实验：找到了3点能有效提高矿机调谐回路有载Q值的方法

lq19512003

   众所周知，矿机的调谐回路在不接入任何负载时的Q值就是空载Q值，而一旦接入检波级后，调谐回路便会因检波级输入阻抗的影响Q值而下降很多，这个下降了以后的Q值就是有载Q值。
    在一般的矿机里如果我们不采取任何措施，由于检波级输入阻抗对调谐回路的影响，有载Q值一般只有十几到几十。如果花费更大的代价而使用Q值更高的线圈和可变电容，虽然可以使有载Q值提高一些，但是提高的程度却是很有限的，通过这种方式能让那个有载Q值提高几十已经是很不容易了。矿机调谐回路的有载Q值提高所带来的好处是众所周知的，这种提高的结果就是矿机选择性的提高和灵敏度的提高。由于矿机检波级的输入阻抗是与调谐回路直接并联的，因此检波级的输入阻抗的高低将直接影响着调谐回路的有载Q值的高低。
    为了降低检波级输入阻抗对于调谐回路有载Q值的影响，传统的矿机采取了很多的办法，例如将检波级接到调谐线圈的抽头上，这样虽然检波器的输入阻抗没有变大，但是检波器对于调谐回路Q值的影响减小了。采用75号电路或是提高检波器的负载阻抗用以提高检波级的输入阻抗，从而减小对调谐回路的影响，实践证明这些办法行之有效。
    很长时间以来本坛的几位矿友一直在孜孜不倦的探索提高检波级负载的途径。梁兄、YJ9386、qg2007和tnlby几位矿友在研制特高阻耳机、绕制超高阻的匹配变压器等方面做了大量的工作，并且不断地取得了新的进展，成绩喜人。我自己也在改造特高阻耳机和超高阻变压器方面做了一些探索和尝试，感觉颇有收获。
    今年年初以来我一直有一想法，就是通过实验实际摸索一下如何较大幅度地提高矿机调谐回路的有载Q值的方法。经过近一年的准备，大约从上个月开始利用部分周末时间做了一些探索性的实验，到昨天为止实验基本做完了，下面是我记录实验的一些具体情况，贴上供有兴趣的网友共同探讨。

实验的主要思路：
    我们都知道矿机检波级输出的信号含有三种不同的频率成分：音频信号、残余的高频信号和直流成分，检波级的负载对于这三种频率成分所形成的阻抗是不一样的，又由于只有音频信号是最终对声音形成有贡献的信号，所以矿机对这三种频率成分处理的方法也不同。我们还知道这样一个事实：矿机检波级的负载对于调谐回路的有载Q值有着严重的影响，那么到底检波后这3种不同频率成份的负载对调谐回路有载Q值影响是否都一样还是不一样呢？如果是不一样，我们肯定非常关心到底是哪种频率成分的负载对调谐回路有载Q值影响最大，如果我们能够搞清楚这一问题，我们也就可以有针对性的进一步去想办法减小这种影响并提高矿机的性能。另外，除了这三种不同频率成分的负载，是不是还有其他的因素也对有载Q值形成较大的影响，这也是我们非常关心的，为此做了如下的一系列的实验：

实验平台的准备以及调谐回路谐振电压的测试方法：
    为了这次实验组装了测试用的矿机。矿机的线圈是按梁兄的方法：在20ml注射器针筒上用0.04X270股线绕了65匝，针筒内插入两只10X100mm的中短波磁棒，测得线圈在1MHz频点的Q值是830。                                                                                 下面照片中线圈在1MHz频点的Q值是830：


    可变电容用的是一只2X175pF铜片高频陶瓷支架双联，两联并联后是350pF，这只双联自带蜗轮蜗杆式减速装置，具有1:50的减速比，由于减速比很大而且回差消除的非常彻底，所以这只双联的调谐极为精细，很适合制作测试用的矿机（在后来的测试中证明这个高质量的1:50的减速比是绝对必要的，否则谐振点调谐精确调准，在有载Q较高时尤为严重），经认真清洗后两联并联测试，电容的Q值大于1万。

双连照片：






在做这台专门用于测试的矿机时对整体结构有以下考虑：
    1．为了减小矿机金属件对线圈Q值的影响，同时也为了使磁性天线与信号发生器的单环天线的中心等高，用了两片有机玻璃片将磁棒线圈架高。  
见下面的照片。


