又一台不用天地线的矿石收音机

mak1939

又一台不用天地线的矿石收音机


以前在本坛介绍过荷兰 Dick kleijer 先生的网站里 （ http://www.crystal-radio.eu/index.html ）一台不用天地线的矿石收音机。 现在再介绍他的另一台不用天地线的矿石收音机。

这台矿石机不用方框天线和磁棒，只用一个蜘蛛网式的线圈 （ 原文请参考链接： http://www.crystal-radio.eu/endetectorunit1.htm ）。 hanan 先生曾在本坛介绍过这个蛛网式线圈，（ 请参考： “这样的线圈 Q 值>1000”  http://www.cnham.net/bbs/viewthread.php?tid=15297&highlight=%D5%E2%D1%F9%B5%C4%CF%DF%C8%A6Q%D6%B5 ）

这台不用天地线的矿石收音机对所用的零件质量要求很高，我们可能不容易找到这些零件。但是研究一下他的设计原理和思路，对于提高我们矿石机的灵敏度和选择性是会有帮助的。

(一） 检波器单元

矿石机的线路图如下：

线圈所用的导线是 660 x 0.04 mm 李兹线，由 660 条 0.04 mm 直径的漆包线组成。
线圈上导线的长度： 17 米，两引出线各 0.25 米
总导线长度： 17.5 米
线圈内直径： 6 厘米
线圈外直径： 17.5 厘米
圈数： 44
导线： 660 股 0.04 毫米的李兹线
线圈架材料： 3 毫米厚的聚丙烯
线圈电感量： 约 230 微亨

配合他改良的 C2b 可变电容器 （定片绝缘材料改为聚丙烯，参考链接： http://www.crystal-radio.eu/enlctest4.htm ），测量 Q 值的结果如下：

L13 和 C2b 组合，频率范围 531 KHz - 2073 KHz，在以下四个谐振频率的 Q 值是：

600 KHz： 1304，+10.2%
900 KHz： 1285，+10.0%
1200 KHz： 1100，+5.5%
1500 KHz： 925，+5.0%

（注：上面增加的百分比是与另一种线圈实验的比较结果）

调谐可变电容器 （C1） 的动片和定片是镀银的，定片绝缘材料改用聚丙烯。

开关 S1 和 S2 是小型的玻璃管簧片开关，它们的介质损耗低，由一块小磁铁控制。当簧片开关断路的时候，触点之间的电容只有 0.2 pF。

两个微调电容器 C2 和 C3 可以调整矿石机的频率范围。

检波器 D1 是一个表面焊接的 SOT-23 式封装的双肖特基二极管 HSMS282K。两个二极管在里面并联连接，中间有屏蔽，但是这屏蔽的接点在这里不连接使用。在焊接之后，全部焊剂需要清理干净以免降低电路的 Q 值。

可以安装第二个检波器 D2，利用开关选择使用 D1 或 D2。

C4 是为了使二极管之后的高频旁路。它的电容量可以调整以便试验。

检波器的输出必须连接高阻抗负载，最好大于 1 兆欧。

这台矿石机架子的材料是聚丙烯塑料板，介质损耗低。为了减少损耗只用铜螺丝，不用铁质零件。

在调谐可变电容器 （ C1 ） 下面，可以看到两个微调电容器 （ C2 和 C3 ）。

这是玻璃管簧片开关的照片。小磁铁可以左右移动，因此可以选择接通其中一个开关。检波器 D1 位于左边簧片开关的下方，体积太小不容易看清楚。

由于没有外接天线电容的影响，频率可以在调谐刻度盘上直接阅读。 旋钮和调谐可变电容器之间有 1:5 的变速机械。频率刻度盘与调谐可变电容器连接，因此转动的速度是旋钮的五分之一。

测量了这台接收机的品质因数 Q，第一次不接二极管，第二次接上两个并联的二极管和 1.5 兆欧的负载电阻。也测量了接入二极管之后频率的变化（这些结果是在谐振状态下 LC 电路两端有 1.12 V 峰值的情况下测量的）：

