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新瓶装老酒——中短波电子管超外差收音机的新设计

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发表于 2017-9-17 23:47:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 oldwood_hmgh 于 2017-9-17 23:49 编辑

国内比较早的超外差电子管收音机采用6SA7、6SK7、6SQ7、6V6、5Y3五支大八脚电子管,后来代之以6A2、6K4、6G2、6P1、6Z4五支花生管,再后来红灯711系列用6N2双三极管代替了6G2,大行其道创产量之最,这是电子管收音机的鼎盛时期,随后晶体管收音机普及,电子管收音机成了昨日黄花,渐渐淡出商品收音机的市场。
时至今日,调频台遍布,中短波调幅已经少有人收听,然而调频声音有较强的“颗粒”感,缺少些细腻自然,于是萌生了重新打造一台中短波调幅收音机的想法。
然而市场上配套的双连可变电容、波段开关、10XS成套线圈、312或633型中频变压器都已是凤毛麟角,难以寻觅,偶有旧货,性能也难以保证,有幸的是6A2套头的五支电子管还都可以买到,6SA7套头的也可以买到,这是我的设计能够进行下去的基本保证。
必须承认,现代的电子元件性能和质量都比过去有了很大的提高,价格却都很便宜,而且生产出一些过去没有的新器件,这都得益于科技进步和大规模的生产,我的新设计就基于这些现代的元器件和古老的电子管——故有标题“新瓶装老酒”。
我的设计目标是:
(A)中波、短波两个波段,中波535KH-1605KH,短波8.0MH-18.0MH;
(B)可以使用6A2、6K4、6G2、6P1花生套管,也可以使用6SA7、6SK7、6SQ7、6V6大八脚套管,可以接6E1/6E2调谐指示管;
(C)中高频线圈、阻容元件、波段开关均采用现代的新型元件;
(D)采用印刷电路板安装。

