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電池 のいらない簡単手作 りラジオ
2012 年度サイエンスセミナー 2012 年 8 月 3 日(金) で ん き で ん し じょうほう こ う が く じ っ け ん かんさ い だ い が く 電気電子情報工学実験 り こ う が く ぶ で ん き で ん し じょうほうこう が っ か 関西大学システム理工学部電気電子情報工学科 でんち かんたんてづく 電池のいらない簡単手作りラジオ 1. はじめに にほん ほうそう はじ ねん はんせいき いじょう す げんざい 日本でラジオ放送が始まったのは, 1925年のことでした。それから半世紀以上過ぎた現在では ぎじゅつ はったつ こ が た か ん ど で ん し ぶひん つか ふ つ う つか 技術が発達し, 小型でも感度はすばらしい, 電子部品を使ったラジオがごく普通に使われていま うす かる と う じ で ん し ぶひん す。なかにはカードのように薄 くて軽 いものもあります。しかし当時 はそれらの電子 部品 はなく, こうせき つか かつやく 鉱石を使ったラジオが活躍していました。 こうせき つか こうせき かる はり せっしょく でんぱ おと ひろ はり せっしょく この鉱石を使ったラジオは, 鉱石に軽く針を接触させて電波から音を拾っていました。針の接触 か し ょ ほうそう き か ほうそう き はり する箇所によって放送が聴こえるかどうかが変わってしまうものでした。放送を聴くためには, 針の せっしょく ちょうせい むかし ひと き く ろ う 接触ぐあいを調整 しなければなりませんでした。 昔 の人たちは, ラジオを聴くのにもかなりの苦労 ご で ん し ぶひん こうせき か つか をしていたわけです。その後, ゲルマニウムダイオードという電子部品が鉱石の代わりに使われる すこ らく き こうせき つか ようになり, 少しは楽にラジオが聴こえるようになりました。鉱石やゲルマニウムダイオードを使った でんげん おと き ちょうしょ おと き ラジオは電源なしでも音が聴こえるという長所はありますが, かすかな音しか聴こえません。そのた し だ い おと おお で ん し ぶひん うご でんげん つか か め, 次第に音を大きくするような電子部品やそれを動かす電源が使われるように変わっていったの です。 き ょ う じっけん げんてん つか で ん ち でんげん 今日の実験では, ラジオの原点であるゲルマニウムダイオードを使って電池(電源)のいらないラ つく おと き ジオを作り, 音を聴くことにチャレンジしてみましょう。 おと の でんぱ 音を乗せた電波 ラジオ ほ う そう き ょ く 放送局 ず ほうそう つた ず 図1 放送がラジオに伝わるイメージ図 おと 音 げんり 2. ゲルマニウム・ラジオの原理 した ず こ んかい つ く じっけん しめ おも 下の図2 に今回作って, 実験するゲルマニウム・ラジオを示します。ゲルマニウム・ラジオは主に せん せん (1)アンテナ線・アース線, (2)バリコン・コイル, (3)ゲルマニウムダイオード, (4)クリスタルイヤホンから こうせい やくわり せつめい 構成されています。ここでは, これらの役割についてそれぞれ説明します。 (4) クリスタル イヤホン だいし (2-2) コイル (3) ゲルマニウム ダイオード (2-1) バリコン (2-1) バリコン (1-1) アンテナせん (1-2) アースせん ず 図2 ゲルマニウム・ラジオ せん せん (1)アンテナ線, アース線 ず おと ほ う そう き ょ く かくかてい おく でんぱ で ん き なみ の ひつよう 図1 のように音を放送局から各家庭のラジオに送るためには電波という電気の波に乗せる必要 ず あらわ つぎ ず でんぱ おと なみ ま があります。図で 表 すと次のようになります。図3(a)のような電波に(b)の音の波を混ぜて, (c)のよう でんぱ くうかん つた いけ いし お なみ すいめん つた よ う す おも う な電波として空間に伝えます。