在以下四个谐振频率，第一次测量，不接二极管的 Q 值是：

600KHz： 1276
900KHz： 1204
1200KHz： 1111
1500KHz： 912

第二次测量，接上两个并联的二极管和 1.5 兆欧的负载电阻的 Q 值和频率变化：

600KHz： 644，-1.0 kHz
900KHz： 529，-3.3 kHz
1200KHz： 405，-8.1 kHz
1500KHz： 326，-15.0 kHz

根据公式 Z= 2.pi.f.L Q，无负载电路的阻抗 Z 可以计算出来 （ 线圈电感量L是 230 微亨 ）：

在 600 KHz： Z = 1.1 兆欧
在 900 KHz： Z = 1.57 兆欧
在 1200 KHz： Z = 1.93 兆欧
在 1500 KHz： Z = 1.97 兆欧

如果电路的负载等于它自己的并联电阻，理论上 Q 值应该减半，而且负载电阻从电路得到最大的功率传输。可是实际上这个电路接入二极管和负载之后，Q 值降低超过了一半，特别是在高频端。原因可能是二极管有介质损耗，而且在高频端的负载电阻 （ 1.5 兆欧 ） 比电路的阻抗低。

最初的调谐范围是 530.65 到 2050 kHz，这是在连接了二极管的情况下测量的。这最低频率太接近中波广播的低频 531 kHz 了，要使它再降低一点。而且，如果将来用电容比较低的二极管，就可能没法达到 531 kHz 的范围。

同时也需要把最高调谐频率降低到 1700 kHz，这样可以使高频端的电台在刻度盘上分离得远一些，不至于太接近。欧洲的中波广播频率最高是 1620 kHz，但是在此频率之上直到 1700 kHz 有一些非法电台在活动，可能有兴趣想听一下。

为了压缩频带，在调谐电容两端加入微调电容。它们的最大电容量是 13.8 pF。当微调电容的电容量最大的时候测量无负载电路的 Q 值，结果如下：

600 kHz： Q = 1224
900 kHz： Q = 1210
1200 kHz： Q = 1090
1500 kHz： Q = 898

在试验过程中，能够看出微调电容对调谐电路的 Q 值有一些影响。 两个微调电容 （ C2 和 C3 ） 是连接在簧片开关之后，所以两个二极管各有自己的微调。这样就有可能消除不同二极管电容的影响，在转换二极管的时候刻度盘的频率位置保持不变。

调整微调电容之后，接收频率范围是 522 - 1710 kHz.。

在没有任何外接天线，只利用矿石机本身蛛网线圈作为一个小环型天线的情况下，这台矿石机白天可以收听 6 个距离 17 至 445 公里，功率 150 至 500 千瓦的广播电台。晚上能听到 24 个电台，最远的一个距离 1175 公里，功率 600 千瓦。

在下面第 4 帖继续...

[ 本帖最后由 mak1939 于 2007-10-13 09:28 编辑 ]

天地会

等明天......

zxhb

由660条0.04mm直径的漆包线组成的导线直径为26.4mm，有大拇指那么粗。但从图上看不出有大拇指粗的导线。请1939老师释疑。

mak1939

续上面第 1 贴：

（二）输出变压器单元

下图是连接这台矿石机的高阻抗负载电路：

如果矿石收音机检波电路的 Q 值很高，则这个电路的并联电阻数值也将会很高。连接到这个电路的负载阻抗也必须有大致相同的数值。

例如： 检波电路在 1000 kHz 的 Q 值是 1200，检波线圈的电感是 0.2 mH。则着这个电路的并联电阻 （ Rp ）是：

Rp = 2.pi.f.L.Q = 1.5 兆欧。在其他频率 Rp 的数值将会不同，因为 f 和 Q 两者都改变了。

这里说明的变压器单元具有 1.62 兆欧的输入阻抗，它很适合做高 Q 值矿石机电路的负载。作者把它做成独立的单元，是为了可以方便地用在几种不同的矿石机，而且他只有一个这样特别的输入变压器 （ Tr1 ）。

