再生回路
現在のラジオ受信機が周波数を合わせるだけで受信できるのと比べると、受信周波数と再生の両方を適切に調整しなければならない再生式受信機は操作が難しい。また、受信する信号の強さが変わると再生のかかり具合も変わるため、受信する局ごとに再生の再調整が必要になる。
再生を強くかけすぎることによる発振も他の受信機への妨害につながる。特に真空管を再生回路に使用していた時代、現代の半導体と比べ再生回路で扱う電力レベルが大きかったため妨害電波も強くなり問題になりやすかった。例えば、第二次世界大戦後に日本を統治したGHQは、再生回路による電波障害(再生妨害)を起こす受信機の生産を禁止し、スーパーヘテロダイン受信機を推奨した。当時アメリカ占領軍が多用していたテレックス通信が家庭用の再生式ラジオからの電波により妨害されたためとも言われる。
また、再生回路は弱い信号に対して増幅度と選択度が良いが、強い信号に対しては選択度が悪く、混信が起こりやすくなる。逆に、微弱な信号に対して増幅度を上げようとすると、選択度が鋭くなりすぎてラジオ放送では音質が悪化する問題もある。
再生回路は近くに強い信号があると周波数の引込現象(Interlocking)が起きて発振が強い信号に同期してしまい、弱いCW信号(モールス信号)受信時にビートがかからなくなる。
現在の受信機で一般的に使われているスーパーヘテロダイン方式やダイレクトコンバージョン方式には上記の欠点が無い。調整が不要で受信動作も安定しており、バンドパスフィルタの特性も受信対象となる信号の帯域幅に合わせて自由に設計でき、受信信号の強さによらず選択度は一定である。受信周波数を決める局部発振器が信号を増幅する経路と独立しているため安定度も高くしやすい。
DKE1938 型は1938年末までに70万台が生産された。
ドイツ国民受信機 VE301W
ドイツ国民受信機 VE301Wの内部構造
ドイツ国民受信機 VE301Wの回路図
日本では、日本放送協会が「放送局型受信機」の検討を1938年頃から始めた。ドイツの国民受信機から影響を受けたもので、放送協会がデザイン、回路、販売価格までを指定し、同じ物を量産することで一定以上の品質を持った標準受信機を安価に提供することを目指していた。最も有名なものとして放送局型123号受信機があり終戦までに62万台以上が生産された。当時の一般的な受信機であり空襲警報や玉音放送などの記憶とともに語られることも多い。 この受信機は、五極管 12Y-V1 による高周波増幅回路、五極管 12Y-R1 による再生検波回路、五極管 12Z-P1 による低周波増幅回路からなり、整流管には双二極管 24Z-K2 を用いた。鉄や銅を節約するため電源トランスを用いないトランスレス方式を採用し、また戦争末期になるほど物資の不足から作りか簡素になっている。この受信機は電解コンデンサの不良など判定困難な故障が多く、真空管が特殊で修理時に入手しにくかったせいもあり、非常に評判が悪かった。 以下に放送局型受信機の種別と構成を示す。
また、放送局型受信機とは別に、資材節約という当時の国策に沿ってラジオメーカが独自に設計した普及型受信機(「国策型受信機」と呼ばれる)も数多く存在した。これらの受信機で最も一般的な構成は真空管 UZ-57, UX-26B, UX-12A, KX-12F の組み合わせからなる並四で、初期の国策型受信機である「ナショナル国策1号型」(KS-1型)がこの構成である。
再生検波回路は、特定の周波数特性を持つバンドパスフィルタと増幅回路を用いたフィードバックに検波回路を組み合わせた回路としてモデル化できる。再生検波回路の利得や選択度はフィードバック回路の伝達関数から求まるが、事象とは乖離するゆえ更なる理論解析が求められる。
バンドパスフィルタとしてLCR回路を用いる場合、フィルタの特性は以下のような二次の伝達関数 A b p f ( s ) {\displaystyle A_{bpf}(s)} で表現される。
A b p f ( s ) = s ω 0 Q s 2 + s ω 0 Q + ω 0 2 {\displaystyle A_{bpf}(s)={\frac {s{\frac {\omega _{0}}{Q}}}{s^{2}+s{\frac {\omega _{0}}{Q}}+\omega _{0}^{2}}}}
ここで ω 0 {\displaystyle \omega _{0}} は同調回路の中心周波数、Q(Q値) は同調回路の選択度の良さを表す値である。一般に同調回路のHz単位の3 dBバンド幅 BW は Q を使い以下の式で表現できることが知られており、Q値が大きいほど同調回路のピークが鋭くなるためバンド幅は小さくなる。
B W = 2 π ω 0 Q {\displaystyle BW={\frac {2\pi \omega _{0}}{Q}}}
再生回路や発振回路の技術のベースになる正帰還のアイデア自体は三極管が発明される前から知られていた。当時使われていた電話機の受話器と送話器を近づけた時の反応から、1890年にヒバード(A. S. Hibbard)が「ハミングテレフォン」(Humming Telephone)の現象を発見した。これは今日のハウリングに相当するものである。電話機のカーボン式の送話器と電池とを接続し、その電気出力をトランスを通し受話器に戻して、送話器と受話器を近づけると音が鳴るもので 、帰還現象により起こる。1908年には現象の理論的な解析が行われ、またコペンハーゲンのラーセン教授が直流を交流に変換するのにこの原理を利用している。当時の電話利用者にはよく知られた現象だった。
後のド・フォレストとアームストロングとの間の再生回路に関する特許訴訟では、帰還回路を用いた「継続的な電気振動を発生させる手段」をどちらが先に発明したかが重要な争点となるが、帰還回路による電気振動の発生は三極管の発明以前から知られていた。
また、三極管自体も特定の条件を整えれば容易に発振する特性を持っていた。初期の三極管研究が行われていた時代、音声周波数での発振(ハウリング)はごく一般的な現象だった。非常に厄介な現象で、回路のパラメータ(例えばヒーター電圧)をわずかに変化させるだけで音が消えたり音調が変ったりした。当時この現象は「カナリア」(Canaries)と呼ばれていた。