APDahlen Applications Engineer
1N34A クリスタルダイオードとは何でしょうか？
1N34A は、1940年代に初めて登場した点接触型ゲルマニウムダイオードです。鉱石ラジオの検波器段において、多くの愛好家に広く使用されてきました。鉱石ラジオには電池やその他の電源が含まれていないことを思い出してください。代わりに、ヘッドホンを駆動するエネルギーはロングワイヤアンテナから得られます。したがって、1N34A のような感度（低い閾値電圧）の優れたダイオード検波器が必要とされました。
1N34A は、かつては一般的でしたが、現在ではますます希少になっています。以前は図1（後方）のようなデバイスが、地元のラジオショップで購入することができました。現在では、シリコンが主流であるため、ゲルマニウムベースの半導体を見つけるのは困難です。ほとんどが製造中止品としてリストされています。DigiKeyで唯一の例外は、NTE Electronicsが提供しているものです。この記事を書いている時点では、在庫はありません。
この技術概要では、古典的な 1N34A に代わる、入手が容易な最新のダイオードを紹介します。図2に示すように、Digilent Analog DiscoveryとDigilentトランジスタテスタで測定した閾値電圧に基づいて、代替ダイオードを分類します。
また、鉱石検波器（galena cat whisker detector）にもご興味があるかもしれません。鉱石検波器は 1N34A よりも古く、そのルーツはラジオの黎明期にまでさかのぼります。
図1： ダイオード BAT46（手前）とアンティークなダイオード 1N34A（後方）の画像
技術的なヒント： 古いゲルマニウムデバイスは、シリコンに比べて結晶が低い温度で溶けるため、熱に弱いという特性があります。はんだ付け時には結晶が溶けるリスクが高くなります。ゲルマニウムダイオードやトランジスタの本体近くに、放熱クリップなどのヒートシンクをしっかり固定してご使用ください。
図2： Digilent Analog Discoveryとトランジスタテスタ（別売）は、BAT46 ダイオードの特性評価に使用されます。
鉱石ラジオ用 1N34A の代替品を選ぶ際の注意点は？
1N34Aの代替品は数多くあります。しかし、1N34Aと同様に、それらのゲルマニウムの代替品もほとんどが製造中止です。これには、ゲルマニウムトランジスタのPN接合（2本の足）を使用するような、既成概念にとらわれないソリューションも含まれます。ネットオークションおよび、ハムフェスタやラジオコンベンションで少量入手できるかもしれません。同時に、ダイオードやその他の消耗品をDigiKeyに注文する利点もあります。
シリコンベースのデバイス、例えば古くからある 1N4148 小信号ダイオードは容易に入手できます。しかし、後述するように、1N4148 は 1N34A ほどの感度を持っていません。そのため、鉱石ラジオでは性能が劣ります。受信信号が 1N4148 の比較的高い閾値に達するのに十分な電圧を持たない場合、電波が弱い、また遠くのラジオ局を受信できない可能性が高くなります。
ショットキーダイオードは入手しやすく、かつ、低い閾値電圧を持っています。図1と図2に示されている BAT46 が良い候補と思われます。
ダイオード特性
ダイオードの特性は、図3に示すような電流電圧（IV）プロット上の曲線で表すことができます。ここで、縦軸は電流、横軸は電圧を表しています。
セットアップ
図2に示すように、ダイオードをDigilentのトランジスタテスタに挿入するだけなので、セットアップは簡単です。 Digilent WaveFormsソフトウェアは非常に使いやすく、各種設定は図3の上部に示されています。
結果
図3では、基準（gold standard）となる 1N34A を緑で示しています。ゲルマニウムダイオードが0.2V DC領域で導通し始めることがわかります。これは、約0.5V DCで導通し始める 1N4148 シリコンダイオードとは大きく異なります。
BAT46 ダイオードの曲線（青）は、BAT46 が 1N34A の良い代替品であることを示しています。
また、 1N5711 の特性も掲載しています。これもショットキーダイオードで、1N34A の代替品として時折言及されます。閾値が0.3V DC領域であり 1N4148 より優れていますが、BAT46 ほどではありません。
