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首页->随笔小札(二)            矿石收音机的新实践

    原创: 李毅民 来源:屹立散料机械在线

AMATEUR RADIO By Li Yimin 2020-6-12

   最早制作矿石收音机是半个多世纪以前童年时代的事情了。而如今又和老朋友在一起把这个事情捡起来重新实践,既有对矿石收音机怀旧的情怀,也有对业余无线电的热爱。

  矿石收音机的制作是现在许多老年人在童年时代的美好记忆。矿石收音机在那个年代激发了一代又一代的少年儿童热爱科学的兴趣。在那个经济、文化、生活娱乐相对匮乏的年代,直接容易获取的娱乐内容偏少也是少年科技制作矿石收音机的因素和条件。那时的小学校里,区少年宫、市少年宫会组织同学们参加科技活动小组制作矿石收音机。而如今,科技的发展,经济生活水平的提高,直接获取的娱乐内容的丰富,也使得现实社会的人们失去了过去业余无线电爱好者的那种热情。

   近来,和老朋友一起又对童时的爱好做了一次较深入的实践,还是蛮有趣的。现做个总结,其中一些内容也是对矿石收音机新旧观点的结合起来的总结 ,这些总结全部为真实实践的总结。

 1、几种矿石收音机的实践

(1)最简单的矿石收音机

  最简单的矿石收音机见图1与图2。它只有两种元件,检波二极管和耳机构成。

  图1是将耳机与二极管并联后接上天线和地线即可。

  图2是将耳机的两根线各接一个方向相反的二极管,然后将两个二极管的中间连接点接上天线。

  图1图2两种最简单的矿石收音机都能在一定条件下收听到中波广播。其前提和条件是:

  接收的位置距离中波电台不可太远,一般不超过几千米的距离。最好小于3千米。

  天线要有足够的高度和长度。当然具体的尺寸与距离电台的距离有关,距离电台近天线尺寸可小些。

  耳机要有足够的阻抗。一般双听筒耳机取2000-4000欧为宜。当然,当距离电台特近的距离是如几百米,甚至8欧的耳机或喇叭也能听到中波广播的声音。

  图1图2两种机型的比较,在天线相同的条件下。图1机型相对声音要大些。此两种机型对检波二极管也没有太严格的要求。

(2)最常用的矿石收音机机型

  图3和图4 是最常用的矿石收音机机型。

  图3是由磁棒线圈和可变电容器构成了谐振电路,后面接的是检波二极管,最后是耳机。

  图4是在图3的基础上加了一个天线线圈。

  图3和图4虽然是最常用的矿石收音机机型,其区别却是很大的。图3机型灵敏度较高,声音相对大些。图4机型相对与图3的机型灵敏度略低,但选择性有很大的提高。 图4机型混台情况会大大减轻。另外,有时会因为某个强电台信号的压制而无法收到的弱信号电台,采用图4的机型就可以收到弱信号电台。个别情况下图3机型有时在可变电容器的很大转动角度范围内都被某个强信号电台所占据。  

  最常用的矿石收音机机型的耳机仍然需要高阻抗耳机。当然,接收近距离强信号电台对耳机阻抗的要求可降低。最常用的矿石收音机机型在良好天线地线及优良耳机及参数条件下可收听到上百千米以外的电台广播。当然,接收时有些信号会发生时隐时现 ,声音也会较小。

(3)矿石收音机新实践

  现代矿石收音机的元件已经有了很大的改善。主要包括两个方面。一是场效应管的出现提高了矿石收音机的灵敏度。二是大磁环线圈的使用大大提高了线圈的Q值。第三方面是注重了耳机和二极管的阻抗匹配问题。使用阻抗变压器调整耳机与检波二极管相互的阻抗适应性。图5就是采用场效应管检波的矿石收音机,同时在输出端采用了小电源变压器替代阻抗变压器。

  场效应MOS管(3SK143-Q)3DQ有两个栅极G,一个源极S,一个漏极D。通常将两个G极连接到一起作为输入极使用。

  3SK143-3DQ的栅极控制截止电压gate1与gate2(cut-off voltage)在0V附近, 控制电流也很小,只有±20nA。利用这一特征可以用很小的栅极电压来控制漏源的导通和截止,从而实现检波功能。

  3SK143-3DQ的MOS管的栅极输入阻抗很高。MOS管的源极S,是检波的能量获取端,输入阻抗很低,通过副线圈(匝数很少)获取检波的能量,使检波能够输出推动耳机的能量。

  后面的小变压器是为适应检波器、谐振线圈与电容的阻抗与耳机之间匹配而设置的。在场效应管检波的矿石收音机中若使用双SHH-1,350Ω型耳机可不使用变压器直接连接耳机即可。

  图6是多功能场效应管和二极管检波矿石收音机,谐振线圈可调节。

  谐振线圈的匝数调整采用波段开关。二极管的检波选择使用三位拨动开关。可分别选择BAT85、IN34A和3DQ检波器。其余部分和图5的原理相同。若希望改善选择性可将线圈增加天线线圈即可,类似于图4的天线线圈。

