中波统调的数值模拟和统调的升级

longshort

　　中波统调一直是一个很有意思的领域，对一台收音机来说它是非常重要的调试过程，但是却又很少有文章能详细说明，可以让统调的跟踪精度达到什么程度。似乎记得从前《无线电》曾有文章介绍过三点跟踪法的统调准确度，一条没有明确标定数值的曲线图很粗略地表示出了统调产生的误差。

　　其实通过现有的电子表格之类的软件工具，能够比较准确地得到各种情况下的统调曲线，并且通过电子表格的数值仿真，获得比较准确的元件数值，以图上作业的方式，完成收音机的调试。本文主要适合度盘指针式调谐的爱好者，数码显示的爱好者可以完全忽略。

　　统调的目标是产生准确而稳定的中频频率，其允许偏差不超过预定的值。如果产生的中频信号频率高于中频标称值，则为正偏差，否则就为负偏差。中频频率的准确度（或跟踪）误差表示为偏差值与标称中频值之比，以百分比计。例如偏差-2KHz，则与中频标称值的比值为-2/465=-0.43%。

　　中频频率跟踪偏差的预定范围怎么确定呢？可以用市售的数字调谐收音机的步进值作为参考值。例如德生的S2000，最小步进是1KHz。由于1KHz的中频偏差在音质上变化不大，作为统调的跟踪精度参考是合适的。对465KHz，1KHz相当于0.215%，定统调精度为±0.2%或±930Hz，就是统调要达到的准确度范围，或称容差。

　　对三种全新（未使用过）的双联电容器进行了测试：2x270pF密封薄膜双联、250pF+290pF空气双联、2x365pF空气双联。通过一个通用支架，完成了这三种双联的测试。测试使用了VC4080手持式LCR表。

　　通用支架的应用：
　　

　　

　　每个电容器都进行了21个点的测试，以百分比计的标尺指示特定点上的容量，每5%为一个点距；测试数据记入表中待用。电容器一定是未使用过的，这样它的花片的翘曲度将会保持在出厂状态下。


（待续）

shiuyipyuen

hanzhg 发表于 2019-11-16 11:01
“统调的目标是产生准确而稳定的中频频率”，这个观点市对的，输入回路以最小误差追赶的就是本振减去中频 ...

    〝失谐是输入回路的失谐”没错，输入失谐了就产生不了准确而稳定的中频频律，通俗点说，后面中放期待的是455kHz，

混频后产生的却不是455kHz，这就是失〞

前面也有类似观点,这是不对的,输入回路只是选讯号作用,而决不会〝产生频率〞,

也就是说;偏调了,1000khz讯号只会衰减了2/3bd,而不会把1000khz改写成1003KHZ

电真空

shiuyipyuen 发表于 2019-11-21 11:41
输入回路的误差,只会降低讯号强度变弱,或变得更弱,或变得更更弱,但不可能改变频率.

但一个讯号是极 ...

决定超外差式收音机接收电台频率的是本地振荡频率，非输入回路频率。很多老玩家都想不明白这个关系。

longshort

电真空 发表于 2019-11-21 14:51
决定超外差式收音机接收电台频率的是本地振荡频率，非输入回路频率。很多老玩家都想不明白这个关系。

过去我也一直这么认为的，但我现在的认知不同了。

超外差收音机的双联可变电容器，天线联不需要垫整电容器而和电感直连，这是因为中波段需要达到足够的覆盖系数，而电容器的容量变化范围是有限的，这个你我都知道。
就因为是直连，天线联的调谐容量变化就成为固定的曲线，而本振联需要通过合适的垫整电容器去配合它产生中频。
因为垫整电容器可以适当移动和变化曲线，不同覆盖比的两条曲线必然产生匹配误差；通过寻找最合适的垫整电容器的容量值，可以将这个误差减到最小。
统调好的曲线，高端、低端和中点各有一点的误差是等于零，但中点不必一定是1MHz。
低于中点频率的是负误差，本振频率低于天线联谐振频率+中频频率，高于中点频率的是正误差，本振频率高于天线联谐振频率＋中频频率；在最佳垫整电容器的容量下，国产密封等容双联和国产空气双联的匹配误差在±(1.7~1.8)%范围内，这点误差是可以用本振联的花片来调整掉的。
所以对中波收音机来说，“失谐”一定在本振侧，而非天线侧。

