古早無線電原理系列

礦石收音機

古早無線電原理系列

礦石收音機

此文章是“古早無線電原理”系列文章的開端，如題目所示，本文以下主要介紹“礦石收音機”的原理以及制作。

一、礦石收音機的基本原理和歷史：

1、基本原理

不管是什么收音機，獲得的信號都來自于無線電波。

因此要了解收音機的原理，都要從無線電波講起。一般的無線電波，其頻率都有幾百上千甚至幾萬KHz，以重慶廣播電臺為例，其發射頻率就有1314KHz。為什么電臺頻率會這么高呢？

要知道人耳一般能收聽的最高頻率僅為20 KHz，直接發射20 KHz以下的電波不好嗎？

這是不可行的，因為：

其一，如此低頻的電波傳播效率低下。

其二，如果所有電臺都以20 KHz以下的頻率發射，所有信號都會混在一起而無法分辨，這得多混亂啊。

高頻電磁波就像一列火車，不同的頻率就像不同的軌道，音頻信號就像火車搭載的貨物，接收裝置（收音機）就像火車站，解調（檢波器）就像車站里的卸貨機械。我們只有從載有音頻信號的高頻電磁波中，將音頻信號解調（檢波）出來，才可以收聽廣播。

回到收音機的原理上來。

由名字“礦石收音機”可知，這種收音機的主要部件就是“礦石”，它起檢波作用。為什么需要檢波呢？要知道，無線電信號是被音頻調制了的高頻交流信號，用耳機直接連接天線以及地線，是不會有任何聲音的。

檢波就是通過二極管的單向導電的特性，從高頻交流信號中，檢出被調制了的音頻信號來推動耳機，這樣就會有聲音了。這就是解調（卸貨）的基本原理。

回到收音機名字本身，有人會問二極管不就可以讓信號單向通過完成檢波工作嗎，為什么不叫“二極管收音機”？、

2、礦石收音機的歷史

礦石收音機誕生于19世紀末期，那時無線電技術剛剛投入應用，是沒有晶體管工業的，當時的物理學家就發現，將鐵針置于金屬氧化物表面（例如方鉛礦），就可以使電流單向通過，這就是名字中“礦石” 的由來。

 

檢波用礦石

 

1920 年代 Howe 接收器上的方鉛礦晶體和“貓須”檢波器

（圖中右邊亮閃閃的那一塊就是檢波用礦石）

基于上述原理，我們將二極管（2AP9）置于高阻耳機兩頭，并且鏈接好天線與地線，就能收聽到聲音了。但這里又出現了一個問題，耳機里傳來的是空間所有電臺混雜的聲音，十分影響收聽效果。

這時候我們采用選頻電路（LC電路、儲能電路）來選擇所需的電臺。

請看下面這個電路（此部分需要一點點電學知識，我會盡量把它介紹清楚）。

 

LC電路

首先把開關K撥到2位置時，通過 開關電容（相當于一個水庫）充電（相當于水庫蓄水）。當電容充電后，將開關撥向1的位置時，電容通過電感放電，由于電感的自感作用，即產生相反方向的電流（相當于水庫放水到發電機發電，發電機又將發來的電用水泵泵回水庫），給電容反向充電。當電容被反向充電后，又向電感放電……，以此循環往復，即產生所謂的電磁振蕩。這種電磁振蕩類似于座鐘的鐘擺。電流會在LC電路中蕩來蕩去，直到電能因為電路的內阻消耗殆盡，這種振蕩稱為自由振蕩。

說了這么多，這與選臺有什么關系呢？有關系的。

改變電感或者電容的值，可以使電路自由振蕩頻率發生變化，當自由振蕩頻率與從天線上感應到的電臺高頻信號的頻率相同時，即發生諧振。在諧振狀態下，流過LC電路的電流將達到輸入信號的Q倍，在L或者C兩段的電壓，也將達到輸入信號的Q倍。于是，我們便非常順利地從混雜的電臺信號中，選擇出我們所需的電臺信號，而從天線來的其他電臺的信號，則會被抑制。

