要与RP匹配，还是与天地线匹配？

bobby_jack

如何最大可能地提高无源收音机的接收效率是很多矿友梦寐以求的。在坛里有个广泛被接受的说法是：如果保证3RP = RD = RL，无源收音机（矿机）会有最高的效率。但我是笛卡尔的崇拜者，也就是说我会去怀疑任何有可能被怀疑的东西，求证任何有可能被求证的说法。因此我做了一些试验。要说明的是由于条件的限制，这些试验都可以被认定为是非常”原始“的，但我认为是相当有效的。

首先我装了只无调谐回路的”合唱机“（线路请见下图），目的是先让复杂事物简单化。我的依据是：既然此机没有调谐回路，也没有Q值，没有RP，没有RL（电流表的内阻只有几十欧。与二极管内阻相比几乎可以旁视）。有的只是天地线输出阻抗，二极管的输入阻抗。

在我住处只有一只中等强度的电台990KC，其它几只都不到它的百分之二十。因此，即使不用选频，输出电流大部分都是990KC所提供的。天线线之间的电容是130PF，容抗是1236欧（针对990KC，下同)，接地电阻约70欧（地线不是很好），电感估算为15UH，感抗为93欧。因此，天地线的输出阻抗大体上为： 1236 + 70 - 93 = 1213欧， 约1.2千欧。
有人可能会注意到我在天地线之间并接了一只1mH的电感，这是非常必要的。因为天线与地线之间并无直流通路，相当于一只电容。因此必须给二极管一个负半周放电通道。此电感也可用十几千欧的电阻代替，效果类似。一些矿友也做过此种”赤膊机“，但未必加上直流通道，因此效果不会好。还有一些发现如果二极管并联检波的话声音会响些，实际上就是当并联检波负荷（耳机）就成了直流通路。至于串接可变电阻的目的是想找出在此工作点时二极管的内阻。
先把可变电阻调到零（短接）。不出所料，电流表有了读数，大体上在5微安上下。


再调节可变电阻，使电流减半。此时阻值是41千欧。

我的观点是：既然在串联电路中电流相等，既然天地线提供的信号强度未变，既然串接41千欧的电阻能使电流减半，那此时二极管的内阻应当在41千欧附近。这给我下一步试验提供了参考。
现在我已经知道天地线输出阻抗（1.2千欧），现在我已经估摸出二极管的内阻（大体在41千欧），那我就知道此时的阻抗是完全不匹配的，效率是很低的。

我知道在无电源收音机中阻抗匹配是重要的，而且匹配只能由变压器来完成。我也知道变压器的二大类，一是选频式（LC调谐回路），另一类是不调谐的（如音频输出变压器）。如果用选频式的话，那又会牵涉到Q值，RP等因素。它们会与阻抗匹配一起，构成一个互相影响的多元方程式，掩盖真正的原因。要解决这个方程式只能用因素分析法。即每次求一个变量，暂时把其它变量定值，就象初中里学三元一次方程组一样，一个一个来。于是，我采用了非调谐式高频变压器，只做阻抗匹配。

在一根10*180mm的中波磁棒上我套了外径14mm的管子，上面用0.1*3的丝包线绕制360圈。在20,40,60,80,100,120,140,160,180,260,340,350抽头。整个变压器（线圈）的总电感是：当位于磁棒中间时为13mh，在边缘时为9mh。


我没有陷波表，无法精确测量变压器的分布电容，但我可以用替代法，因为我不需要精确的数值，我只需知道线圈的电感与自身分布电容不会谐振在所需的频率范围内即可。
我在线圈的160匝外断开，量0到360圈的电容值等于12PF。

我又断开260匝处的抽头，电容减小到10PF。

这说明随着断接处的增加，分布电容量会变小。换句话来说如果全通的话，此线圈的分布电容肯定大于12PF。即使不考虑天地线电容的影响，12PF与13mh的谐振频率也在400KC附近，超出了中波范围，更与990KC风马牛不相及。所以此线圈将被认定为纯变压器（非调谐式的）。
测试线路如下图：

经反复调节，发现当天线接在第80圈时输出最大，达到24微安上下（接60圈或100圈时电流都将减小）。此时变压比为4.5:1，阻抗比为20:1。假设天地线输出阻抗不变（似乎也不应该变）的话，二极管的输入阻抗等于 1.2*20 = 24千欧。

