テスラコイル実験ボード

　コイルと名のつくものには何にでも興味が湧いてしまう困った性分です。コイル趣味。テスラコイルと言えば、雷のような電光が飛び交う部屋で平然と読書に勤しむニコラ・テスラの白黒写真が印象にあります。そのような巨大な装置とは比べようもありませんが、同じ原理で小さな放電現象を発生させるキットがaitendoやアマゾンで何種類か市販されています。試しに作ってみました。

　テスラコイルはモジュール部、多巻きの２次コイル、数回巻きの１次コイルで構成され、１次コイルに通電することで、２次コイルに磁界誘導が起こり、高電圧を発生させる仕組み。本来は基板上にコイルを取り付けるようになっているのですが、いろいろと実験もしてみたいと考え、コイル交換式の実験ボードにしました。といっても、アルミプレートに基板（モジュール部）とターミナル端子を取り付けただけのものです。



キット付属の回路図

モジュール部

実験ボード（裏面に配線）


　とりあえずキット付属のコイルをつないでみました。２次コイルの直径２cm、長さ6cm弱。インダクタンス470μH。１次コイルは２次コイルの下部に空間を開けて１回巻きとしました。２次コイルと巻き方向を同じにします。逆にすると誘導が起こりません。


1次コイル接続





　さっそく、モバイル電源を12Vに設定（仕様では15V2A以上必要）し入力してみたところ、無事2つのLEDランプが点灯し、２次コイル先端から青白いアーク放電が現れました。長さ5mm程のかわいらいしいロウソク状。二つの電極間に発生するわけではなく、何もない空間に揺らぎながら放出される高電圧の炎。それも一瞬ではなく、そのまま放電を保ち続ける・・・。不思議な感覚を覚え、しばし見とれてしまいました。ドライバーを近づけると、尺取り虫みたいにアークが吸い付いてきます。



　ドライバーを２次コイル上部に近づけると、今度はコイル本体から放電。上部ならどこでもよく、近づけた箇所に放電が起ってしまいます。小さな雷現象。電圧設定を16V、19V、21Vと上げていき、放電の様子を観察しました。19Vでアークの長さが1.5倍くらいに大きくなり、21Vに上げてもさほどの変化はありませんでした。モジュール部の発熱は半端ではありません。触ったらヤケドしてしまいそうです。また、不用意にモジュールに触ると思わぬ箇所で感電し、チクリと痛みが走ります。作動中はオゾン臭も。取扱い要注意、危険な代物ではあります。
　

　ワイヤレス給電の原理にもなっているということで、ネオンランプの実験もしてみました。10cmくらい近づけると明るく点灯します。アマチュア無線的に言えば、いわばインターフェア発生器と言えます。高周波なので制御が難しく、電子器機に誤作動を起こしたりもするようです。実際、ラジオには盛大なノイズが入ります。



　放電アークを大きくする条件とかコイルの直径、巻き数、巻き方とか、いろいろ試して、工夫のしどころを考えてみたいと思います。このコイルを作ったから何ができるというものでもありませんが、非日常的なアークの炎を見ているだけで、なにか惹き付けられるものがあります。

DSPラジオキット AKIT-9612

　DSPラジオIC「C9612」とアンプIC「TDA2822」を使ったAM、FMキットです。2Vで動作します。aitendoとしては難易度中クラスといったところでしょうか。自分的には部品点数が多い上に、特にC9612の取り付けが難しそうでハードルは高いです。

　いつものごとく、基板、部品類がビニール袋にざっくりと入っているのみです。基板がK-6952MBに比べ二回りほど大きいのは良いとして、印字が不鮮明なところがあります。いつもは基板の印字で部品をサクサク取り付けていくのですが、それができません。ホームページから部品取付け配置図をダウンロードし、確認しながら作業を進めました。




　まずは難関、C9612のハンダ付け。はじめに、ランド部にペーストハンダをつまようじを使って慎重に盛る。ハンダの盛り過ぎが失敗のもとのようなので、ほんの少量。次に接点を合わせ、セロテープで固定。その状態でフラックスを塗っておきました。あとは一本ずつ慎重にコテを当て、融着。なにしろ1.27mm間隔なので手が震えてしまいます。片方がおわったら、再度テープを貼りなおして、もう片方。なんとかブリッジも発生せず、取り付けることができました。思っていたよりは要領よくできたように思います。でも、このくらいが限界ですね。0.65mmピッチのICなどというのもあるそうですが、自分が手を出すべき領域ではなさそうです。