当波段覆盖范围变得较窄的时候，天线联就有使用垫整电容器的条件了，这时候可以根据需要移动中点频率，达到频段中频率均匀分布的目的，但这时候的频率位置是需要重新定位的。

我在主帖中已经说明了误差产生的原因。

求知无足

楼主的实验很有意义。
一般地说，中波收音机的统一调节，俗称调跟踪。在使用等容双连时，最理想的状态下仅能实现在三个点的位置上具有理想跟踪，就是说，在全频段的180度范围内，只有三个点位，本振与输入信号的差为正确的465KHZ。除此以外的那些点，都不能做到理想跟踪。

w6955

hanzhg 发表于 2019-8-26 23:09
所谓“失谐”，必须是两个频率的比较，相差越大，失谐越严重，调谐的过程中，混频输出的频率和中频的差就 ...

我看是你们糊涂了，中频频率确定的条件下，要收到电台信号本振必须在“信号频率+中频”位置，此时的失谐是指输入回路没有准确谐振在信号频率上。

longshort

　　这是常熟唐市的飞燕牌2x270pF密封薄膜双联电容器的测试数据截图：

　　

　　

　　可以看到，非名牌的密封双联，调谐误差可达到-2.06%，相对于465KHz的中频而言，绝对偏差达到-9.579KHz，超出了一个电台的间隔距离，自然这时候的接收灵敏度是肯定低的。

　　对于名牌产品，性能也好不到哪里去。这是复旦CBM202B2密封双联的测试表，465KHz：
　　
　　其中正负最大误差分别为-1.739%和+1.752%，绝对偏差分别为±8KHz强；最佳垫整容量为305pF。


　　这是天津宇宙牌250pF+290pF差容空气双联，465KHz：
　　
　　其中正负最大误差分别为-1.460%和+1.493%，绝对偏差分别为±7KHz弱；最佳垫整容量为273pF。


　　这是人民牌2x365pF空气双联，465KHz：
　　
　　其中正负最大误差分别为-1.715%和+1.744%，绝对偏差分别为±8KHz左右；最佳垫整容量为376pF。


　　可见，按照出厂状态的最好结果，跟踪误差的绝对值也会达到至少±7KHz，不调整花片无法获得最好的效果。然而调整花片需要有适当的空间供操作，因而密封双联在这种情况下显然很不方便。而空气双联只适合在较大体积的机箱中安装，对移动应用显然也不适合。


（待续）

longshort

　　对测试数据进行数值仿真的基本电路如下图：
　　

　　由于计算结果中的垫整电容器和配置的其它电容器都不是标称值，故对基本电路进行扩展后的电路如下：
　　
　　C1是可变电容，C0、C2-x、C3-x都可以用若干不同标称值的电容器来合成。其中C2和C3都由固定电容器和微调电容器组合而成，使可调范围在LCR表的帮助下，分别达到0.5pF和0.1pF分辨率的可操作性。由于C3是垫整电容器，对统调的最佳状态起着至关重要的作用，所以C3的微调电容器串联了一个小容量电容器，便于以更精细的方式进行调整。当微调电容器规格为5/20pF、串联10pF电容器时，可调范围为3.333pF~6.667pF；若微调的最小可控制旋转角为5度，那么电容量变化小于0.1pF。

