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为测试矿机Rp=RD=RL的规律:给信号发生器加天线放大器

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发表于 2010-11-11 10:48:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
说明:这篇文章讲的是为测试矿机而改造仪表的事情,原打算发到工具仪表的栏目里,但是考虑到这个仪表改造是专为矿机测试的,是与矿机密不可分的,还是发到这里更好些,希望大家能够谅解。       
   自从拜读了麦老师《怎样制作灵敏的矿石收音机》一文感到倍受启发,由此便非常想通过实验实际体验3RP=RD=RL的效果,但是细想起来,要想做好这一实验并不是一件容易的事情,在调谐回路Q值比较低的情况下进行这一测试的实验结果可能并不能体现出这种匹配的优势,其原因是某个元件更换所得到的灵敏度提高的效果可能要大于完成匹配而得到的灵敏度提高的效果,假如我们在Q较低的情况做到了3RP=RD=RL的匹配,但是在这种情况下如果换用了Q值更高的线圈,这时虽然匹配关系被破坏了,可是由这只Q值较高线圈引起的灵敏度提高量很可能大于匹配关系被破坏所引起的灵敏度下降的损失,这就使我们感觉到虽然匹配关系被破坏了可是灵敏度却提高了。因此要想体会到这个匹配关系的妙处,在高Q情况下达到匹配是绝对必要的。这些日子我在构想这一实验,遇到的第一个麻烦就是如何在实验中维持调谐回路Q值的准确和稳定,仅是测试的高频信号的引入就很讲究了,为了简化测试,天地线是不能用了,就连等效天下也最好别用,天地线对调谐回路的Q值都有较大的影响,而且不同的天地线这种影响的程度是不一样的。如果不用天地线就要用磁性天线或是大环直接接收信号,可是大环很难做到高Q值,那磁棒线圈便是首选了,其实用直径较大的李兹线平绕线圈或是花篮线圈肯定也行,而且Q值能做的更高,效果会更好。为了维持调谐回路的高Q值,信号发生器的高频信号要用“弱耦合”的方式送入矿机,而且耦合越弱对调谐回路的Q值影响就越小,为此就要求信号发生器有足够的信号强度,这样就可以使信号发生器的单环天线远离矿机的线圈而矿机仍然能够得到足够的高频信以完成测。
    我有一台性能很好的锁相合成频率的信号发生器,其信号频率、信号幅度、调幅度和衰减器都很精准,只是信号输出的幅度较小,配合单环天线做一般收音机灵敏度的测试是足够了,即使是普通的再生机也没问题。如果用这台信号发生器通过等效天线测试矿机,也没问题,但是用单环天线测试矿机的灵敏度,信号发生器的输出就远远不够了。
    这台信号发生器的输出阻抗是50欧,空载最大信号输出幅度只有99dBu,对应的信号电压是89mV左右,如果负载阻抗是50欧,信号电压就只有一半了。这一信号电压送入单环天线只能在单环天线中心径向0.5米处获得信号场强还不到8mV/米,这一信号场强对与矿机来讲简直是太小了,我试过,用一般的Q值300左右的磁棒线圈,普通的单回路电路,1N60检波,音频负载用阻抗是130K的舌簧耳机,要想获得足够测试用的信号,矿机的磁棒线圈几乎要贴到单环天线上才行,这时线圈的Q值肯定受单环天线的影响Q值严重下降了。要想能够正常测试,只有加大信号发生器输出信号的幅度,使单环天线产生更强的信号电场,以便矿机线圈即使远离单环天线也能得到足够的测试信号。为此,就要在信号发生器与单环天线之间加一只高频信号放大器,最好能使距离单环天线中心0.5米处的信号场强能到200mV/米以上,为此,放大器要在很小失真的情况下提供大约30多dB的增益,而且要在整个中波频率范围内维持增益的一致。其实如果在磁棒线圈远离调谐线圈的另一端加一个只有一两圈的线圈接信号发生器的输出,现有的信号发生器不用提高输出电平也可以满足测试的要求,也就不用做天线放大器了,但是考虑到更换不同的线圈做实验时也要同时更换信号耦合线圈,也就不易做到相同的信号耦合度,测到的数据就不好相互比较了,因此还是下点功夫做天线放大器为好。
    原打算用频率特性较好的运放做天线放大器,打听了一下价钱较贵,干脆用晶体管做吧,手头就有现成的材料,一个共射极放大器加一级射随即可,增益是足够了,引入负反馈后增益还是足够的,这样就可以利用负反馈改善输出波形,降低输出阻抗,稳定输出的信号电压了。下面就是具体电路:
天线放大器.JPG   