    2．为了测试中更换不同型号的二极管方便，矿机专门装了两只接线柱用于连接二极管，为了加强高频绝缘这两只接线柱固定在一块有机玻璃板上。
见下面的照片。



    本次试验采用超高频毫伏表测量调谐回路高频电压的方法观察检波负载对调谐回路Q值的影响，调谐回路两端接一由2.2pF和12pF高频磁管电容组成的分压器，用超品毫伏表测量12pF两端的电压，实测2.2pF的容量是2.4pF，而12pF的实际容量是14pF毫伏表探头的输入电容是1pF左右，所以分压比是2.4 / （2.4+14+1） = 1 / 7.5，即谐振电压=毫伏表读数X 7.5。
下面照片中就是这两只高频陶瓷电容：






    信号源产生1MHz的高频调幅信号，调幅度是30%，通过单环天线输出，为了避免天地线影响矿机调谐回路的Q值，测试时矿机不用天地线，仅凭磁性天线接收信号，在实验中只要单环天线到矿机磁性天线的距离不变，矿机收到的信号强度就会不变，这时如果通过接在调谐回路两端电容分压器上的超高频毫伏表测得的电压高，调谐回路的有载Q值就高，如果测得的电压低，调谐回路的有载Q值就低，通过3dB法可测量调谐回路在不同情况下的有载Q值，具体如下：调整好谐振回路的谐振点后记录谐振回路的谐振频率与电压，然后逐渐降低信号发生器的输出频率，直到谐振电压降低到原值的0.707倍时，这时的频率为“下限频率”。逐渐升高频率使谐振电压降低到原值的0.707倍时的频率是“上限频率”，有载Q值=（上限频率—下限频率）/ 谐振频率。
    如果变换矿机检波器的输出端不同频率成份的负载大小，同时观察超高频毫伏表监测到的谐振回路的电压值，就可以从高频电压值发生的变化大小判断出哪个频率的负载对调谐回路Q值影响最大。
本次实验使用的仪表：
    1．        高频信号发生器：目黑MSG2560B型，串号849007。
    2．        超高频毫伏表：ZN2270 型，串号 88049。
    3．        音频毫伏表：LMV-189AR 型， 串号 9080128。
    4．        示波器：COS5020 型，串号 45236066。


    高频信号发生器的输出信号通过天线放大器放大后送入单环天线，产生足够的信号场强。
下面是搭建好的测试环境照片：




具体实验步骤和实验数据：
测试矿机电路如下图：



实验系统的校准：
    高频信号发生器产生1MHz的高频调幅信号，调幅度是30%，通过单环天线输出，高频衰减器的位置99dBu，单环天线中心径向到磁性天线距离50CM左右。检波管使用BAT85。
不安装二极管使得检波级与调谐回路断开，调整可变电容使高频毫伏表指示值最大，再调整单环天线与磁性天线的距离，使高频毫伏表指示值是100mV。
如下照片中所示。



    3dB法测出：下限频率999.2KHz，上限频率1001.1KHz，带宽=1001.1—999.2=1.9KHz，算得调谐回路的空载Q值=1000KHz / 1.9KHz = 526。这与在Q表上直接测出的带电容分压接入高频毫伏表的Q值吻合（在Q表测到的Q值是510）。

实验一：标准电路测试
    将二极管BAT85接入接线柱，音频负载是初级阻抗200K的匹配变压器，变压器的次级500欧阻抗端接了一只SC2-300耳机，因此变压器初级的实际阻抗是120K。检波级的滤波电容是2200pF电容。
下面照片中是测量时的情况：



高频电压表的读数是12mV：


    此时高频毫伏表指示电压值是12mV，音频毫伏表测得的音频电压是0.39mV。3dB法测出：下限频率987KHz，上限频率1012KHz，带宽25KHz，算得有载Q值=40。

实验二：大幅度变换音频负载的阻抗
    在实验一基础上将SC2-300耳机断开或是连接上对高频毫伏表的指示值基本上没有影响。
下面照片中耳机已断开，高频毫伏表读数没变化，仍然是12mV。                              
如下面照片所示：