池に石を落とすと波が水面を伝わる様子を思い浮かべてください。 いし お でんぱ はっせい そうとう なみ すいめん つた でんぱ くうかん つた よ う す そうとう 石を落とすことが電波の発生に相当し, 波が水面を伝わることが電波の空間を伝わる様子に相当 ほ う そう き ょ く おく でんぱ つか い ろい ろ します。アンテナは放送局から送 られてきたこの電波 を捕 まえるものです。アンテナには色々 な しゅるい じっけん の どうせん どうせん なが 種類がありますが, この実験ではまっすぐに伸ばした導線をアンテナにします。導線の長さは 60 なが の むずか でんぱ ∼80m ぐらいがよいのですが, そんなに長く伸ばすことは 難 しいので 10m とします。電波がこのア よ こ ぎ どうせん でんあつ で ん き し ん ご う はっせい でんあつ ンテナを横切ると, アンテナの導線には電圧(電気信号)が発生します。この電圧もやはり(c)のよう かたち で ん き しんごう はっせい おと き な 形 をしています。ただし, この電気信号を発生させるだけでは音は聴こえません。クリスタルイ つた せん じ め ん で ん き しんごう じ め ん なが ヤホンに伝える必要があります。そこで, アース線を地面につなげることで, 電気信号が地面に流 とちゅう とお れる途中にクリスタルイヤホンを通ることになるのです。 でんぱ (a)電波 おく なみ (c)送られる波 おと なみ (b)音の波 ず でんぱ おと なみ おく なみ 図3 電波と音の波と送られる波 (2)バリコン, コイル おく でんぱ ほ う そう き ょ く こと よ こ ぎ でんぱ さまざま ほ う そう き ょ く 送られる電波は放送局によって異なっています。アンテナを横切る電波には様々な放送局から おく でんぱ ふく き ほ う そう き ょ く でんぱ えら だ ひつよう でんぱ えら だ 送 られた電波 が含 まれ, 聴 きたい放送局 の電波 を選 び出 す必要 があります。電波 を選 び出 す や く め せつめい 役目をしているのが, バリコン(コンデンサ)とコイルです。くわしく説明すると, バリコンはキャパシタ あたい も あたい も あたい えら ンス C という 値 を持ち, コイルはインダクタンス L という 値 を持ちます。この C と L の 値 によって選 だ しゅうはすう け っ てい しゅうはすう なみ びょうかん とお す じょうげ かいすう ほ う そう き ょ く び出せる周波数が決定します。周波数は波が 1秒間に通り過ぎる(上下する)回数のことで放送局 でんぱ しゅうはすう こと す う ち さ ゆ う たいしょう はい ち まい によって電波の周波数は異なった数値になっています。バリコンは左右対称に配置された 2枚の きんぞくばん む あ つか あたい む か き あ きんぞくばん き ょ り 金属板(アルミシート)を向き合わせて使います。バリコンの C の 値 は向き合った金属板の距離に か お ま あたい ほ う そう き ょ く しゅうはすう よって変わります。つまり, だいしを折り曲げることで C の 値 を変え, 聴きたい放送局の周波数を えら 選ぶことができます。 (3)ゲルマニウムダイオード えら で ん き しんごう ず じ ょ う げ たいしょう たが う け アンテナとバリコンで選んできた電気信号は図4(a)のように上下対称なので, 互いに打ち消しあ おと き なみ したはんぶん ひつよう ってしまいます。そこで, 音として聴こえるようにするには, この波の下半分をカットする必要があり したはんぶん なみ や く め したはんぶん なみ ます。この下半分の波をカットする役目をしているのがゲルマニウムダイオードです。下半分の波 けんぱ をカットすることを検波といいます。 まえ なみ ご (a)カット前の波 なみ (b)カット後の波 ず おと へんかん は け い 図4 音の変換波形 (4)クリスタルイヤホン つか でんぱ けんぱ ず アンテナによって捕まえた電波をゲルマニウムダイオードによって検波することで図4(b)のような はけい え じ て ん はけい で ん き しんごう き おと か 波形 が得 られますが, この時点 では波形 は電気 信号 です。