(1)可变电容器or变容二极管?
双连空气可变电容器在电子管收音机中似乎是不可少的,在已经过去的时代确实是这样,而今天却未必非它不可,现在用于AM波段的变容二极管有多种型号可选,我实验了 市场上很容易买到的1SV149、BB112两种,它们的在1V-10V的反偏压下的变容范围都在440P-35P左右,覆盖范围是够用的,按厂家的技术资料,其Q值在200-400左右,这与一般品质的空气可变电容基本相当,如果考虑到空气可变使用日久被灰尘污染性能会下降,变容管还是有优势的,而且安装占位小是空气可变不可比的,至于多个变容管的匹配性也无需担心,比较早期的变容管为了保证匹配都是成组出售的,现在由于工艺的提高,同批次的产品特性的差异都在可以接受的范围内。所以我选了变容二极管。所需要的1-10V控制电压由灯丝6.3V电压倍压整流后用TL431稳压后供给。
(2)波段开关
老式旋转波段开关需要很多根连线,造成分布参数增大,而且有日久磨损接触不良的毛病,现在有多种型号的信号继电器可以很好的代替它,这种信号继电器都是密封的,而且(据说)是镀金触点,寿命远超波段开关。每个信号继电器都是双刀双掷,两个信号继电器可以代替一个四刀双掷的旋转式波段开关,我选用的是5V的产品,所需要的控制电压由灯丝6.3V半波整流电阻降压后供给,所需控制电流不足100mA。
(3)中频变压器和天线线圈、振荡线圈
中频变压器是收音机的心脏,其性能直接关联着收音机的选择性、灵敏度、稳定性等多项指标。在电子管收音机的量产的时代,大多使用312系列和633系列的中周变压器,今天这样的中周已经不容易买到,而且它的构造形式和硕大体积不适安装在印刷电路板上,因此我决定采用广泛用于晶体管收音机的10X10调帽型小中周骨架自行制作,这种小骨架确实不是为电子管收音机而设计的,但这不等于它不能用在电子管收音机上,而且它的磁路结构合理,黄铜外罩电磁屏蔽效果好。
用这种小型中周骨架制作适合于电子管收音机的中周变压器,这个问题坛里早有讨论,大家普遍担心的基本是两个问题:一是耐压问题,二是磁饱和问题。
关于耐压问题,主要体现在中周变压器的初级线圈的制作上,仔细观察这种小骨架的结构,其每个引脚与外壳的距离都在1mm以上,而空气的耐压是30KV/cm,1mm的间隙耐压应该在1000v以上,电子管的供给电压是210V左右,这个间隙还是够安全的。中周里面的小型配谐电容耐压虽然不高,但因其是并联在中周线圈上,它两端直流电压差很小,实际并不承受高电压,如同小鸟儿站在高压线上一样,也是没有问题的。值得注意的是,由于每个骨架都是单线圈,要形成双调谐中周。必须外耦合,我是使用部分全耦合的方式,就是把次级线圈的很少几圈与初级紧耦合,这两个线圈之间有200V左右的直流压差,必须做好绝缘处理,我是这样做的:在工字磁芯上先绕好初级(160-170匝),然后用粗细合适的热缩套管套住整个工字磁芯,用热风枪吹缩后,热缩套管在工字磁芯上会形成一道凹槽,次级的几圈线圈(3-4匝)正好绕在凹槽里,引出线头时注意不能与初级线头交叉。至于次级中周,由于整个线圈都在地电位附近,无需额外加强绝缘处理。
关于磁饱和问题,开始我也是担心由于工字磁芯很细小,是否会产生磁饱和,但仔细想电子管的屏极电流并不比晶体管的集电极电流大多少,它们产生的安匝数是差不多的,既然晶体管可用,电子管应该也可用。仍不放心,做了个实验:用扫频仪测试一个小中周,找到谐振峰,然后给线圈加20mA直流电流,结果是谐振峰没有可以测量的移动,所以我的结论是磁饱和问题是不必担心的。尔后我又解剖了一个312中周线圈,发现其磁芯并不比小骨架的工字磁芯粗多少。
余下的问题就是确定线圈匝数、调整耦合强度,形成适当的带宽,毕竟等于重新设计中周变压器,祸害了十来个骨架才找到了比较合适的参数,全部数据见附表(二)。
中波振荡线圈采用与中周一样的小骨架,中波天线线圈使用了磁性天线,我用的是200mm的磁棒,线圈是原来配365P双连的线圈,其他长度的磁棒线圈需要实验决定。短波振荡线圈和天线线圈用10X10电视中周的分槽骨架制作,数据见附表(一)。
(4)中放和变频电路的优化
早期稳压电子管是稀有的器件,由于成本的原因,一般只在电子仪器中才考虑用稳压电子管,收音机的中放五极管和变频七极管帘栅极电压是不采用稳压措施的,而且为了节省元件常常合并为一路供电,现在极容易找到价格低廉、体积小的半导体高压稳压管, 变频级帘栅极采用稳压电源后对电路的工作十分有利,特别是可以提高短波变频的稳定性,我在电路设计中给中放管和变频管的帘栅极各自独立供电,分别加了稳压二极管,变频管的帘栅极电压75V,中放管的帘栅极电压100V。在短波接收时,AGC电压如果加到变频级有时会引起频率牵制现象,所以在变频级设计了一个跳线,可以选择短波段是否加入AGC。
(5)胆整流还是石整流?
大八脚胆整流管5Y3灯丝5V 2A,是个耗电大户,而且它是直热管需要单独的灯丝绕组,在我的新设计中,它是落选了。豆粒大小的1N4007可以完美地完成整流工作,若用桥式连接,变压器高压绕组不需要双绕组,由于晶体二极管的正向压降小,电压可以比电子管整流低10V左右,是设计的首选,不过考虑到可能要使用现成的老电源变压器,在印刷电路板上我还是保留了6Z4的管座,这样整流电路就可以胆石两用了。
(6)印刷电路板的设计
除了调台电位器、音量控制电位器、波段控制开关、输出变压器、电源变压器外,所有其他零件都安装在一块25cmX9cm的双面电路板上,电路板的底面(bot面)地线大面积敷铜,利于高频电路工作,花生管的管座安装在元件一面(top面),每个管座周围都设计了个八个方孔,工作时可以通风散热。这些方孔同时也是大八脚管座的安装孔,如果使用大八脚管,管座要焊接在底面(bot面),此时花生管的管座安装孔就成了散热孔。阻容元件是仔细挑选的,每个元件的高度都不超过中频变压器的高度(2CM左右),这样电路板即可以正装也可以反装。电路板上还设计了调谐指示管6E1/6E2的接口。
无论用花生管还是大八脚管,线圈和阻容元件都是一样的,实验的情况是花生管比大八脚管的灵敏度略高(6K4的跨导比6SK7大),但大八脚管的噪声更小些,但毕竟是两套不同的管子,实际制作时,6SK7的阴极电阻R29可以小些(300欧姆),6K4的阴极电阻可以大些(560欧姆)。
(7)调整的要点
低频中频的调整与一般的五灯机调整相同,高频部分由于使用了变容二极管,在做跟踪调整之前,要先把变容管的控制电压范围调正确,具体方法是把调台电位器J80右旋到底,调整多圈电位器J79使加到变容管上的电压在11V左右,再把调台电位器左旋到底,调整多圈电位器J81使加到变容管上的电压在2V左右,在这个范围内变容管的电容变化大致在30P—370P左右。然后再做跟踪调整,调跟踪时我先调短波(短波天线回路通带比较宽,容易开声),后调中波。
电路图.JPG 元件数值.JPG 线圈.JPG
看不清楚可以下载以下PDF文件
AM5.PDF (49.36 KB, 下载次数: 439) 元件数值.pdf (39.11 KB, 下载次数: 320) 线圈绕制数据.pdf (45.21 KB, 下载次数: 336)
花生管.JPG 高频.JPG 帘极电源.JPG 中周.JPG 热缩.JPG 微调电位器.JPG 中频曲线.JPG 八脚座.JPG

