矿石收音机的基本原理和历史_生活经验

古早无线电原理系列
矿石收音机
古早无线电原理系列
矿石收音机
此文章是“古早无线电原理”系列文章的开端，如题目所示，本文以下主要介绍“矿石收音机”的原理以及制作。

一、矿石收音机的基本原理和历史：
1、基本原理
不管是什么收音机，获得的信号都来自于无线电波。
因此要了解收音机的原理，都要从无线电波讲起。一般的无线电波，其频率都有几百上千甚至几万KHz ，以重庆广播电台为例，其发射频率就有1314KHz 。为什么电台频率会这么高呢？
要知道人耳一般能收听的最高频率仅为20 KHz，直接发射20 KHz以下的电波不好吗？
这是不可行的，因为：
其一，如此低频的电波传播效率低下。
其二，如果所有电台都以20 KHz以下的频率发射，所有信号都会混在一起而无法分辨，这得多混乱啊。
高频电磁波就像一列火车，不同的频率就像不同的轨道，音频信号就像火车搭载的货物，接收装置（收音机）就像火车站，解调（检波器）就像车站里的卸货机械。我们只有从载有音频信号的高频电磁波中，将音频信号解调（检波）出来，才可以收听广播。
回到收音机的原理上来。
由名字“矿石收音机”可知，这种收音机的主要部件就是“矿石”，它起检波作用。为什么需要检波呢？要知道，无线电信号是被音频调制了的高频交流信号，用耳机直接连接天线以及地线，是不会有任何声音的。
检波就是通过二极管的单向导电的特性，从高频交流信号中，检出被调制了的音频信号来推动耳机，这样就会有声音了。这就是解调（卸货）的基本原理。
回到收音机名字本身，有人会问二极管不就可以让信号单向通过完成检波工作吗，为什么不叫“二极管收音机”？、
2、矿石收音机的历史
矿石收音机诞生于19世纪末期，那时无线电技术刚刚投入应用，是没有晶体管工业的，当时的物理学家就发现，将铁针置于金属氧化物表面（例如方铅矿），就可以使电流单向通过，这就是名字中“矿石” 的由来。

检波用矿石
（图中右边亮闪闪的那一块就是检波用矿石）
基于上述原理，我们将二极管（2AP9）置于高阻耳机两头，并且链接好天线与地线，就能收听到声音了。但这里又出现了一个问题，耳机里传来的是空间所有电台混杂的声音，十分影响收听效果。
这时候我们采用选频电路（LC电路、储能电路）来选择所需的电台。
请看下面这个电路（此部分需要一点点电学知识，我会尽量把它介绍清楚）。

LC电路
首先把开关K拨到2位置时，通过开关电容（相当于一个水库）充电（相当于水库蓄水）。当电容充电后，将开关拨向1的位置时，电容通过电感放电，由于电感的自感作用，即产生相反方向的电流（相当于水库放水到发电机发电，发电机又将发来的电用水泵泵回水库），给电容反向充电。当电容被反向充电后，又向电感放电……，以此循环往复，即产生所谓的电磁振荡。这种电磁振荡类似于座钟的钟摆。电流会在LC电路中荡来荡去，直到电能因为电路的内阻消耗殆?。?这种振荡称为自由振荡。
说了这么多，这与选台有什么关系呢？有关系的。
改变电感或者电容的值，可以使电路自由振荡频率发生变化，当自由振荡频率与从天线上感应到的电台高频信号的频率相同时，即发生谐振。在谐振状态下，流过LC电路的电流将达到输入信号的Q倍，在L或者C两段的电压，也将达到输入信号的Q倍。于是，我们便非常顺利地从混杂的电台信号中，选择出我们所需的电台信号，而从天线来的其他电台的信号，则会被抑制。

矿石收音机的工作原理

二、如何制作以及收听：
由以上原理可知，“矿石收音机”主要是由选频电路以及检波器和耳机组成。下图就是一个标准的矿石收音机电路，按图接好一般就能收听。
电路元件：
1、270p薄膜可变电容（橘黄色）
2、在直径为50mm的圆筒上用φ0.5mm漆包线绕120匝的调谐电感（蓝色）
3、用来检波的高频二极管2AP9（红色），
4、用来改善音质的并联在耳机两端容量为2500pf-1500pf的电容（紫色）。
5、直流电阻通常为300欧甚至2000欧的高阻耳机（绿色）。
图中LC组成调谐选频电路。
考虑到大多数人没有高阻耳机，我们可以用一个220/6v的变压器作为阻抗匹配变压器，220v的一端链接图上1、2的两个接线端子上， 6v线头连到耳机上，这样就可以用普通的8Ω低阻抗耳机正常收听了。

矿石收音机电路图
注意：由于矿石收音机的音频信号完全来源于电台的电波，对于收音机天线以及地线有较高的要求，住在高层的爱好者，可以用普通电线固定在一根2m多长的pvc管鱼竿上，伸向空旷的空中，然后从管口垂下10m长的电线作为天线，地线可以用金属夹子夹在水管上。
这里需要特别提醒的是，雷雨期间不能使用，以免受到雷击。

三、矿石收音机的改进方法以及新式矿石收音机的装配：、
1、矿石收音机的改进
在以上电路图中，天线直接与调谐电路链接，这种设计虽然灵敏度有保障，但是选择性不是特别好，遇到强台或者电台密集的波段时，会有串台的现象，影响收听效果。
面对这种情况，我们可以如下图在电路中加入一个天线线圈，使得天线与调谐回路线路上隔离开来，彼此用线圈之间的磁能传送信号。
如下图所示：

还可以在天线线圈上增加抽头，在收听弱台的时候就增加天线线圈耦合圈数，想要有更好选择性（选台能力）时，就减少天线线圈的圈数。
如何做？其实很简单，一般的天线线圈就是在调谐线圈线管上再绕一个独立的线圈（一般为60圈左右，可以以自身的需要进行抽头，或者增减天线线圈匝数），线圈之间相隔2-8mm即可。

矿石收音机的改进
【矿石收音机的基本原理和历史】（上图为抽头电路图，有点花，请见谅）
对于有的玩家来讲，使用10m长的天线（如前文介绍）实在麻烦，有没有其它不用在建筑物外部架设天线的办法呢？答案是有的。
可以制造一个大环天线。用手边材料就能做：用φ0.5mm的漆包线在一个直径为40cm以上（越大接受效果越好，因为越多的电磁信号穿过天线）的塑料盆上绕上20圈用来作为环形天线。天线的两头，分别连接到收音机的天线以及地线端，摆在玻璃窗或是阳台边，调整方向，便能进行收听了。
2、新式矿石收音机
随着技术的进步，又有新的原件被应用到矿石收音机中，场效应管就是其中的一个代表，其“0导通电压”的特点相比二极管对于信号的损耗更小，由此灵敏度、选择性比二极管高了不少。
对于电路的改动其实并不复杂，像如下图那样装配就可以了。