这个变压器单元由两个变压器组成。输入阻抗是 1.62 兆欧，输出阻抗是 16 欧。左边的大变压器是 Tr1，右边的是 Tr2。盒子尺寸是 18 x 11 x 10 cm。

Tr1 原来是一个高压电源变压器，厂牌是 “Simco Nederland b.v.”，型号 A257C1-6。这个变压器原本的设计是初级线圈通过一个 910 欧的串联电阻连接 220 V、50 Hz电源，在次级线圈得到 2.5 mA 和 7000 至 8000 V 的输出。因此次级线圈的阻抗很高。

在这个变压器单元里，Tr1 初级线圈和次级线圈的作用相反，它变成一个降压变压器。输入信号接在 Tr1 的次级线圈，而 Tr1 的初级线圈则连接到 Tr2。

在不同负载电阻下测量了 Tr1 的三个特性。测量的方法在作者的网页里有专文叙述 （ 链接： http://www.crystal-radio.eu/entrafometing.htm ）。

测量结果如下： 第一项是输入阻抗 （ 千欧 ），第二项是 -3 dB 的频带 （ 赫 ），第三项是变换的效率。

负载电阻 68 欧： 524，140 - 4600，0.733
负载电阻 100 欧： 730，150 - 4500，0.808
负载电阻 150 欧： 980，150 - 4120，0.806
负载电阻 220 欧： 1338，150 - 3400，0.794
负载电阻 330 欧： 1815，160 - 2700，0.761

在 Tr1 之后再连接第二个变压器 Tr2，使电压和阻抗再进一步降低。

Tr2 是一个 100 伏的音频线间变压器，牌子是 Adastra，型号 952.446。在初级线圈连接 40 瓦的接头，即阻抗 250 欧。这个变压器的输出阻抗是 8 或 16 欧，此矿石机使用的是 16 欧接头。

整个变压器单元的特性如下：

输入阻抗： 1620 千欧
输出阻抗： 16 欧
-3 dB 的频带： 150 - 2700 赫
输入与输出电压比： 377
变换效率： 0.71

线路图里面的电阻是为了串入与变压器输入阻抗相同的直流电阻，电容则提供音频电流的通路。这一点很重要，可以防止接收强信号电台时产生的音频失真。

在这个电阻和电容网络两端，可以接入一个至少 10 兆欧内阻的电压表测量直流电压，指示所接收电台的信号强度。

全部线圈和 TR1 的铁芯都要接地以免检拾到交流杂音。

在这样的设计里 （ 一个变压器的次级接到另一个变压器的初级 ），必须把两个变压器的效率相乘，才能计算出整个单元的效率。

当连接一个 16 欧的号筒喇叭驱动头到这个变压器单元，在它的输入端输入 1 千赫 1 毫伏峰值信号的时候，很容易听到驱动头发出的声音。

这个变压器单元仍然可以作为升压变压器使用，例如在它的输出端接一个信号发生器。

必须特别注意这样做是非常危险的，因为在变压器单元的输入端将会很容易就产生数千伏的信号电压。但是为了做实验这还是有用的，因此才用了一个耐压 4 千伏的 4n7 电容器，以免它很容易被击穿。   


本文在下面第 12 帖继续...

以下是引用 zxhb 在(2006-8-23 18:46:08)的发言：

由660条0.04mm直径的漆包线组成的导线直径为26.4mm，有大拇指那么粗。但从图上看不出有大拇指粗的导线...

你算错了吧？请细心想一想应该怎样计算它的直径。如果你把660条0.04mm直径的漆包线平排在一个平面，那才是26.4mm，但是实际上这660条线是捆成一个圆柱形的。

[ 本帖最后由 mak1939 于 2006-10-3 11:58 编辑 ]

pengxn2003

感谢！矿坛急需这样的好帖，力顶MAK1939

光说不练

单芯截面积大概是0.001256平方毫米，660根截面积大约0.82896平方毫米。

pengxn2003

照此算来，直径1.026，不算大，但绕这种形式的线圈感觉略粗一些

unn

好帖，收藏！

peaklee

好漂亮,真想學做一個.[em1]

zxhb

以下是引用 [B]mak1939[/B] 在(2006-8-23 19:10:41)的发言：

[quote]以下是引用 [B]zxhb[/B] 在(2006-8-23 18:46:08)的发言：

由660条0.04mm直径的漆包线组成的导线直径为26.4mm，有大拇指那么粗。但从图上看不出有大拇指粗的导线...