补充内容 (2017-9-18 10:02):
线圈参数附表只有一个,不分一、二。更正文中。
热缩管.JPG
八脚管.JPG

评分

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发表于 2017-9-18 11:42:44 来自手机 | 显示全部楼层
oldwood_hmgh 发表于 2017-9-18 09:55
是的,小中周很难绕,特别是电感耦合还有个绝缘问题,必须处理好,为此我还特意制作了一个专门绕中周的 ...

0.07的线应该可以,我是用0.08绕,力图提高小型中周的Q值,可能0.07的线用在旁热管的场合电流较大,一定程度上会降低谐振槽路效率,TTF-1和TTF-2系列空载Q值差距不是很大有载Q值差距大的原因就是前者是0.07的线,后者是0.08的。
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发表于 2017-9-18 00:28:13 来自手机 | 显示全部楼层
将继电器变容管等新技术融入电子管收音机里,揉合两种不同时代的产物,让人耳目一新,期待楼主的产品早日诞生。
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发表于 2017-9-18 00:31:23 | 显示全部楼层
改进很合理!
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发表于 2017-9-18 01:11:25 | 显示全部楼层
有一个问题被你弄复杂了,就是双调谐中周没必要非得用电感耦合,中频是固定的,用耐压高的5P陶瓷电容器耦合绝缘问题就简单多了,另外为了提高安全性,也可以让屏压低一些,180V屏压做成二级中放,那样不但灵敏度更高而且效果更好,反正小型中周不占地方电子管也不值钱。还是可以一试的
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 楼主| 发表于 2017-9-18 09:38:12 | 显示全部楼层
直流电子管 发表于 2017-9-18 01:11
有一个问题被你弄复杂了,就是双调谐中周没必要非得用电感耦合,中频是固定的,用耐压高的5P陶瓷电容器耦合 ...