有一点要说明的是：由于条件限制这个24微安并非最佳值，这是因为变压器的电感量有限。当天线接在80圈时，变压器提供的电感量约650uh，此时感抗约4千欧。与1.2千欧天地线输出阻抗相并联，约有百分之二十的能量被旁路了。尽管如此，此试验证明，即使没有调谐回路，没有谐振，没有RP，只要阻抗匹配，检波器一样可以取得比较好的效果。
阻抗匹配是指天线与检波器的匹配。

但还有一个问题没解决：即如果与有谐振回路的普通无电源机相比，效率会有区别吗？
为此我又拿出了先前装的矿机，一只在我眼里属于标准的单调谐回路无电源收音机。它的线圈Q值在1000KC时约为800（抽了很多头），可变电容器的Q值约为8000。电路图如下：

我接上同样的天地线，串上同样的电流表，用同样的1N34A当检波器，接收同样的990KC。反复调节天线接入及二极管接入点，最大的数据是22微安。小于非调谐式。我想，选频回路过滤了除990KC以外的弱信号可能是一个因素，但LC谐振并没有显著提升接收效率这一点应该是显而易见的。

所以我的结论是：如要提高接收效果（提高灵和敏度），首先要注意的是：尽量使天地线与二极管相匹配。

LC谐振回路是一个提供匹配的手段，也是选频的手段。但它本身并不提供额外的增益。要选频就有损耗，这是不可避免的，而高Q值能做到的仅仅是在某种程度上减小损耗。有些矿友在提高了有载Q值后发现可以多收台。那应该是选择性提高后滤除了干扰的关系，对灵敏度是没有关系的。
在空载Q值与有载Q值关系上有一个非常重要的公式，即：损耗 = 有载Q值/空载Q值。
如果空载Q值 = 500，当有载Q值 = 100时，损耗为 百分之二十；当有载Q值 = 250时，损耗为百分之五十。所以，如果要想提高选择性而又不牺牲灵敏度，势必要同时增加空载及有载Q值。

我的试验里并未涉及很多人关心的RD及RL，因为试验本身并不需要。对于这二个因素如果有机会的话我将在以后的帖子中加以阐述。

重要说明：我并不认为自已的结论是天衣无缝的。非常希望其它有兴趣的坛友提出不同看法。更希望有人能用实验的结果来证明我是错的。本来么，我喜欢论证，可能别人也喜欢。而论证结果可能是”真“，也可能是“非真”。这很正常。

谢谢。

bobby_jack

补充一下：
第二张图用错了，它是在用13mH线圈代替了1mH电感时的电流。比1mH稍大一些（5.2:5.5ua）。
抱歉了。

bobby_jack

谢谢老虎哥01的鼓励。

lq19512003

请教楼主：您说的是谁与天地线匹配还是与RP匹配去？

bobby_jack

lq19512003 发表于 2019-11-6 20:45
请教楼主：您说的是谁与天地线匹配还是与RP匹配去？

对不起，我没说清楚。
我指的是检波器（二极管）的输入阻抗是要与调谐回路的谐振阻抗匹配呢，还是该与天地线的输出阻抗匹配。
谢谢关注。

安庆矿友

天地线分谐振状态和非谐振状态

bobby_jack

安庆矿友 发表于 2019-11-6 23:42
天地线分谐振状态和非谐振状态

你好
知道你是对本坛真正用心的成员之一，所以很高兴能收到你的留言，也很高兴有机会与你探讨。
天线是可分谐振及非谐振状态，只要满足以下条件之一：
1，振子长度为四分之一波长；
2，加感（指短天线。如是长天线则要加容）；
3，将天线电容当作调谐回路电容的一部分（或全部），即参加选频。

第一个条件对接收中波的业余爱好者来说是不可能的，他们没条件把天线架设那么高（指地波天线）或那么长（指天波天线）。而如果采用第三种方法，那又会碰到调谐回路谐振阻抗，Q值，匹配等复杂环境中去，难以弄清楚真正起作用的因素。因此我还是要用第二种方式，即加感的方式来分析。复杂问题简单化么。

有如前文所述，我的天线电容是130pf左右，如果还是以990kc为基准（天线的谐振必须针对特定频率），容抗是1236欧。电感量为199uh的电感其感抗差不多也是1236欧。于是我就再次利用已做好的“高频变压器”，将抽头接为40匝，电感正好199uh。