聴 こえるようにするには音 に変 える ひつよう で ん き しんごう おと か や く め は ず でんきょく 必要があり, この電気信号を音に変える役目を果たすのがクリスタルイヤホンです。図6 の電極に で ん き しんごう つた しんどう しんどう しんどうばん つた しんどうばん 電気 信号 が伝 わるとクリスタルは振動 します。クリスタルの振動 が振動板 に伝 わって, 振動板 が く う き しんどう おと き いと で ん わ む 空気を振動させ, 音として聴こえるわけです。ちなみに糸電話はコップに向かってしゃべると, コッ しんどう しんどう いと つた あ い て しんどう おと き し く プが振動し, その振動が糸を伝わって相手のコップが振動して音が聴こえる仕組みです。 クリスタル しんどうばん 振動板 でんきょく 電極 ず しゃしん ず 図5 クリスタルイヤホンの写真 し く 図6 クリスタルイヤホンの仕組み せいさく しちょう 3. ゲルマニウム・ラジオの製作・試聴 はいふ か じゅんばん く た (1) 配布したプリントに書いてある順 番 どおりにラジオを組み立てます。 せん どうせん まど した た そと お いっぽう せん (2) アンテナ線に導線をつなげて窓から下に垂らします。一方, アース線は OA タップのアース どうせん まど ちゅうい につなげます。このとき, 導線を窓の外に落とさないように注意してください。 だ い し お ま ほうそう き ため き (3) 台紙 を折 り曲 げながら, ラジオ放送 が聴 こえるかどうか試 してください。もし, 聴 こえない ばあい せん せん せん 場合はきちんと線と線がつながっているかどうか, 線とアルミシートがつながっているかどう かみ かくにん か, 紙やすりでみがくところをきちんとみがいているかどうかを確認してください。 き だ い し お ま なん し ゅ る い ほうそう き しら (4) 聴こえたら OK です。台紙を折り曲げることで何種類のラジオ放送が聴こえるか調べてくださ しゅるい き い(もしかしたら, 1種類しか聴こえないかもしれません)。 も かえ つか かた ちゅうい 4. 持ち帰ってからの使い方と注意 き ょ う つく も かえ つか き ょ う じっけん とくべつ 今日作ったゲルマニウム・ラジオは持ち帰って使ってください。ただし, 今日の実験では特別 つか かた つぎ つか な使い方をしていますのでマネをしないでください。次のようにして使ってください。 せん たてもの たか じ め ん む た ど う せ ん なが ・ アンテナ線は建物の高いところから地面に向けて垂らした導線(長さ 10m 以上)につなげるの り そ う ばあい どうせん き えだ ひ か せん が理想ですが, できない場合は導線を木の枝に引っ掛けてアンテナ線とつなげてください。 せん じ め ん せんたん う まどわく ・ アース線は地面に先端を埋めるかドアノブや窓枠につなげてください。 い か かなら まも また, 以下の 3 つのことは 必 ず守ってください。 かみなり な どうせん しつがい は た らくらい ・ 雷 が鳴っているときには導線を室外で張ったり垂らしたりするのはやめてください。落雷す かのうせい る可能性があります。 せん せん き ょ う じっけん とくべつ ・ アンテナ線やアース線をコンセントや OA タップにつながないでください(今日の実験は特別 ほうほう さんこう かんでん かのうせい な方法ですので参考にしないでください)。感電する可能性があります。 せん せん かん ば くはつ かのうせい ・ アンテナ線やアース線をガス管につながないでください。爆発する可能性があります。 いじょう ほんじつ じっけん しゅうりょう ご じ つ かんそう しつもん い か おく 以上で本日の実験は終了 です。後日, 感想や質問があれば以下のアドレスにメールを送ってくだ さい。 