調整された無線周波数受信機

同調無線周波数受信機（またはTRF受信機）は、1つ以上の同調無線周波数（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、および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す。このタイプの受信機は1920年代に人気がありました。初期の例では、放送局を同調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、操作が面倒でしたが、後のモデルでは連動同調となり、すべての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できるようになりました。1930年代半ばまでに、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置き換えられました。

TRF 受信機は、1916 年にErnst Alexandersonによって特許を取得しました。彼の概念は、各ステージで目的の信号を増幅しながら干渉信号を減らすというものでした。RF 増幅の複数のステージによって、無線は弱い局に対してより敏感になり、複数の同調回路によって、当時一般的だった単一ステージの受信機よりも狭い帯域幅とより高い選択性が得られます。無線のすべての同調ステージは、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す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。後続のすべてのステージ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 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、長くて低い外観で、真空管と同調回路にアクセスするためのフリップアップ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 段階のチューニングを制御します。内部には、いくつかの真空管とともに、一連の大きなコイルがあります。これらのコイルは通常、軸が互いに直角になっており、コイル間の磁気結合を減らします。

三極管真空管で作られた TRF 受信機の問題は、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により不安定性と振動が発生し、受信が妨げられ、スピーカーからキーキー音やハウリング音が発生します。1922 年、ルイス アラン ヘイゼルティンは、追加回路を使用し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]中和は、人気の高い}Neutrodyneシリーズの TRF 受信機で使用されました。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と実質的に無関係です。」^[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実際に維持することはできません。^[3] その後、四極管と五極管の真空管が開発され、電極間容量の影響が最小限に抑えられ、中和が不要になりました。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]

1920 年代および 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 つ以上の調整された RF 増幅段。これらは、アンテナが拾った他のすべての信号を除去しながら、目的の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、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段。

各同調 RF ステージは、増幅装置、三極管(または後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 結合トランスから構成されています。トランスの巻線の 1 つには可変コンデンサが接続されており、同調回路を形成しています。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す。設計を簡素化するため、RF ステージは通常、同一の回路を備えています。

各RFステージは同じ周波数に調整する必要があったため、新しい局を導入する際にはコンデンサーを連動させて調整する必要があった。後期のセットでは、コンデンサーが「連動」して同じシャフトに取り付けられたり、機械的にリンクされたりして、ラジオを1つのノブで調整できるようになったが、ほとんどのセットでは調整された回路の共振周波数を「追跡」することができず、各ステージには独自の調整ノブがあった。^[5]

検出器は通常、グリッドリーク検出器です。一部のセットでは、代わりにクリスタル検出器（半導体ダイオード）が使用されました。選択性を高めるために、再生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 ステージが 1 ～ 3 段ありました。

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、および 3 つのクラス A オーディオ増幅段があります。3 つの同調回路T1-C1、T2-C2、および 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、一緒にまとめられ(線で結ばれています)、1 つのノブで制御されるため、同調が簡単になります。通常、受信信号をフィルタリングして増幅し、良好な受信状態を得るには、2 つまたは 3 つの RF 増幅器が必要でした。

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性が低く、感度も低い。したがって、TRF は事実上時代遅れである」と表現しています。^{[6]選択性には狭い帯域幅が必要ですが、特定の}Q 係数 を持つフィルターの帯域幅は周波数とともに増加します。したがって、高周波で狭い帯域幅を実現するには、高 Q フィルターまたは多くのフィルター セクションが必要です。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めったに実現されませんでした。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します。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 段階) でのみ発生するため、大幅に簡素化されます。

TRF 受信機、特に消費者向け製品における主な問題は、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、すべてのチューニングされた回路を追跡する必要があります。広い周波数範囲にわたってチューニングしながら、複数のチューニングされた回路を揃えておくのは困難です。初期の TRF セットでは、前述のように、オペレーターがその作業を実行する必要がありました。スーパーヘテロダイン受信機では、RF ステージと LO ステージを追跡するだけで済みます。面倒な選択性要件は、固定チューニングされた 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ことだった。^{[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。^{[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 可聴ヘテロダイン、金切り声、うなり声が発生し、近隣住民から非難を浴びた。 ^{[7] [8]} 都市部では、同じブロックやアパートにある複数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可能性もあった。^{[7] [8]} 英国、^[9]そして最終的には米国では、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が有利になった。

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出現により、この設計は「復活」し、趣味のラジオ プロジェクト、キット、低価格の消費者向け製品用のいくつかのシンプルな統合ラジオ受信機に使用されました。1 つの例は、以下に示す 1972 年の FerrantiのZN414 TRF ラジオ統合回路です。

• クリスタルラジオ
• 低IF受信機
• 回生回路
• スーパーヘテロダイン受信機
• チューナー（ラジオ）

• トマシ、ウェイン（2004）、電子通信システム：基礎から上級まで（第5版）、ピアソンエデュケーション、ISBN 9780130494924

ウィキメディア・コモンズには、同調無線周波数回路に関連するメディアがあります。