　　顺便说明一下表格最左边的A列和B列的元数据内容。A列是参数名称，B列是人工设置的值，或者计算结果（La, Lb）：

        Ca                本振联；
        Cb                天线联；
        Ca0,Cb0                对应基本电路中的C0；
        Ca2,Cb2                对应基本电路中的C2；
        Ca3,Cb3                对应基本电路中的C3；
        2π                弧度常数，圆周率；
        Fal                本振最低频率，实用起见，指向标尺的5%位置上；
        Fah                本振最高频率，实用起见，指向标尺的95%位置上；
        Fbl                天线最低频率，实用起见，指向标尺的5%位置上；
        Fbh                天线最高频率，实用起见，指向标尺的95%位置上；
        Rfa^2                本振频率覆盖比的平方；
        Rfb^2                天线频率覆盖比的平方；
        La                本振电感值，由频率数值变化时被触发的相应过程计算；
        Lb                天线电感值，由频率数值变化时被触发的相应过程计算；
        Ldiv                度盘标尺的1%分度长度，以毫米计；
        Start                度盘设计文本中的页边距；本参数与Ldiv参数均用于绘制度盘时使用。

　　下面还有一张小表，是用来调整配置电容器的值时的辅助工具；两个参数：

        Rca-Rfa^2        本振联G列数值最大与最小的比值减去本振覆盖比的平方；调整Ca2时，使它的值=0.000000；
        Rcb-Rfb^2        天线联I列数值最大与最小的比值减去天线覆盖比的平方；调整Cb2时，使它的值=0.000000。
        注意：双联电容器的两个极值分别指向序列／标尺的5%和95%位置；这两个位置也称为下止点和上止点。


　　在什么中频下能够达到最好的跟踪效果，也同时做了数值仿真。以下是包括175KHz、455KHz、9MHz、7MHz中频的测量数据和计算结果一览表；其中9MHz和7MHz中频均采用波段整体抬高（即二次变频）的方式实现：

　　

　　参与测量和仿真的可变电容器，垫整电容器（Ca3）的容量经过至少6次、至多12次的试探来逼近最佳值，每次试探值下的并联电容器（Ca2）容量值，亦至少经过6~20次的逼近。所列垫整电容器的容量值均为最后结果。

　　上述过程也可以通过编写一个过程来自动完成，但是那样做就会失去很多乐趣。这种手工半自动的计算，在很多人看来都会呲之以鼻，我却乐此不疲，因为在运算的过程中，可以获得许多自动化图形软件下得不到的结果、经验和快感。在你调整参数的时候那些同时发生变化的数据，让你有了实实在在的落地感。特别是，如果希望将这些计算过程电算化，那么过程中所获得的经验是不可多得的。


小结：

　　１）统计表明，在保持出厂新品不动花片的情况下，中波段三种可变电容器的一次变频方式跟踪误差均高于1%。

　　２）在二次变频方式下，差容可变电容器的跟踪误差也超过1%，表明差容可变不适合用于中波段一次变频以外的方式。

　　３）无独有偶，在二次变频方式下，等容的密封薄膜双联和空气双联均获得了不俗的性能，在9MHz中频下的跟踪误差都在±0.004%的水平上，在7MHz中频下也不超过±0.009%。因而，如果技术条件和制作水平允许，中波的二次变频方式是一个不错的主意，这是对中波统调的升级。

　　４）除了差容方案外，对其它两种双联的二次变频方式作了容差试算。变化垫整电容器和并联电容器的值向最近的整数值靠拢，产生的最大跟踪误差在±0.4%或±1.86KHz上下摆动，这就离初始目标已经很近了。

　　５）制作中的一个要点，是通过LCR表将值可变的电容器调整到±0.5pF范围内再焊接到PCB上，而电感器可调整到5%范围再安装到PCB上，随后通过度盘指针校准。换句话说，只要将覆盖比例控制到设计预定的水平上，整个接收范围的跟踪就完成了，而无须去关心什么几点跟踪法。