　抵抗も種類が多く、カラーコードが不鮮明なものもあるので油断なりません。マルチメーターで一つ一つ確認し、ハンダ付け。マルチメーターが手元になかったらもっと時間を要したかもしれません。スイッチ類は上下の表示がないので、勘で取り付けました。結果、パワースイッチがオンオフ表示逆になってしまいましたが、動作に影響ないので良しとします。バーアンテナは中間タップなしのわかりすいものが付属しています。ただ固定具が付属せず、プラスティック板に乗せて固定してみました。全体的には、ラジオICの取り付けさえクリアすれば、部品は多いものの、考えていたほど難しいところはありませんでした。


マルチメーター　重宝で手放せません





　半日を要し、完成。エネループ2本（2.4V）をつなぎ、さっそく電源オン。赤色LEDが点灯してくれました。とりあえず一安心。この瞬間はいつも緊張します。この機種もDSP独特のボリュームチューニングです。イヤフォンに集中しながら、慎重に回していきます。まずはAM。NHK第一、第二、東北放送が強力に入感するも、なぜかイヤフォンが片耳しか聞こえません。チェックしてみると、イヤフォン端子の基板配線がおかしいような？接点をつなぎ直し無事両耳からの音声となりました。また、てっきりチューニングランプと思っていた緑色LEDが点灯しないのです。よく見るとこれはステレオランプの勘違いでした。続いてFM。3バンドに分かれおり、スライドスイッチで切り替えます。といっても周波数がダブっているのであまり意味はありません。 FM2（76～108MHz)で十分かと。こちらも地元3局がメリット5で入感（アンテナなし）、ステレオランプも点灯してくれました。





　AM、FMとも、聞いてみてすぐに感じたのは音の良さです。高音がささらず、落ち着いた音声、それでいてパワフルでもあります。FMのステレオ放送はもちろんすばらしいですが、AM放送もこんなに音質良かったかなと思ってしまいました。アンプIC、なかなかのものです。C9612にはAFC、AGCはもちろん、デジタルノイズキャンセル機能も搭載とか。しかも低電圧動作かつ省エネ。技術の進歩にはほんと驚いてしまいます。秋の夜長、K-6952MBとの聞き比べでもしてみたいと思います。


（追記）
　選局していて違和感があるなと思ったら、周波数の上下が逆になっていました。右に回すと周波数が低くなり、左に回すと高くなっていきます。基板の選局ボリューム取付けの仕様が逆になっています（AM、FMとも）。
　受信感度について、AMはK-6952MBと比べ良くありません。夜間、K-6952MBではバンド内びっしりと聞こえる放送がひしめいているのに対し、AKIT-9612は昼とほとんど変わらず、メリット５で聞こえるのはNHK仙台第一、第二、東北放送の３局のみ。文化放送や日本放送は聞こえません。AMの受信感度に関しては期待はずれです。一方、FMはK-6952MBで受信できない放送が聞こえます。感度良好。音声と音楽のバランスも良く、ゆがみもありません。C9612の特性なのか、 FM重視のようです。

ピアノ線コイル

　ボビン（枠）なしで適度な大きさの空芯コイルを作れないか、ということでピアノ線でのコイル作りを試行錯誤しています。以前書いたとおりピアノ線は巻き直しがきかず、巻いた状態で売っているコイルはそのまま使うことになります。ネットの写真だけでは直径何センチに巻いてあるのかわからず、どれも同じに見えてしまいます。また、留め具を外すと内部応力で大きくなってしまうこともあり、手にするまで、何センチのコイルが作れるのかわからないところがあります。前回は期せずして大きな輪になってしまいました。今回は別のメーカーのもので試してみました。




　太さ1.2mm、長さ4m。袋に入った状態で直径11cm。取り出してみると、内部応力なし。そのままの直径を保ちバネ状に伸びてくれました。これはいいです。ただ長さが4mしかないので、３巻きを連結。銅パイプでつなぎハンダ付け、長さ12mのバネにしました。
　
　次に自在ブッシュの溝に一本ずつはめ込んでいきます。数本はめ込みホットボンドで接着を繰り返し、4カ所をブッシュで固定しました。線材が極めて硬いので、これで形が崩れることはありません。直径11cm。36回巻き。インダクタンスは127μHとなりました。少なめですが、これ以上巻き数を増やすと横に長くなり過ぎるので、これで良いことにし、あとはフェライトコアでインダクタンスを調整することにします。