                                                                                      SC2-300耳机连接在匹配变压器上时匹配变压器的初级阻抗是120K，当耳机断开时匹配变压器的初级  阻抗在2.3MΩ左右，也就是说音频负载从阻抗2.3MΩ降低到120K，对调谐回路的有载Q值没有影响，更有甚者，将匹配变压器的初级两端直接短路，高频毫伏表的读数仍然不变，也就是说音频负载从0Ω变到2.3MΩ对调谐回路的有载Q值没什么影响。

实验三：滤波电容的影响
    将SC2-300耳机仍然连接在变压器的500欧阻抗端，去掉2200pF滤波电容后调谐回路发生了少量的失谐，调整可变电容重新谐振后，高频毫伏表测得的电压是14mV，比拆掉电容前值仅上升了2mV，这说明去掉滤波电容后调谐回路的Q值没有多少提高，而音频毫伏表的读数从去掉滤波电容前的0.39mV上升到2.15mV，从表面看音频电压提高了5倍多，但从示波器显示的音频波形看，音频信号中含有大量残余的高频信号，由于使用的音频毫伏表的上限频率是2MHz，而残余高频信号主要的频率只是1MHz，所以音频毫伏表的读数较高是因为测量的音频信号包含了很多的高频成分的原因，而这些残余高频对于耳机发音并无贡献，还会造成失真，故使用滤波电容滤掉残余高频是必要的，如果耳机或是匹配变压器有足够的分布电容完成滤波，才可以省掉这只滤波电容。
下面照片中滤波电容以去掉：


高频毫伏表读数是14mV，音频毫伏表读数是2.15mV：


负载两端波形高频分量严重：


[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-11-30 10:02 编辑 ]

lq19512003

实验四：加大直流负载的电阻（班尼电路）
恢复滤波电容的连接，曾加1uF电容和1.2M电阻组成的班尼电路：


班尼电路和电阻：


电路中增加了班尼电路：

   
     高频毫伏表测到的高频电压值由12mV上升到了41mV，音频电压由0.39mV上升到了0.5mV。
如下照片所示。




     此时实测下限频率是995.8KHz，上限频率1000.8KHz，故带宽是5KHz，算得有载Q值=200。用示波器观察耳机两端的波形发现虽然变压器初级两端有2200pF的滤波电容但是加了班尼电路后音频信号中的残余高频先好要比没加班尼电路之前时大了很多。
波形如下：


在耳机两端并联0.01μF滤波电容后，波形正常了，这只电容对调谐回路的Q值没有多少影响。
如下面照片所示：




     这时虽然有载Q值提高了，可是实听耳机中的声音发干，音质不好。

实验五：更换不同型号的二极管
    其他条件不变，只是将BAT85换成了1N60，毫伏表指示的高频电压值由41mV下降到了14mV，耳机里的声音也小多了。

实验六：检波后增加高扼圈、班尼电路
    将1N60去掉，恢复BAT85检波，将27mH的高扼圈串联在二极管与班尼电路之间:测试电路如下：


下面照片中检波二极管后增加了27mH的高扼圈：


    高频毫伏表指示上升到59mV，音频毫伏表读数是0.57mV，这两项都比不加高扼圈有所提高，此时下限频率是997.7KHz，上限频率是1000.7，带宽3KHz,算得有载Q值=323。实听耳机中的声音发干，音质不好。
下面照片高频毫伏表读数是59mV，音频毫伏表读数是0.57mV：


实验七：检波后增加高扼圈但是不用班尼电路
   保留高扼圈，去掉班尼电路，电路如下：



    高频毫伏表的读数下降到23mV，而音频毫伏表的读数上升到0.62mV，下限频率995.3KHz，上限频率1006.2KHz，算得有载Q值=92。实听耳机中的声音失真明显减小，虽然音质比标准电路差些，但明显要好于前面实验四、实验六的声音。

总结：
    从上述实验过程中得到的数据可知在检波级接入调谐回路后与事先判断的结果一样，调谐回路的Q值由空载Q值变成了有载Q值，数值从下降了很多（由526下降到40，如果接上天地线Q值降得更多）。

音频变压器阻抗对有载Q值的影响：
    在实验二中作为音频负载变压器的阻抗由120K变化到空载阻抗（大约是2.3M）对调谐回路基本上没有影响。更有甚者，实验中索性将匹配变压器的200K端子对地短路，这时音频的阻抗为零，调谐回路的有载Q值基本上没有变化（这使我想到了不少资料里提到矿机输出的恒流特性，同时也证实了在矿机音频负载较小时，输出具有恒流特性）。这也就是说音频负载阻抗大小对调谐回路的有载Q值影响很小。