  图7是按照图6电路制作完成的的矿石收音机外形照片。

  图8是按照图7矿石收音机的背面内部结构展示。内部有磁棒线圈、波段开关、拨动开关、插座、变压器、可变电容器、电解电容器、电流表、场效应管、二极管等零件。

  图9是采用成品耳机壳改造的舌簧耳机。

二、关于矿石收音机离接收电台的距离问题

  矿石收音机所接收到电台广播的距离受多方面条件的限制。主要有:

(1)中波广播电台发射功率大小的影响。当然,功率大则传输的距离就会比较远,矿石收音机就容易收到发射大功率信号。一般中波广播电台发射的功率从几千瓦到1000千瓦。

(2)矿石收音机所在的位置离中波广播电台的距离。距离越近信号越强,距离过远则接收不到信号。

(3)矿石收音机内部的谐振线圈的Q值。当然,Q值越高,灵敏度会越高。越容易接收远距离电台。

(4)检波器的性能。如场效应管的检波效果就比较好。当然,不同二极管的效果也不尽相同。性能好的就可以接收远距离电台的播音。

(5)耳机的灵敏度。当需要接收远距离微弱信号时,耳机的灵敏度就十分的重要。目前看灵敏度最高的是SHHI-350舌簧耳机。其它各种耳机,包括高阻军用耳机,低阻耳机等远不如这种舌簧耳机的灵敏度高。高灵敏度耳机自然就更容易接收远距离电台的信号。

(6)耳机与系统之间的阻抗要匹配。阻抗匹配的目的是要充分发挥系统和耳机的功能。即声音最大,效率最高。这样就可以接收更远距离的电台广播。

三、关于矿石收音机的耳机及阻抗匹配

  矿石收音机的耳机主要采用动铁式、动圈式和舌簧式三种。

  目前,市场上最多的耳机属于动圈式耳机,有头戴式和入耳式。

  动圈式耳机的通了音频电流的线圈在磁场里运动带动振动膜发声。通常,各种音响、手机所使用的耳机基本上属于动圈式耳机。动圈式耳机的特点是音质好 ,阻抗小。动圈式耳机的灵敏度大约在80-100dB/mW。当阻抗越小时,灵敏度会越低。动圈式耳机适合接收强信号的矿石收音机。

  动铁式耳机是将线圈固定在磁靴上,磁靴顶部装有薄铁震动片,薄铁震动片被磁靴吸住。当线圈有音频电流变化时其吸引薄铁的震动片振动发声。动铁式耳机音质尚可,且大多数属于高阻抗耳机。 动铁式耳机的灵敏度大约在95-105dB/mW。动铁式耳机适合各种接收环境下的矿石收音机。尤其适应于二极管检波的矿石收音机。

  舌簧式耳机类似于舌簧扬声器,其原理是线圈芯部有磁靴和钢丝固定磁靴上的薄铁片,薄铁片连接推杆去推动振动膜发声。舌簧式耳机基本上属于中阻抗和高阻抗。舌簧耳机的特点是频响偏高,舌 簧耳机声音发尖,音质较差。但它的特点是灵敏度较高。它即可做耳机,也可做话筒,其效果特别突出。舌簧式耳机的灵敏度大约在105-115dB/mW。当然,耳机灵敏度也和音频频率有关。舌簧式耳机特适合接收弱信号的矿石收音机。

  矿石收音机的耳机阻抗匹配对要求高的使用者是很重要的一件事情。阻抗匹配解决了这样几个问题:

(1)最大限度的提高输出功率。作为矿石收音机可假定它是由电压源、内阻和外阻组成。通过计算可知只有当内阻等于外阻时其输出功率最大,这时矿石收音机的输出效率也是最高的。 内阻Ri包括二极管RD、谐振线圈电容的阻抗,外阻就是耳机的阻抗。计算RL的最大输出功率条件。可列出功率计算方程,令一阶导数等于0。通过求极值的方法得到RL功率最大的条件是 :

                    RL=Ri

  通过阻抗变换变压器可实现这个目的。

(2)不同型号的检波器或二极管的交流动态电阻RD值是不同的,因此,需要使用变压器进行阻抗匹配。

(3)不是所有矿石收音机耳机就是一定需要高阻抗,而是矿石收音机需要适当的负载耳机阻抗。

(4)阻抗匹配合适后耳机的发声效果也会得到改善,如果耳机阻抗比实际需要的阻抗值偏低,则耳机的声音会比较偏尖或声音很小甚至无声。

四、小磁环矿石收音机制作

  小磁环矿石收音机制作是使用磁环线圈代替磁棒线圈,这个磁环线圈非常小。组装完成后实验效果良好。小磁环的特点是体积特小。线圈采用利兹线缠绕。磁环型号22x11x5 NXO-100材质。利兹线0.1*10股。谐振线圈56匝,天线线圈 10匝。

AMATEUR RADIO 李毅民  2020-6-12

 

 

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