コアを入れると202μH
　

　さっそくゲルマラジオにつないでみました。このコイル単体でも、NHK第一が小さな音量ながらメリット５で聞こえてきました。第二放送は41程度で厳しく、東北放送はまったく聞こえません。長さ18cmのフェライトバーをコイル中央に入れたところ、数倍の音量となり、第二放送もメリット5。東北放送はやはり聞こえず。といったところでした。この大きさの空芯コイルとしては、悪くないと思います。ONE ICラジオの隣に置いて同調をとったところ、音量がぐんと上がり、感度アップが実感できます。ミニループアンテナとしても使えそうです。






　この線材は気に入りました。直径もちょうど良く、ほぼスケッチ通りのコイルに仕上げることができました。それなりのコツが必要ですが、巻き作業不要、ボビンなしで丈夫な空芯コイルができます。難しく感じたのは、線材をつなぐ際の半田付け部分が自然な円形とならず全形が歪みやすいこと、自在ブッシュへのはめ込み作業が考えていたほど簡単ではなかったこと、です。完成したピアノ線コイル。ゲルマラジオにするか、ミニループアンテナにするか、ラジオのコイルとして使うか、考え中です。

平面コイル ONE ICラジオ

　aitendoのONE ICラジオキット、型番K-SRDO7642。前回製作のK-SRDO7642-444との違いはバリコンのみです。今回のは266pF。回路も基板の配列もまったく同じ。３端子ICの定番TA7642を１個使い、1.5Vで動作するこれ以上ないくらいシンプルな回路。キット自体は15分ほどで完成。こんな回路でも、小さなトランスをつなげばオーディオイヤフォンを鳴らすには十分で、落ち着いた、聴き疲れしない音を出してくれます。欠点は分離の悪さ、特に我が家の環境では、NHK第一、第二、東北放送が比較的近い周波数のため、NHK第一がかぶってしまいます。送信所の位置が異なるのが救いで、コイルの指向性によりいくらか回避できます。前作では変形バーアンテナを使いました。今回はaitendoで扱っている平面状のコイルを複数つないで使ってみることにしました。




　正式には非接触電力伝送コイルと言い、これから普及が見込まれるワイヤレス給電のためのコイルのようです。平面にポリウレタン線が50回巻いてあります。自分でも作れないことはないかもしれませんが、形状を保つのは難しそうです。袋に50μHと表示されおり、実際計ってみると65μHほどありました。作り終えたラジオ基板に試しに2～3個を直列にしてつないでみたところ、2個でも3個でもNHK仙台第一放送がまずまずの音量で聞こえてきました。横に平たく並べるよりも、隙間を開けて重ねるように並べた方が感度良く入ります。ちょうど3エレループアンテナのような形状。その場合、コイル同士の間隔を大きくとるとインダクタンスは下がり、狭くすると上がります。間隔２cmで203μH。この状態で使うことにしました。






　あとは前回同様、木台に基板、トランス、イヤフォン端子、コイルを取り付け、配線して完成です。銅パイプにコイル3個を固定し、裏面配線。直列とし、コイルの向きを同じ方向に取りつけます。これを間違えると何も聞こえません。トランスは手持ちのものを使いました（型番不明10K：8Ω）。これでオーディオイヤフォンを鳴らします。


完成



　電池を入れて聞いてみると、予想通りNHK第一が盛大に入感し、他の放送にかぶってきます。コイルの向きを調整すると、かぶりがスーっとなくなるところがあり、東北放送も混信なく聞くことができました。3エレ効果でもないでしょうが、指向性はバーアンテナより強いような印象があります。



　ちなみにコイル中央部分に長さ5cmのフェライトバーを入れてみたら、音量が倍くらいにアップしました。また、変形バーアンテナのK-SRDO7642-444を真横に並べると、磁界誘導が起こり、一方はミニループアンテナとして機能します。双方でチューニングを取ることでさらに感度アップ。混信軽減も。ゲルマラジオ関連の海外サイトではこのような作例をよく見かけます。なかなかの効果を実感しました。