滤波电容对Q值的影响：
    从实验三中可知作为检波后残余高频信号的负载2200pF滤波电容拆掉与断开对调谐回路的有载Q值影响很小。

检波级输出加高扼圈对有载Q值的影响：
    从实验七可知，如果用高扼圈阻断检波后的高频信号，就能很大程度上减小检波级对有载Q值的影响，比较实验七与实验一的实验数据可知实验七的检波后加了一只的27mH的高扼圈，于是有载Q值从实验一的40提高到实验七的92，可见实验七检波级后面增加的这只高扼圈对提高有载Q值作用很大！但是究竟高扼圈的电感量是多少效果最好，本次没有实验，有待于以后再测试。

二极管型号对有载Q值的影响：
    从实验五的简单实验中就能看出不同型号二极管对有载Q值影响很大，因此选择合适的二极管对矿机来说很重要。

直流负载对有载Q值的影响：
    从实验四可以看出增加了班尼电路有效地减小了检波级对调谐回路的影响，有效地增加了调谐回路的有载Q值，使有载Q值从40提高到200，效果非常明显,！班尼电路的实质就是增加检波后的直流负载，因此加大矿机的直流负载可以有效提高调谐回路的有载Q值，但是前提是调谐回路要有足够的空载Q值，否则就没有提高有载Q值的余地了。

    综上所述，从本次试验中可知如果已经有了较高的空载Q值的调谐回路，要想提高调谐回路有载Q值就需要要注意三点：
      1．选择适当的性能好的二极管（RD值高的二极管）。
      2．提高检波级的直流负载。
      3．用高扼圈适当阻断检波后的高频残余信号。

    实验六就是这三点综合运用的实例，在实验中实测调谐回路的有载Q值从原来的40提高到了323，而未接入检波时的空载Q值是526，运用这三点后有载Q值提高了8倍，达到了空载Q值的61.4%。这就充分证明了上述三点方法对提高有载Q值的有效性。
    虽然通过上述实验找到了这三点方法可以明显提高有载Q值，但是运用了这三点方法后矿机的性能会有什么变化呢？在实验中发现矿机的性能没有因为使用了这三点方法而变得一好百好!
首先可以看在实验一中调谐回路的有载Q值=40，在1MHz的频点上矿机的通频带是25KHz，而实验六中调谐回路有载Q值提高到323，通频带减小到3KHz，可见到随着有载Q值的提高，矿机的选择性有很大程度的提高，这点在实验的操作上也能清楚的体会到，在实验六时，如果双联没有很好的减速装置是很难找准谐振点的。
    随着通频带变窄，虽然选择性有了很大的提高，但是矿机的音质却变的很差，实验四、实验六和实验七的音质都比实验一差，尤其是实验六的音质更差，这也很好理解，实验六的通频带只有3KHz，理论上这时矿机最多能得到1.5KHz的音频范围，再受到变压器和耳机频率特性的影响，真正能发出的声音频率范围还要小些，声音不好听是必然的，普通电话的音域是300Hz到3000Hz左右，所以有载Q值提高的如此的高度时，矿机的音质远不及在电话中听到的声音的音质。再有就是在实验中班尼电路的电阻值应该根据实际情况调整到音质最好的最佳值，可是为了实验中保持电路参数在各个步骤时的一致性，就没有调整班尼电路的电阻，这只电阻最佳值的问题只好待以后专题研究了。

随着有载Q值的提高，矿机的音量变大了吗？
    从实验时音频毫伏边的读书看虽然用这三点方法后音频电压有所提高，但是音频电压的提高并不像调谐回路的谐振电压提高的那样多，音频输出功率的提高与音频负载与检波级的匹配程度有关，还要下功夫好好研究。虽然实验中发现音频负载对有载Q值影响不大，但是这并不是说音频负载的大小无所谓，音频负载的设计应重点是与检波级做好匹配而不是对于调谐回路的影响。本次试验的目的是找出影响有载Q值的主要因素，并没有进行音频最佳匹配的探索，所以在实验中有载Q值提高后音频未必得到了最佳的匹配，故音量没有大幅度提高也就顺理成章里，关于音频负载最佳匹配的问题有待于日后专题研究。