你算错了吧？请细心想一想应该怎样计算它的直径。如果你把660条0.04mm直径的漆包线平排在一个平面，那才是26.4mm，但是实际上这660条线是捆成一个圆柱形的。
[/quote]谢谢1939老师的解释，我错了，正如不练兄所计算的。

peaklee

660条0.04mm直径的漆包线,在外面能買到嗎?
[em13]

mak1939

续上面第 4 贴：

（三）天线调谐器单元

下面介绍天线调谐器。 这个天线调谐器可以和上面介绍的检波器单元组成一个双回路矿石收音机。

天线调谐器有一个 L1 和 C2 组成的调谐电路。如果只看 L1 和 C2，调谐电路的频率范围是 550 - 2184 kHz。但是接上天线和地线之后频率范围将会降低，因此可以接收中波段最低的 530 kHz。可变电容器 C1、天线和地线也构成调谐电路的一部分。天线和地线也将降低整个电路的 Q 值。

L1 和 C2 组成的电路阻抗很高，大约是 1 兆欧。天线的阻抗很低，只有大约 10 欧。可变电容器 C1 构成高阻抗和低阻抗之间的阻抗匹配器。

C1 调整到某一个数值的时候，从天线到 L1、C2 组成的调谐电路将会得到最大的功率传输，线圈 L1 两端产生最大电压。这意味着接收机得到最高的灵敏度。

在低频段必须调整 C1 至 100 pF 左右，而高频段大约是 20 pF。但是这些数值取决于所接天线的长度。无论如何，对于电路的 Q 值而言，C1 的数值越小，电路的 Q 值越高 （ 有关的资料可以参考网页： http://www.crystal-radio.eu/enantunittest1.htm ）。

线圈 L1 用 660 x 0.04 mm 李兹线 （ 即 660 条 46 号线 ） 绕在聚丙烯线圈架上（详细说明请参考此链接里的第 12 号线圈：  http://www.crystal-radio.eu/enlctest6.htm#l12 。第 13 号线圈就是上述检波器里所用的线圈）。只是为了稍微减少电感，在外缘拆除一些绕线，使导线的总长度从 15 米减为 14.5 米。

这个天线调谐器的架子用 8 毫米厚的聚丙烯塑料板造成。可变电容器 C2 连接一个 1:5 的变速机械，因此能够很精确地调整。C1 没有用变速器。

天线调谐器、检波器和输出变压器三个单元可以组成灵敏度和选择性都很好的双回路 DX 接收机，用高灵敏度的号桶喇叭驱动头收听。

为了获得最高的灵敏度和最好的选择性，作者选择质量最好的元件，并且通过很多实验试制不同形式的线圈，找到这种在整个中波段 Q 值接近或高于 1000 的绕线方式。

为了得到最佳耦合，天线调谐器和检波器之间的距离必需是 42 厘米。 （ 实验的结果请参考链接： http://www.crystal-radio.eu/enset7.htm ）。

作者利用这台接收机参加 2005 年第七屆矿石机远距离接收埃尔默纪念赛 （ Seventh Annual Elmer Memorial Crystal Radio DX Contest ），收到 222 个电台，获得了一等奖。

以下是引用 peaklee 在(2006-8-24 15:15:04)的发言：

660条0.04mm直径的漆包线,在外面能買到嗎?
[em13]

经常都见到，每公尺的价钱约3美元。

http://www.schmarder.com/radios/sale/wire.htm

[ 本帖最后由 mak1939 于 2006-10-3 11:52 编辑 ]

unn

组织团购！

光说不练

660股线？够折腾的……

代号202

蜘蛛网式线圈起到了天线的作用，但在离电台较远的地方本机是否仍应外接天地线？


[right]「该帖子被 代号202 在 2006-8-24 18:33:58 编辑过」[/right]