ピアノ線ループアンテナ（中波）

　ピアノ線というのは言葉としては馴染みがあるものの、普段お目にかかる機会はほとんどありません。「鉄に炭素（カーボン）を混ぜた高炭素線材に特殊な焼入れをおこなって伸線したもの。強度と靭性にきわめて富む」とされています。主に工業分野で広く使われているようです。その名称から金属でないようなイメージがあったのですが、れっきとした金属です。もちろん導電します。ならば、コイルにもなるだろうと、今回これを使って作ってみることにしました。




　ピアノ線は並外れた硬さなので、ループ状に売られているものはそのままループとして使うしかありません。直線で使いたい場合は、直線状のものをはじめから求める必要があります。ループ状のものを、後から直線にすることは素人には不可能です。今回はコイル作りが目的なので、巻いてあるものを使いました。この場合、そのままでコイル（バネ）状になっているわけです。エスコというメーカーの太さ1.5mmx 10mピアノ線。2個購入。直径20cmくらいに丸められて袋に入っており、取り出したところ、一気に伸びて倍以上の輪に広がってしまいました。これは想定外。内部応力の解放された状態なのでこのまま使うしかありません。当初、ゲルマラジオ用のコイルを考えていたのですが、大きさを考慮し、ループアンテナに急遽、変更した次第です。

　〈製作〉　
　中波用ということで線材の長さを20mとします。そのため2つのピアノ線を銅パイプで連結しハンダ付け。ステンレス用のハンダとフラックスで接着してくれました。なお、この線材は錆びます。フラックス使用後は要注意です。

　さて、既にコイル状になっているものの、裸線なので、線同士が接触しないようにする必要があります。自在ブッシュを使い、溝に一本ずつはめ込みホットボンドで接着する作業を繰り返し、10カ所を固定。張力が強いので、作業しにくく歪みが出てしまいましたが、なんとかループコイルに仕上げることができました。直径48cm。16回巻き。インダクタンスを計ってみると295μH。これでコイル部完成。





　コイルが出来上がれば、あとは木台に固定し、バリコンを取り付けるのみ。炭素鋼で軽く、かつコイル自体が硬いので、自重で変形することはありません。なので、下から持ち上げるように固定しました。接続は一方は半田付け、もう一方は接点を変えられるようミノムシクリップとし、あまり使いませんが外部端子もつけました。
　

設置部の作製



完成

ミノムシクリップで自由にタップ（接点）可



　〈使用感〉

　外部端子からゲルマラジオに接続してみました。アンテナ側のバリコンを回すと・・・、なにも聞こえず。次にラジオ側のバリコンを回してみたところ・・・やはり何も聞こえず・・・？？？ 不安に思いながらも、ミノムシクリップでつなぐ位置を変えたりしていたところ、突如、聞こえてきました。どうもインダクタンスが大きすぎ、放送周波数からはみ出てしまっていたようです。指向性もかなり強く、方向を合わせるとこれまでにない大音量での入感となりました。NHK仙台第一と第二放送はボリューム調整したくなるほど。東北放送はかすかに入感、メリット4。過去にも中型ループアンテナを製作していますが、それとの比較で明らかに音量は大きく、リッツ線を使ったタワー型ループと同等な印象です。

　小さなバーアンテナを使ったゲルマラジオでも試してみました。バーアンテナのみでは何も聞こえません。ループアンテナの前に直角に置いたり、ループの中に入れると外部端子接続と変わらない感じで聞こえました。K-6952MBの感度アップにも使ってみました。やはり直接接続はせず、ループアンテナの前に置くだけ。アンテナ側のバリコンで合わせると、弱い放送も明瞭に聞こえるようになります。51の信号が55くらいまで上がる感じ。先鋭感もまずまずです。片方をミノムシクリップにしているので、タップは自由に取れます。放送によって接続点を変えた方が良く聞こえます。


外部端子接続

ループに入れただけ

　何度か書いている通り、太い線を使う、大きく巻く、スペース巻き、これがQを高める３条件です。付け加えるなら線材金属の違いというのもあるのかもしれません。ピアノ線に関しては、性能的な問題はなさそうです。

　この線材を使ってみての良し悪しをまとめてみます。良い点は、巻いてあるそのままの状態でコイルになる、つまりコイル巻き作業が不要。枠（ボビン）も不要。タップが自由に取れる。ハンダ付けできる。軽い。コイルとしての性能が良好。悪い点は、硬く張力が強いので加工や作業がしにくい。巻き直し、形状の変更ができない。密巻き不可。錆びる。ケガをしやすい。といったところです。小さく巻いた線材があれば、もっと小型のコイルを作ってみたいと思います。