谢谢直流管朋友回复,设计时第一个问题我想过用电容耦合(我做的调频机都是外电容耦合的),也做了实验检验,但在第二个中周上有些问题:由于要使用6G2电子管的小屏极检波,阴极必须接地(见下图),如用外电容耦合,输出的AGC电压和音频电压就有比较大的中频残余,理论上的分析是如此,实际测试时扫频输出的中频曲线也比较粗大,所以就改成电感耦合了。第二个问题确实很合理,两级低压中放好于一级中放,我在以前的一高二中短波机制作中体会过,邻频选择性好。我这个机器由于要兼顾低放部分就不能用低压供电了。 回直流管.JPG
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发表于 2017-9-18 09:46:07 来自手机 | 显示全部楼层
oldwood_hmgh 发表于 2017-9-18 09:38
谢谢直流管朋友回复,设计时第一个问题我想过用电容耦合(我做的调频机都是外电容耦合的),也做了实验检 ...

中频残余没想过这个问题,因为我没有扫频仪,中频残余大可能用6G2检波容易造成干扰,中频信号泄露自激等,传统收音机采用6N2,目的就是用屏极当做屏蔽罩,这样就不怕中频泄露问题了,不过我的实际制作体会确实是,如果搞成电感耦合工程量大,我是手残星人,做小型中周基本乱叠绕,所以磁芯空间往往比较紧张,也就只能用电容耦合了。。。好在电池式电子管功率不大,1B2中频泄露的问题不严重,一般不用在意干扰问题。
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发表于 2017-9-18 09:52:15 来自手机 | 显示全部楼层
文武双全,关注中
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 楼主| 发表于 2017-9-18 09:55:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 oldwood_hmgh 于 2017-9-18 10:07 编辑
直流电子管 发表于 2017-9-18 09:46
中频残余没想过这个问题,因为我没有扫频仪,中频残余大可能用6G2检波容易造成干扰,中频信号泄露自激等 ...


是的,小中周很难绕,特别是电感耦合还有个绝缘问题,必须处理好,为此我还特意制作了一个专门绕中周的小绕线机,0.07的线绕在小工字芯上也不能排线,但比完全手工绕整齐多了。
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发表于 2017-9-18 10:34:13 | 显示全部楼层
佩服,又出新设计了!进来学习一下!
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 楼主| 发表于 2017-9-18 10:36:49 | 显示全部楼层
muxuyang507 发表于 2017-9-18 10:34
佩服,又出新设计了!进来学习一下!

老朋友你好!好久不见你来,现在玩什么呢?
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发表于 2017-9-18 13:13:39 | 显示全部楼层
个人的观点,不当之处请拍砖

制作AM还是FM收音机远不是6-70年代经济落后、物质匮乏时期,多数坛友制作收音机并不是用来听广播目的,只是怀旧情结,只需要一个过程,所以就有些人对古董管,纸质电容、大红袍、甚至碳质电阻爱不释手。看到电子管收音机装上数码显示就感觉不伦不类,还有大批的坛友为了达到收音机的指标,不惜重金购进大量的仪器设备,作品指标堪比厂机媲美,然后就是屁颠屁颠的成就感。比如几十上百去折腾高Q值的空连,不愿意应用新器件和新技术。本人也雷同,前些天做了一个调频,所有的费用够几个高端德生,无论是听感还是指标,无可挑剔,出声以后就扔在一边吃灰去了。本人感觉,做机就要做原汁原味的胆AM\FM
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发表于 2017-9-18 13:17:19 | 显示全部楼层
如果能直接利用现成的晶体管中周就更好了。
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发表于 2017-9-18 13:25:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 天线迷 于 2017-9-18 13:26 编辑

  这胆收音机有创意
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发表于 2017-9-18 14:21:01 | 显示全部楼层
王老师又出新作,实在佩服!设计思路清晰,波段开关采用继电器非常好,老波段开关时间长了问题多多。既然使用多圈电位器调谐,想必频率显示是用屏显还是电子度盘呢?
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