　　６）对调试设备要求，最少要有手持LCR表，能够再增加一台低档数字示波器就更好了。

　　７）每种类型的可变电容器所产生的调谐曲线都有不同，二次变频方式下更是大相径庭。由于二次变频方式充分压缩了覆盖率，所以波段也被展开得相当平坦。例如密封薄膜双联在一次变频方式下的中间频率1MHz，位于度盘大约64%的位置上，而在二次变频方式下，则移到了度盘大约48%的位置上，波段高端被充分地展宽了。有鉴于此，对于爱好者的度盘绘制能力，也是制作中比较高的一个要求，因为流行的度盘是无法直接使用的。



（结束）
　　

大大水牛2019

想什么来什么，这几天正研究这个呢。

longshort

大大水牛2019 发表于 2019-8-26 15:31
想什么来什么，这几天正研究这个呢。

我可是断断续续花了四个多月的时间．．．

乙猪

膜拜！！字数补丁。

changwanren

　３）无独有偶，在二次变频方式下，等容的密封薄膜双联和空气双联均获得了不俗的性能，在9MHz中频下的跟踪误差都在±0.004%的水平上，在7MHz中频下也不超过±0.009%。因而，如果技术条件和制作水平允许，中波的二次变频方式是一个不错的主意，这是对中波统调的升级。
   很令人兴奋的消息，期待主楼给出本振回路和调谐回路的电感电容数据。

changwanren

从下表中得知采用9MHz中频，人民牌采用2×360双联，天线垫整为100pF，那么他的最大电容是78.3pF,假设他的最小电容是10pF，倍数为7.83倍，不能满足中波全覆盖，不过可以增加波段来解决。遗憾的是表中没给出补偿电容，

yngz

统调误差是算出来的，而不是测量出来的吧。
我曾经考虑搭一个测试平台，纯粹用实验的方法来考察统调误差。
方法是将天线回路也做成一个振荡器，用两个频率计分别监控天线回路的振荡频率和本振频率。
调节双联，观察和记录两个频率的差，从而测出最大统调偏差。
后来认识到统调精度没有想象的那么重要，在调台时，关键是要调准电台所对应的本振频率，天线回路是不是失谐影响不是很大，最终就放弃了这个计划。

qzlbwang

changwanren 发表于 2019-8-26 16:15
从下表中得知采用9MHz中频，人民牌采用2×360双联，天线垫整为100pF，那么他的最大电容是78.3pF,假设他的最 ...

我理解他的一变频是固定的，也就是将整个波段上变频的9MHz频段。而天线的调谐是在一变频后的9MHz来实现的，那么它的覆盖系数会很小，与二变的本振覆盖很接近，所以跟踪误差很小，而且就算用二点统调跟踪误差都不怎么大（当然会比三点统调大点是肯定的）。

w6955

“统调的目标是产生准确而稳定的中频频率”，这个观点可能要研究研究，统调就是让输入回路以最小误差追赶那个频率！所以失谐是输入回路的失谐，这个时候中频是不会失谐的。

longshort

changwanren 发表于 2019-8-26 16:15
从下表中得知采用9MHz中频，人民牌采用2×360双联，天线垫整为100pF，那么他的最大电容是78.3pF,假设他的最 ...

没看前面的内容吧。

changwanren

qzlbwang 发表于 2019-8-26 16:23
我理解他的一变频是固定的，也就是将整个波段上变频的9MHz频段。而天线的调谐是在一变频后的9MHz来实现的 ...

也就是说一变频的本振频率是固定的，输入回路是一个通频带为包含整个中波频段的带通滤波器，9MHz的中频通频带为1MHz，而第二本振调谐和输入回路调谐在一中频后进行。两个覆盖系数大大缩小，使调谐更精准。

longshort

求知无足 发表于 2019-8-26 16:33
楼主的实验很有意义。
一般地说，中波收音机的统一调节，俗称调跟踪。在使用等容双连时，最理想 ...

理想跟踪是达不到的，只能尽可能逼近。