一文看懂矿石收音机工作原理

屈育成 2018-03-02 68419

音频电路

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描述

　　矿石收音机简介

　　矿石收音机是指用天线、地线以及基本调谐回路和矿石做检波器而组成的没有放大电路的无源收音机，它是最简单的无线电接收装置，主要用于中波公众无线电广播的接收。

　　矿石收音机优缺点

　　优点：

　　无需用电源，节能环保。

　　可以用来测试天线或地线的效率。

　　矿石机很有吸引力，可以用来引导初学者、小朋友进入无线电、广播及DIY的天地。

　　线路简单，容易制作。

　　接上功放机，可收听到最佳音质的AM广播。

　　缺点：

　　音量小

　　需要很长（五六米）的天线。还需要地线。

　　矿石收音机起源和种类

　　“矿石收音机”源于早期的检波器元件是直接用天然矿石作成，使用时得通过一根金属探针调整其在矿石上的压力和方位得名。矿石收音机是所有无线电接收设备里最简单的一种，除非离电台相当近否则其天线和地线的架设是非常考究的。

　　当晶体管发明后，无线电爱好者使用锗二极管替代了矿石。中国的老无线电爱好者凡是玩过矿石机的都应该记得2AP9这个充满怀念的二极管型号。

　　简单的矿石收音机可以只有一个线圈，可变电容器，检波器还有耳机构成，由于只有一个调谐回路而被称为“单回路矿石收音机”，这样的机器，在配用良好的天地线时可以接受当地或稍远一点的电台，但是分隔电台的能力（选择性）很不好，经常会出现“夹音”，也就是两个或者更多电台在一起响。

　　除了这样的简单形式外，还可以有二甚至是三回路的矿石收音机，以提高选择性，但是对音量没有大的改善。现在还有一种新型的检波用的MOSFET，可以获得接近于0伏特的压降，这种元件用于矿石收音机的检波效果绝佳。

　　优良矿石收音机需要：极好的天地线，高Q值的线圈和可变电容，低正向压降的检波器，灵敏和有良好阻抗匹配的耳机。

　　矿石收音机的构成

　　矿石收音机是一个简单的无线电接收机，由长导线天线，用于选择信号频率的调谐器和检波器组成。检波器可以使用“矿石”，也可使用检波二极管，还可以使用锗高频三极管检波器。

　　矿石收音机工作原理

　　矿石收音机有两个功能：a：接收无线波；b：将其还原成声音信号。

　　我们首先来说明如何接收无线电波。

　　首先应该有一个天线，我们以上面说到的圆环型天线为例，如下图，但是光有一个天线还不行，天线线圈两端还并联有一个电容。

矿石收音机

　　我们平常使用收音机调台，调的就是这个电容，它也因此被叫做调谐电容。声学里有个“共振”的概念，电磁学里同样也有。一个音叉的频率是1000赫兹，另一个音叉要与它共振，频率也要是1000赫兹。同样，1000千赫兹（1000KHz）的电磁波，要求接收天线的频率也是1000千赫兹。

　　决定音叉共振频率的因素有2个：它的材料和形状。铜和铁发出的声音频率当然不同，这是材料的影响；长条的和圆球的共振频率也不一样，这是形状的影响。决定无线电发射、接收装置频率的也有2个因素：线圈和电容器。我们用电感L来表示线圈的特性，电容C来表示电容器的特性。

　　我们把电容和电感一起组成的电路叫谐振回路，显然不同的电容C和电感L的组合对应不同的频率，假如我们要接收1000KHz的电波，通过调节电容和电感，让谐振回路的频率正好等于1000KHz，那么我们可以说这个回路对于1000KHz的电波调谐了。

　　一般每个电台都有一个自己的频率，比方中央人民广播电台是中波981KHz，矿石收音机装上天线，通过调谐装置，就能够收到想要的电台了。

　　再说如何还原无线电波里的声音信号。

　　天线收到特定频率的电波，把它变成电路里震荡的电流信号，让这个电流信号直接去驱动耳机，会听到声音么？如下图：

矿石收音机

　　答案是不会！我们平常用的耳机里面有个小小的电磁铁，会吸引一个震动膜片。如果通过电磁铁的电流信号发生变化，在它的吸引下，震动片就发出频率和强弱都不同的声音来。我们来看下面这个图：

矿石收音机

　　被音频信号调制过的无线电载波是以横轴对称的，即上下各有一条相反的音频包络线。耳机对高频载波的信号没有反应（即使有反应我们的耳朵也听不出来），只对音频包络线有反应。在T时刻，假设与之对应的上面的包络上A点的电压是+2V，那下面B点的电压就是-2V，刚好与A点相抵消。这幅图上任意时刻都是如此情形，即音频载波反应在耳机上的电压是零，耳机膜片不会震动，当然就不会响。

　　可是在电路里串联一只二极管，情况就不同了。如下图：

矿石收音机

　　二极管有个单向导电的特性，即它只允许正方向的震荡电流通过，反方向的时候电路相当于断开。反应在信号示意图上是这样：

矿石收音机

　　即感应电流的下半部分被削去了，只剩下载波和一条音频包络线，这样在不同时刻加在耳机电磁铁上的电压不同，耳机就能发声了。

　　这就是二极管的检波作用，在二极管没被发明之前，人们发现有些天然的矿石具有单向导电性，可以用来检波，于是矿石收音机就诞生了！

　　常规的矿石收音机电路还在耳机旁边并联了一只电容，它的作用是滤波。电容的特性是通高频、隔低频，用作载波的高频信号直接经滤波电容跑掉了，只剩下音频信号经过耳机发声，这样我们听到的声音会清晰一些。前面说了，无线电波不过是借用的马而已，我们真正要的是骑在马上的声音。

矿石收音机

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