図3： BAT46（青）、1N34A（緑）、1N5711（紫）、1N4148（赤）の代表的なダイオード曲線です。BAT46 の曲線は 1N34A とほぼ同じです。
技術的なヒント： 図3の各曲線は、1個のダイオードのデータを表しています。デバイス間やメーカー間でばらつきがありますので、このデータを解釈する際にはご注意ください。この注意は、性能が閾値電圧と大きく相関する鉱石ラジオのような重要なアプリケーションでは特に重要です。
感度を上げるためのバイアス
最後に、図3の曲線を左にずらして感度を上げることができることを述べておきます。そのためには、電池を追加して鉱石ラジオの純粋さから逸脱する必要があります。しかし、電池があればダイオードにバイアスをかけることができます。例えば、0.4V DCのバイアスをかけると、1N4148 検波器は 1N34A よりも高感度になる可能性があります。
ところで、もし電源が確保できるのであれば、増幅効果を高めるためにトランジスタを使用してみてはいかがでしょうか。気持ちが休まるのであれば、ご自身で電池を製作することも可能かもしれません。
おわりに
以下のスペースに、鉱石ラジオのダイオード交換に関するご経験をぜひお聞かせください。BAT46 の使用に成功されましたでしょうか？また、鉱石ラジオ製作の伝統に従いながら、ご自身の工夫や手作りの様子を写真でご紹介いただければ幸いです。
ご健闘をお祈りします。
APDahlen
関連リンク
関連情報および有用な情報については、以下のリンクをご参照ください。
著者について
Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。
PaulHutch Applications Engineer
職場での購入では、依然として 1N270 ゲルマニウムダイオードをそれほど苦労せずに手に入れることが可能のようです。
しかしながら、それらがラジオ用途に適しているかどうかは存じ上げません。アナログ機器では低周波整流用に使用し、より適切なダイヤル目盛りの配置を実現しております。
APDahlen Applications Engineer
ありがとうございます、@PaulHutch さん
DigiKeyのシステムには、1N270 リストが2点含まれています。
興味深いことに、利用可能なデバイスは NTE製品です。既存の在庫から調達しているのか、それとも部品を生産するための最新の製造施設を確保したのか、気になります。
よろしくお願いします。
Aaron
PaulHutch Trusted Contributor
アジアには小規模なダイオードメーカーが数社、製造を行っていると存じています。2010年頃までは、ダイヤルレイアウトの変更を頻繁に検討せざるを得ない状況でしたが、その後 1N270 の供給は再び問題とならなくなりました。当社が最初に開発し、現在も最も人気のあるアナログメータ製品群は、1960年代初頭に 1N270 ダイオードを中心に設計されました。
APDahlen Applications Engineer
BAT46 が御社のアプリケーションで動作するか、ぜひお伺いしたいと考えております。2010年が再び巡ってきた際には、ご検討いただく価値があるかもしれません。
1N34A は確かに古典的なダイオードです。その低い閾値電圧は、特に電力制約のある鉱石ラジオのセットアップに最適でした。シリコンベースの半導体への移行により入手が難しくなってはいますが、現代的な代替品は依然として存在します。ショットキーダイオードは、同様の低い順方向電圧を持つため、鉱石ラジオ用途に必要な感度を維持できることから、代替品としてよく推奨されます。ご自身の環境で最適な動作が得られるよう、異なるモデルを試し比較されることをお勧めします。
APDahlen Applications Engineer
もちろんです、 @beredis さん
元の記事で言及されている BAT46（ショットキーダイオード）は、1N34A の代替品として十分合理的な選択肢です。
Jack Ward氏の素晴らしい作品をご覧になりましたでしょうか。History of Transistors Museumにてご活躍中です。クリスタル整流器を探求した一例をこちらでご覧いただけます。HISTORY OF DIODES COVER VOL 1
楽しい休日をお過ごしください。
Aaron