 

礦石收音機的工作原理

二、礦石收音機如何制作以及收聽：

由以上原理可知，“礦石收音機”主要是由選頻電路以及檢波器和耳機組成。下圖就是一個標準的礦石收音機電路，按圖接好一般就能收聽。

電路元件：

1、270p薄膜可變電容（橘黃色）

2、在直徑為50mm的圓筒上用φ0.5mm漆包線繞120匝的調諧電感（藍色）

3、用來檢波的高頻二極管2AP9（紅色），

4、用來改善音質的并聯在耳機兩端容量為2500pf-1500pf的電容（紫色）。

5、直流電阻通常為300歐甚至2000歐的高阻耳機（綠色）。

圖中LC組成調諧選頻電路。

考慮到大多數人沒有高阻耳機，我們可以用一個220/6v的變壓器作為阻抗匹配變壓器，220v的一端鏈接圖上1、2的兩個接線端子上， 6v線頭連到耳機上，這樣就可以用普通的8Ω低阻抗耳機正常收聽了。

 

礦石收音機電路圖

注意：由于礦石收音機的音頻信號完全來源于電臺的電波，對于收音機天線以及地線有較高的要求，住在高層的愛好者，可以用普通電線固定在一根2m多長的pvc管魚竿上，伸向空曠的空中，然后從管口垂下10m長的電線作為天線，地線可以用金屬夾子夾在水管上。

這里需要特別提醒的是，雷雨期間不能使用，以免受到雷擊。

三、礦石收音機的改進方法以及新式礦石收音機的裝配：

1、礦石收音機的改進

在以上電路圖中，天線直接與調諧電路鏈接，這種設計雖然靈敏度有保障，但是選擇性不是特別好，遇到強臺或者電臺密集的波段時，會有串臺的現象，影響收聽效果。

面對這種情況，我們可以如下圖在電路中加入一個天線線圈，使得天線與調諧回路線路上隔離開來，彼此用線圈之間的磁能傳送信號。

如下圖所示：

 

還可以在天線線圈上增加抽頭，在收聽弱臺的時候就增加天線線圈耦合圈數，想要有更好選擇性（選臺能力）時，就減少天線線圈的圈數。

如何做？其實很簡單，一般的天線線圈就是在調諧線圈線管上再繞一個獨立的線圈（一般為60圈左右，可以以自身的需要進行抽頭，或者增減天線線圈匝數），線圈之間相隔2-8mm即可。

礦石收音機的改進

（上圖為抽頭電路圖，有點花，請見諒）

對于有的玩家來講，使用10m長的天線（如前文介紹）實在麻煩，有沒有其它不用在建筑物外部架設天線的辦法呢？答案是有的。

可以制造一個大環天線。用手邊材料就能做：用φ0.5mm的漆包線在一個直徑為40cm以上（越大接受效果越好，因為越多的電磁信號穿過天線）的塑料盆上繞上20圈用來作為環形天線。天線的兩頭，分別連接到收音機的天線以及地線端，擺在玻璃窗或是陽臺邊，調整方向，便能進行收聽了。

2、新式礦石收音機

隨著技術的進步，又有新的原件被應用到礦石收音機中，場效應管就是其中的一個代表，其“0導通電壓”的特點相比二極管對于信號的損耗更小，由此靈敏度、選擇性比二極管高了不少。

對于電路的改動其實并不復雜，像如下圖那樣裝配就可以了。

 

多抽頭電路

L1與L2總共130匝，L1有120匝、L2有10匝，都繞在一個直徑為50mm的塑料或者紙筒上，場效應管（mos管）可以使用3dq型號，其余數據照搬“二、如何制作以及收聽”。

四、常見問題以及解決方法 ：