音质的问题：
    把天地线接到实验六的电路上，实际收听广播电台时发现声音不如以前好听了，虽然用音频毫伏表耳机两端的音频电压有所提高，但是实际上感受不到的音量变大，我们听到的音频功率是分布在不同频率的声音的功率之和，有载Q值提高后频带变窄，很大的一部分音频频段的信号已经不能通过矿机送到耳机上了，这些频率的信号没有了，这些信号所带来的功率也就没有了，所以听上去声音没有变大。而用仪表测试时调制信号是单一的1000Hz，不受通频带的限制，所以可以用仪表测试时可以看到随着有载Q值的提高，音频功率在提高，而实际收听广播时体会不到音频功率的提高。

有载Q值提高了，灵敏度提高了吗？
    本次试验没有专门进行灵敏度测试，按理说有载Q值有了大幅度的提高矿机的灵敏度应该有较大的提高才对，但是基于上述音质变差、主观感受音量没有变大的原因，对于小信号的可闻性会下降，再加之本次试验未进行音频匹配的研究，也没有进行灵敏度的测试，只有等到音频匹配调到最佳后灵敏度的测试才有真正的意义，这项工作也有待于日后专题研究。

声明：
    为了避免不必要的误会特此做如下的几点声明：
        1．这些实验只是仅凭一时兴趣的探索而已，所描述的现象都是实验中见到的事实，所提供的数据都是实验中观察到的数据的如实记录，没有太多的理论上解释与推导，欢迎大家运用掌握的理论探讨和解释。
        2．本实验的结论只对本次的实验有效，不一定具有代表性，不对其他的类似实验的结论负责。
        3. 由于实验都是在业余条件下进行的，必然会受到简陋的仪表和测试方法的种种限制，故不做精度上的讨论与争论。
        4.上述实验如有荒谬敬请诸位兄弟指正！
谢谢大家关注！


[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-11-29 18:20 编辑 ]

求是

期待老兄的试验结果
辛苦了！

L.D.XIONG

lq19512003

谢谢求实兄！

lq19512003

谢梁兄！

济南

1、这年头条件好了、使用高绝缘介质做机器基板的，就很应该了。提高各个连接点的绝缘性很有必要。
2.、这年头有闲钱了、买个高阻抗的优质民用双耳机，提高负载阻抗，很有必要。
3.、这年头老矿石机逐臭的也不缺绕线机的、自己改制个直流电阻4000欧姆×2=8000欧姆的双耳机，估计也不难吧？把耳机的音频阻抗提高到52K还是有必要的？
4、文革后，再生式收音机逐渐被淘汰、这十几年来也就是个实验性质的了，当年天桥338线圈为何在检波器后面串联一个高频线圈呢？不一定就是想着搞什么再生？
     因此，把那2.5毫亨、10毫亨的高频扼流圈接在检波器和音频负载之间、减少负载对于调谐回路高频线圈的“短路效应”，我感觉也能提高选择性。抽空多串接几个再试试。

lq19512003

谢济南兄关注，正在准备几只不同电感量的高扼圈，待周末试试看。

qg2007

学习！

用现代仪器对矿机线路的量化实验，对提升矿机无源接收的能力非常必要。

实验辛苦，成果喜人，惠及坛友！

龙虾

原帖由 济南 于 2010-11-29 16:23 发表
....当年天桥338线圈为何在检波器后面串联一个高频线圈呢？不一定就是想着搞什么再生？
...

这是老K大哥巡游用的电路。千万不要忘记呵！

lq19512003

感谢老矿友版主加分并将此文加入精华帖！感谢版主的鼓励与支持！！

[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-11-29 19:11 编辑 ]

lq19512003

感谢qg2007兄的支持，这只是初步的探索，要得出最终的结果还有很多事情要做，尤其是音频负载的匹配上还要深入探索，这也是您与梁兄，杨兄，雷兄前一段共同研究的继续！同时也欢非常迎其他有兴趣的矿友加入，共同研究。

bulls

原帖由 龙虾 于 2010-11-29 17:55 发表


这是老K大哥巡游用的电路。千万不要忘记呵！
703746

LZ请上个原文地址

气球

月下风

文章很强大，矿机很精彩！