おく さき メールの送り先 : [email protected] 2012/7/7 でん ち かん たん つく かた 電池のいらない簡単ラジオの作り方 かんさいだいがく 関西大学サイエンスセミナー 平成24年8月3日 (金) かんさいだいがく り こう がく ぶ でん き でん し じょうほうこう がっか 関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科 ひつよう ぶひん どうぐ かく にん 1. 必要な部品、道具を確認する。 ぶ ひん だい し 部品 ①台紙 よう どう せん ②コイル用銅線 ① だい しょう ③ ⑤ ⑥ ③ まい ③アルミシート(大) 2枚 ② ⑤クリスタルイヤホン ② ③ まい ④アルミシート(小) 2枚 ⑥ゲルマダイオード ④ ④ せん しろ ⑦アンテナ線（白） せん ⑧ ⑦ くろ ⑧アース線（黒） どう ぐ 道具 ①フィルムケース ① さつえい じ だいよう (撮影時にはのりを代用) ②セロテープ かみ ③紙やすり しゃ しん あつ がみ つくえ こ お 写真にはありませんが、厚紙が机に1個置いてあります 1 2012/7/7 だい し あつ がみ わく だい し 2. 台紙に厚紙をあてて、枠をペンでなぞる。 どう せん ま なか せん そ かる お ま 3. 台紙を真ん中の線に沿って、軽く折り曲げる。 ま ま 4. フィルムケースに銅線を巻きつける。 おわ 5. 巻き終わったら、コイルをフィルムケース だい し うえ お からはずし、台紙の上に置く。 ま と ま フィルムケースからコイルをはずすときはゆっくりと 巻きはじめをセロテープで止めると巻きやすい だい し は つ 6. 台紙にセロテープでコイルを貼り付ける。 どうせん ひだりがわ みぎがわ だい し みぎがわ おお どうせん だ 銅線をコイルから左側に5cm、右側に10cm出しておく わく だい は つ 8. 反対側の枠にもアルミシート(大)を貼り付ける。 だい は つ は つ ちゅうい 銅線をはさんで貼り付けないように注意 ちい はんたいがわ わく 7. 台紙の右側の大きな枠にアルミシート(大)を貼り付ける。 わく しょう は つ 9. 小さい枠にはアルミシート(小)を貼り付ける。 2 2012/7/7 だい し すべ は つ かみ じょうたい 10. 台紙にアルミシートを全て貼り付けた状態 こま 11. 紙やすりを細かくちぎる。 どうせん みが お て 13. 銅線が磨き終わったら、手をあげてください。 しゃ しん こま かみ で どうせん そく てい き つか かくにん 写真のように測定器を使って確認します。 みが 12. 細かくちぎった紙やすりで出ている銅線を磨く。 きょ か で つぎ すす 許可が出たら、次のページに進みましょう さき 14. クリスタルイヤホンのコードの先のほうをほどく せんたん どう せん 15. クリスタルイヤホンの先端の銅線をコイルの なが どう せん なか ま 長いほうの銅線のまん中あたりに巻きつける どう せん ま ぶ ぶん 16. 銅線を巻きつけた部分をセロテープで しょう は つ アルミシート(小)に貼り付ける。 なが どうせん さき まる だい 17. 長いほうの導線の先を丸めて、アルミシート(大) は つ にセロテープで貼り付ける 3 2012/7/7 どう せん 18. ゲルマダイオードの導線にクリスタルイヤホンの さき どう せん ま ま ぶ ぶん しょう 先の銅線を巻きつけます む どう せん 19. 銅線を巻きつけた部分をセロテープで は つ アルミシート(小)に貼り付ける。 き ダイオードの向きは気にせずに いっ ぽう どう せん どう せん 20. もう一方のゲルマダイオードの導線に どう せん さき だい ひら つ だい つ せん さき ひら だい 23. アース線の先を開いて、アルミシート(大)に は 貼り付ける は アルミシート(大)に貼り付ける。 22. アンテナ線の先を開いて、アルミシート(大)に は ぶ ぶん ま コイルの銅線を巻きつけます せん ま 21. 銅線を巻きつけた部分をセロテープで つ 貼り付ける かんせい 完成 4