因此只要我要天线引入线上串接此电感（等同于根部加感）。从理论上来说此时天线的容抗与感抗将互相抵消，仅剩70欧的引入电阻。 我的二极管输入阻抗是20k（请参见我的一楼主帖）。线路与一楼主帖相同。第一步是不接加感线圈。或许是由于这次测试是在晚上的关系，电流比白天大些，达6个多微安。


然后再接上加感线圈

电流减小到3微安左右。
由此可见，简单的天线谐振并不能提高性能。

至于造成输出下降原因，我还是尝试从阻抗匹配方面来解释：
在未接加感线圈前，天线的输出阻抗是1.2千欧（请见原文），与其直连的二极管输入阻抗为20千欧，即41千欧内阻的二分之一（我个人理解）。阻抗是失配的。当接上加感线圈后天线的输出阻抗下降到70欧，但二极管的输入阻抗未变，仍是20千欧（同上），造成匹配进一步恶化，输出减小。

如果上述解释成立，那就说明，即使在天线谐择情况下，阻抗匹配仍是重中之重。

再次谢谢关注。

ym78321

1）天线要把能量尽量多传给LC回路。2）LC回路要把谐振能量尽量多传给负载。3）LC回路谐振就相当于机械弹簧质量系统的共振，调谐越准、损耗越小（阻尼不够）共振峰就越高，加大阻尼就可抑制共振幅度。LC谐振相反，电阻越小共振能量越大。电阻小就是Q值大。放大是相对的，我们通常所说的放大是在有源情况下说的，无源的情况下，能量看起来并没有放大，但从天线拿来多少与谐振状态有关，匹配了就会从天线拿来更多的能量（耦合来的）…

ym78321

所以，与天线耦合的好（也是匹配）、回路谐振的好、回路与负载匹配了好三个方面都处于最好状态才会有好结果。与音频负载的匹配关系看起来容易，但实际上回路谐振状态不同时，回路内阻随时在变，同时与天线耦合关系也会受影响，所以二极管矿机，需要天线侧、负载侧都要调，后来还有了班尼电路，早期矿机都是前后都调的。

ym78321

二极管由于动态电阻在变，所以强台弱台回路内阻不同，更高要求的场合，负载侧要对检波后的直流、残留高频都要做处理的。

大红猫

支持探索求证。

bobby_jack

ym78321 发表于 2019-11-7 22:30
二极管由于动态电阻在变，所以强台弱台回路内阻不同，更高要求的场合，负载侧要对检波后的直流、残留高频都 ...

谢谢关注。
的确，对无源收音机来说，自天地线以后每个环节能产生的只有损耗，人们能做的或者是避免无谓损失，或者是在灵敏度与选择性之间作符合自已需要的妥协。
我准备再发一些帖子，对各个环节所需注意的事项谈些个人意见。非常希望得到各位的指点和帮助。

我的帖子多属“小众”货色，与主流观点相左。能得到各位的加分鼓励确属惊喜之例。再次感谢。

bobby_jack

ym78321 发表于 2019-11-7 22:30
二极管由于动态电阻在变，所以强台弱台回路内阻不同，更高要求的场合，负载侧要对检波后的直流、残留高频都 ...

谢谢关注。
的确，对无源收音机来说，自天地线以后每个环节能产生的只有损耗，人们能做的或者是避免无谓损失，或者是在灵敏度与选择性之间作符合自已需要的妥协。
我准备再发一些帖子，对各个环节所需注意的事项谈些个人意见。非常希望得到各位的指点和帮助。

我的帖子多属“小众”货色，与主流观点相左。能得到各位的加分鼓励确属惊喜之例。再次感谢。

ym78321

楼主研究的很深入，实验也很细致。引导俺们进一步认知这些问题。有一点个人体会：直接并机检波一定要地线，无地线声音大大减弱；LC谐振回路的多次方向有无地线区别不大，始终不会解释。

60年代的爱好者

    有源收音机因为有增益，所以对效率不是非常看重。对于矿石收音机来说，为了提高效率，降低损耗，是各个环节都需要匹配的。这个说起来简单，其实是比较复杂的。
    天地线与谐振回路要匹配，谐振回路与检波器要匹配，而检波之后的音频回路与检波负载也要匹配，只有这些环节都匹配了，才能得到最好的效率。
    只注重其中一个环节，而忽略了其他，都会使整机效率降低。