   
    其实这电路是极简单的,但是这只放大器的制作却不易,为了得到足够的场强,放大器输出的高频信号电压要达到2V多,为了有准确的信号场强,放大器不能裸露,也不能简单的装在塑料盒子里。要有严格的屏蔽措施,要装在金属盒子里。正好我手里有一只小铝盒,电路、电源开关、两只Q9插座都可以装上,只是电源变压器装不进去,只好放在外面了。放大器调试好后装入小铝盒,小铝盒和变压器装在单环天线的底座上,信号发生器的输出信号通过同轴电缆送入放大器,放大器的输出通过同轴电缆送到单环天线,如果不测矿机,就直接将信号发生器的输出电缆接到单环天线,使用起来分方便。
   由于工具有限,制作过程是艰苦的,但是还算顺利,总共花了两个周末的大部分时间再加上一个工作日,这个天线放大器做好了,实测放大器在接上单环天线后输出信号电压的有效值可以做到3V左右,保留了一定的裕量,实际上调整到2.512V,即相当于信号发生器输出是99dBu时放大器的带载输出是128dBu,也就是说放大器的带载输出比信号发生器的衰减器刻度最大值大29个dBu,这样很容易就能从信号发生器衰减器的刻度换算出信号场强了。按信号输出电压是2.5V估算,那么其峰峰值就是2.5X2.82=7.05V,开始制作时放大器的电源就用了12V,调试时发现输出信号大于1.8V时波形开始有明显的失真,表现是正负半周的波形不对称了,正负半周被调幅部分的幅度不一样,这时虽然工作点正确,没有限幅现象发生,但是失真已经比较严重了,这也是晶体管做幅度较大的信号输出是常见到的现象,信号的峰峰值越接近电源电压这种失真就越严重,这时只要适当提高电源电压,使电源电压与信号电压的峰峰值的比值加大即可,当电源电压提高到15.5V时波形2.5V的输出电压就没有明显的失真了,为了保险起见电源电压用到了17V。放大器的带载输出电压应该校准到2.512V,由于我的高频毫伏表刻度只能到2.5V,所以校准到2.5V刻度。此时在距单环天线中心径向0.48米处的最高信号场强是250mV/米。经实测中波535KHz到1605KHz频段内输出电压都很稳定,各个频点信号幅度基本一致,看不出有什么变化,实际上从300KHz到3000KHz放大器的信号输出幅度都没有大的波动,很准确,如果电路里加上一个简单的高频补偿,放大器还能适应更宽的工作频带,但是用做矿机测试用不到那么宽的频带,也就不加了。从输出场强和信号幅度稳定的频率范围看,加上这个天线放大器的信号发生器用于矿机测试应该是足够了。
    在调整天线放大器时总想把性能搞得更好一点,如果允许信号失真大点,电源电压可以低些,射极跟随器与前级也可以用电容耦合。这样射极跟随器的发射极电阻就可以取值大些,末级静态电流就可以小不少。现在的性能很好,失真很小,但是末级静态电流是90mA左右。
    为了完成测试,下面该要制作高阻匹配变压器了。
    下面是制作的照片:

IMG_3403.JPG

IMG_3404.JPG

IMG_3405.JPG


IMG_3408.JPG

IMG_3409.JPG

IMG_3414.JPG



[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-11-11 18:00 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2010-11-11 11:00:16 | 显示全部楼层
多谢老矿友版主的鼓励!
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发表于 2010-11-11 11:07:28 | 显示全部楼层
原帖由 lq19512003 于 2010-11-11 11:00 发表
多谢老矿友版主的鼓励!

何必客气?俺不像以前可以只管自己玩了,有版主为咱服务。老板教育说俺现在的主要任务是为坛友们服务。只是不知道俺能不能让大伙满意。不必谢,只要大伙玩得高兴,俺就偷着乐了。

[ 本帖最后由 老矿友 于 2010-11-11 11:13 编辑 ]
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发表于 2010-11-11 11:08:43 | 显示全部楼层
这可是细活,这放大器实在不易。
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 楼主| 发表于 2010-11-11 11:19:59 | 显示全部楼层

回复 3# 老矿友 的帖子

感觉这两天本栏目里的气氛活跃多了!感谢您的努力!!
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 楼主| 发表于 2010-11-11 11:24:18 | 显示全部楼层

回复 4# L.D.XIONG 的帖子

谢梁兄!
看着东西不多,折腾了两个周末加一个工作日,使用效果很好,这个周末争取把带载波形的照片发上来。
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发表于 2010-11-11 11:24:52 | 显示全部楼层
好东西,用处多
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 楼主| 发表于 2010-11-11 11:32:01 | 显示全部楼层

回复 7# qg2007 的帖子

谢qg2007兄!
所谓:工欲善其事,必先利其器,我在“利器”,嘻嘻。
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发表于 2010-11-11 11:42:43 | 显示全部楼层
原帖由 lq19512003 于 2010-11-11 11:19 发表
感觉这两天本栏目里的气氛活跃多了!感谢您的努力!!

您过奖了。如果说有些许进步,也是各位老师、各位老版主和所有坛友的支持和努力。在下提个茶倒个水,跑个腿儿,是理当的。就怕没做好。还请各位老师和多指教,各位坛友多提意见。
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 楼主| 发表于 2010-11-11 12:19:17 | 显示全部楼层

回复 9# 老矿友 的帖子

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 楼主| 发表于 2010-11-14 19:39:50 | 显示全部楼层
把天线放大器的波形照片补上,上周末没来得及照,昨天照了。

信号发生器面板:输出频率1MHz,调幅度:30%,信号电平99dBu:
AA.JPG
等幅波:
IMG_3420.JPG

调幅度30%的输出波形:
IMG_3415.JPG

矿机在距单环天线0.48米处用磁性天接收高频信号发生器发出的信号:
IMG_3427.JPG

矿机检波级输出的音频波形:
IMG_3428.JPG
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发表于 2010-11-14 19:43:31 | 显示全部楼层

回复 11# lq19512003 的帖子

这放大器很成功!
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 楼主| 发表于 2010-11-14 19:49:18 | 显示全部楼层
谢梁兄!通过近两年的努力,矿机的测试环境基本建成了。
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发表于 2010-11-14 19:51:24 | 显示全部楼层

回复 13# lq19512003 的帖子

加天线信号如何?
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 楼主| 发表于 2010-11-14 19:59:51 | 显示全部楼层
如果使用等效天线就不用这只放大器了,高频信号发生器原有的信号强度已经足够了。以前的各项实验都是用等效天线做的,但是做3RP=RD=RL的实验为防止天线或是等效天线对调谐回路Q值的影响就不能用等效天线了,昨天又做了些测试,感觉加了这只天线放大器后信号足够强了。
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