドラパレステレビ局の受信範囲内にDC電源がなかったためと考えられます。他のメーカーもこの設計を採用しました。彼ら、そして後にパイも、それを AC/DC セットとして販売し、この手法は何十年にもわたって使用されました。

真空管機器では、多数の真空管が使用され、各真空管には一定量の電力を必要とするヒーターが付いています。AC/DC 機器では、すべての真空管のヒーターが直列に接続されます。すべての真空管の定格電流は同じですが (通常は 100、150、300、または 450 mA )、加熱電力要件に応じて電圧が異なります。必要に応じて抵抗（バラスト管（バレッタ）、電力抵抗器、または抵抗性電源リード線）が追加され、電源電圧がチェーン全体に適用されると、指定された加熱電流が流れるようになります。^[13]一部の種類のバラスト抵抗器は、簡単に交換できるチューブのようなエンベロープに組み込まれています。^[14]電源電圧が約220 Vの場合、追加の抵抗によって消費される電力とその両端の電圧降下はかなり高くなる可能性があるため、ケース内に熱い抵抗器を入れるのではなく、熱くなる定義された抵抗の抵抗性電源ケーブル（電源コード）を使用するのが一般的でした。抵抗性電源ケーブルを使用した場合、経験の浅い修理業者が標準ケーブルと交換したり、間違った長さを使用したりすることがあり、機器を損傷して火災の危険があります。

AC/DC 機器は変圧器を必要としないため、同等の AC 機器よりも安価で軽量、小型です。このタイプの機器は、AC のみの機器よりもコスト面で有利なため、AC が世界標準になった後も長く生産され続け、真空管が低電圧のソリッドステート エレクトロニクスに置き換えられたときにのみ製造が中止されました。

整流器とフィルタ コンデンサは、主電源に直接接続されていました。主電源が AC の場合、整流器はそれを DC に変換します。DC の場合、整流器は実質的に導体として機能します。DC で動作する場合、利用可能な電圧は整流器の両端の電圧降下によって低下します。AC 波形の電圧ピークは整流器によって生成される平均値よりも高いため、同じ AC 電源電圧で動作する同じセットでは、整流器段後の有効電圧が高くなります。110 ～ 120 ボルトの AC を使用する地域では、単純な半波整流器によって、発生できる最大プレート電圧が制限されていました。これは、比較的低電力のオーディオ機器には十分でしたが、テレビ受信機や高出力のアンプには、より複雑な電圧倍増整流器が必要か、都合よく高い二次電圧を備えた電源トランスの使用が必要でした。220 ～ 240 ボルトの AC 電源を使用する地域では、単純な整流器でより高いプレート電圧を発生できます。トランスレス電源は、220～240 ボルト地域のテレビ受信機に適していました。さらに、トランスを使用することで、異なるステージに個別のトランス巻線から複数の独立した電源を供給することができました。

AC/DC 設計では、機器を主電源から分離するトランスは存在しませんでした。多くの機器は、主電源の片側に接続された金属シャーシ上に構築されました。 ^[15] 電源トランスが使用されなかったため、「ホット シャーシ」構造が必要でした。主電源ラインの 1 つが電源のマイナス側となり、シャーシに接続され、シャーシと金属接触するすべての金属部品が共通の「接地」となります。AC 電源では、活線ではなく中性線をシャーシに接続する必要があります。中性線に触れることは非常に望ましくありませんが、通常は比較的安全です。中性線は通常、アース電位またはアース電位に近いです。ただし、2 ピン電源プラグ (または誤って配線された 3 ピン プラグ) を使用する場合、ユーザーが触れる可能性のある金属はすべて、主電源の活線に接続され、感電の危険があります。その結果、プラスチック製のノブが金属シャフトから外れたり、小さな指が通気孔から突き出たりした場合など、予測可能な異常な状況でも、シャーシに接続された金属が露出しないように機器が作られました。通電中の機器を扱うサービス担当者は、安全のために絶縁トランスを使用するか、シャーシに通電している可能性があることに注意する必要がありました。AC のみの真空管機器では、大きくて重く、高価なトランスが使用されていましたが、シャーシは電源導体に接続されておらず、アースできるため、安全に操作できました。

トランスレスの「ホット シャーシ」テレビは、トランジスタ化によってラジオのライブ シャーシ設計が時代遅れになった後も、広く製造され続けました。1990 年代までには、オーディオ ビデオ入力ジャックの搭載により、テレビを VCR、ゲーム コンソール、ビデオ ディスク プレーヤーと相互接続する必要があったため、フローティング グラウンドの排除が必要になりました。2000年代に入ってからブラウン管が液晶ディスプレイに広く置き換えられたため、テレビは主にスイッチング電源から得られる低電圧を使用するようになりました。潜在的に危険な「フローティング シャーシ」はなくなりました。

過去、110～120 V は、高出力の真空管オーディオやテレビの用途には高さが足りず、ラジオ受信機などの低出力のラジオやオーディオ機器の動作にしか適していませんでした。高出力の 110～120 V オーディオやテレビ機器には、昇圧トランスベースの電源、または場合によっては AC 電圧ダブラーを使用して得られるより高い電圧が必要であり、 AC のみで動作していました。

一部のAC/DC機器は、110 V AC（おそらく電圧ダブラーを使用）または220～240 V ACまたはDCのいずれかで動作できるように切り替え可能なように設計されていました。^[7] 240 V ACまたはDCで動作できるテレビ受信機が製造されました。^[8]一部の回路に電力を供給するには電圧が低かったため、フライバック期間中にライン出力トランスの一次側からエネルギーを回収し、昇圧されたHT（真空管）（高圧）電源を提供しました。^[16]一般的な真空管カラーテレビでは、ライン出力段は独自のHT電源を900～1200ボルトに昇圧する必要がありました（画面サイズと設計による）。^[17]トランジスタライン出力段は、整流された主電源電圧を超える電源電圧を必要としませんが、それでも電源回路が複雑になるのを避けるために、通常の電源レールを超える余分な電圧を発生させます。^[18] 1951年のブッシュテレビ22で、公称190ボルトのHT電源が500ボルト近くまで昇圧された方法の詳細は、技術出版物に記載されています。^[19] AC/DCテレビは、カラーと半導体の時代まで生産されていました（一部のテレビは真空管と半導体のハイブリッドでした）。

1970 年代にソリッド ステート設計が広く採用されたことで、卓上ポータブル ラジオ受信機の電圧と電力要件が大幅に低下しました。一般的なアプローチの 1 つは、バッテリー駆動のラジオ (通常は乾電池 4 個から 6 ボルトの DC )を設計しながら、バッテリー駆動の代わりに主電源(地域によって 120 V または 240 V AC) を使用できるように、 小型の降圧トランスと整流器を内蔵することでした。