再生回路
真空管やトランジスタなどの能動素子を用いた増幅回路や検波回路の出力の一部を正帰還で入力に戻すと、入力信号をより強める方向に働くため出力は帰還(フィードバック)が無い場合より大きくなる。帰還量を発振直前の状態に近づけるに従い増幅率は増加する。再生回路はこのような原理により元の増幅回路より大きな増幅率を得る回路である。
さらに、再生回路内に共振回路が含まれると、その共振周波数で強い正帰還がかかる。共振周波数の信号のみが高い増幅率で増幅されるため、回路全体では単体の共振回路より高い選択度も得ることができる。
十分な感度と選択度を得るために高価な真空管が多数必要だった時代、少ない真空管と単純な回路で大きな増幅率と高い選択度を得られる再生回路の発明は非常に重要なものだった。
再生回路には多くのバリエーションがある。最も一般的な再生検波回路は、真空管などを用いた検波回路(例えばグリッド検波回路)の出力の一部を再生コイル(英: tickler coil)経由で入力側の同調回路に戻すものである。
1940年以降はラジオ統制の強化により UX-26B に代わって UY-56 が使われるようになった。これらの受信機には、放送局型受信機と同様、再生検波回路が使われていた。
戦争が終わるとラジオの統制は解除され、GHQによる民主化の手段としてラジオの普及が行われることになった。このような背景から1945年9月には日本の新たな標準受信機の規格である「国民型受信機」規格の検討が始まり、1946年に日本通信機械工業会から正式な規格が発表された。この規格でも再生検波回路が使われた。戦争中の代表的な受信機だった放送局型123号の構成も国民型1号として国民型受信機規格に採用されている。以下に国民型受信機の種別と構成を示す。
その後、再生妨害が発生する国民型5号の製造がGHQにより禁止され、ヒーター電圧2.5 Vの旧式の真空管を用いたものが廃止になるなど、見直しと整理が行われた「普通級国民型受信機規格」が1947年に制定された。
また、上位規格である「超ヘテロダイン級国民型受信機規格」も同じ年に発表され、スーパーヘテロダイン受信機の標準化が行われた。これ以降、多くのメーカーから普及型のスーパーヘテロダイン受信機(五球スーパー)も発表されるようになった。 この当時の国内の電源事情は極めて悪く100ボルトの電灯線電圧が半分以下に下がることもあり、電源電圧の低下で局部発振が止まると受信できなくなるスーパーヘテロダイン受信機がすぐに主流となることはなかったが、1951年に民間放送が始まり 局数が増加すると、徐々に感度と選択度に優れたスーパーヘテロダイン方式への移行が進んでいった。
検察官は会社の唯一の資産が「ド・フォレストが発明したオーディオンと呼ばれる白熱灯のような奇妙な装置だけで、その価値の無いことが証明された」と発言した。
この当時、オーディオンは増幅素子ではなく高周波信号の検波器と考えられていた。高価(5ドルから8ドル程度)だったにもかかわらず単純で安価な鉱石検波器よりわずかに感度が良いだけだったため、ほとんど売れなかった。ド・フォレストはオーディオンに増幅機能があると主張していたが、この頃の三極管の動作と性能は二極管と大差がなかった。動作も非常に不安定だった。ド・フォレストの当時のアシスタントはオーディオンを「通常の無線オペレータが使用するには信頼性が低すぎ、複雑すぎる」としている。また、オーディオンは1910年(明治43年)頃に日本にも輸入され電気試験所で試験が行われたが、動作が不安定ですぐには実用にならないと判断されている。
発明したド・フォレスト自身も三極管の動作原理を十分理解しておらず、管内に封入したガスがイオン化することで動作すると考えていたため、特性の不安定さはなかなか改善されなかった。三極管の動作が安定するのは、ラングミュアなどの科学者により動作原理が正しく理解され高真空度の三極管が作られるようになった1913年頃からである。
そのためオーディオンには、一部の研究者や当時のアームストロングのような無線実験を行うアマチュア以外、大きな関心を持たなかった。
三極管が発明された当時のAIEE(American Institute of Electrical Engineers)でのスピーチで、ド・フォレスト自身もこのような現象の報告を行っている。高周波でもゲインを上げると三極管は容易に発振してしまう。三極管による安定した高周波増幅が行えるようになるのは真空管の各電極間寄生容量による影響をキャンセルする中和回路などの技術が発明されてからである。
三極管の発明以前の発振や増幅に関係するものとして、1895年頃のアーク放電の研究から発見された負性抵抗がある。これは抵抗値が見掛け上マイナスになるような素子や回路で、同調回路と接続すれば同調回路自体の抵抗を打ち消すことができ、三極管などを使用せずに発振や増幅を行うことができる。
アーク放電による負性抵抗を用いた高周波発振器はデンマークの技術者ヴォルデマール・ポールセンにより改良され1907年頃から無線送信機に利用された。また水銀灯の持つ負性抵抗が電話用の増幅器に使えることが発見され電話の中継装置に使われた。
有名な発明家で多くの無線研究を行ったニコラ・テスラは1899年頃コロラドスプリングスの研究所で様々な研究を行うが、その中の一つにコヒーラ検波器を用いた高感度のVLF帯受信機がある。ニコラ・テスラの研究者は、この受信機がコヒーラの持つ負性抵抗を利用し再生回路のような動作をしていたと主張している。
再生回路では入力された信号の一部が増幅され再度入力側に戻されるため、フィードバックは入力側のLCR回路の損失を減らす方向に働き、LCR回路側から見ると負性抵抗が接続されたように見える。
直列に接続した LCR回路のQ値は以下の式で定義される。
Q = 1 R L C {\displaystyle Q={\frac {1}{R}}{\sqrt {\frac {L}{C}}}}
この式において、再生回路による負性抵抗 − R r e g {\displaystyle -R_{reg}} が接続される場合を考えると回路全体のQ値は、
Q r e g = 1 R − R r e g L C {\displaystyle Q_{reg}={\frac {1}{R-R_{reg}}}{\sqrt {\frac {L}{C}}}}
となるため、フィードバック回路での分析の場合と同様、再生により R − R r e g {\displaystyle R-R_{reg}} が 0 に近づくにつれ、Q値が上昇しバンド幅もそれとともに狭くなる。LCR回路内の損失の減少により高周波信号の減衰も少なくなり、発振状態に近づく。
現実の回路でも、負性抵抗を示すトンネルダイオード(エサキダイオードともいう)やガン・ダイオード、ラムダダイオードなどとLCR回路を組み合わせ、再生回路として動作させることができる。