DSPラジオキットK-6952MB

　DSPラジオは基本、自動選局なので多くはボタンスイッチで選局します。このキットはあえて手動にこだわり、ボリュームを使った選局方式を採用しています。ボリューム選局とはどんな感じなのか、興味が湧いて作ってみました。aitendoのK-6952MBという型番。

　完成済みのAM、FM用モジュールM6952に部品数点を基板に半田付けするのみです。電池ケース、バーアンテナを含むすべてが一枚の基板に乗るオールインワンタイプ。部品点数が少ないので数十分で組み立てられるかと思ったのですが、はんだ付けの箇所が意外に多く、かつ間隔も狭く、2時間ほど要しました。悩んだところは、2種類のスイッチの向きが不明で、電源スイッチはオフ状態、バンド切替えスイッチはAMがデフォルトで、あてずっぽうで取り付けましたが、結果オーライでした。DSPなのでバリコンがあるわけでもなく、コイルのインダクタンスがどの程度必要なのか見当つきません。付属バーアンテナは左端と中間（黒線）を接続しました。


部品一式

マルチファンクションテスター　抵抗の選別に便利

基板完成

　
　組みあがって、電源オン。キットといえども、この瞬間はいつも緊張します。LEDとモジュールの一ヵ所が点灯しました。イヤフォンを差し込むと、AMなのにFMのようなザーッというバックノイズが聞こえてきます。ゆっくりチューニングボリュームを回したつもりですが、音声らしきものは何も聞こえてきません。さらに慎重に回すと一瞬、音声が聞こえ、少し戻すとチューニングLEDが点灯し今度は明瞭かつクリアな放送が耳に飛び込んできました。きわめてクリチカルで先鋭な選局。このようなチューニングは初体験です。音質はクリア系で少し聴き疲れするかもしれません。感度良好、東北放送が室内のどこでも59から52程で受信できました。ただ、バックに発振のような妙なノイズが絡んできます。強い放送では気にならないものの、弱いと気になります。とりあえず、バーアンテナを電池から少し離したところ、一応収束しました。以前、si4735モジュールを使ったキットではもっと盛大な発振音を経験したことがあり、部品の配置、間隔が狭すぎなのでは？と思ったりもします（特にバーアンテナ周辺）。






　FMについてはステレオ受信となり、発振やノイズもみられず、AM以上にクリアな音質でなかなかの性能と思いました。アンテナなしで仙台の地元3局が59で受信できました。



　スピーカー端子がついているので、試しにゲルマラジオ用のスピーカーボードにつないでみましたが、スピーカー単体を鳴らすほどのパワーはありません（ゲルマラジオと変わらず？）。アンプの電源を入れると、普通に聞ける程度の音量で鳴ってくれました。この端子はおまけ程度。イヤフォン出力が基本のようです。


以前製作したDSPラジオ（左）大きさほぼ同じ。性能は今回のK-6952MBが好印象。




　このキット、思ったより作り甲斐があり楽しめました。DSPのボリュームチューニングは面白いです。多くの放送が聞こえる夜間ならどんな感じになるのか、今晩にでも試してみます。


（追記）
　昨夜と今夜、夜間帯はどうなのか、RF-U700Aと比較しながら室内窓際で受信してみました（AM）。RF-U700Aは大型バーアンテナによりさすがによく聞こえますが、K-6952MBも負けていません。多少感度の落ちる放送局と逆にメリハリがあって了解度の上がる放送局がありました。わずか4cmのバーアンテナであることを考えると聞こえ過ぎでは？と思うほどの驚くべき性能です。隣接する周波数でもかぶりはまったくありません。アナログのように少しずつ山を登るような聞こえ方ではなく、突如ピークに達したような聞こえ方です。ただフェージングにより伝搬が悪化すると、RF-U700Aで聞こえている放送がすっと聞こえなくなります。同調し直しても何も聞こえず、しばらくして、再度チューニングするとまた明瞭に聞こえてくる、そんなことが何度かありました。単に受信感度の違いなのか、デジタル処理ゆえんの現象なのか不明ですが、興味深い聞こえ方のように思いました。
　備忘録として宮城県内局以外で受信できた国内放送を記載しておきます（海外局も聞こえましたが略）。

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