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调感FM六管收音机——原理分析帖

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发表于 2021-2-10 14:19:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖将向您介绍一款简单易制的调感FM六管收音机,全分立元件设计,不需要制作者投入太多精力,就能制作出一台性能良好并情怀满满的收音机,本帖主要进行原理分析以及交流讨论,矿坛首发,转载请注明出处。
本机电路由高频放大,频率牵引解调(FM)/相干解调(AM),低频放大,功率放大,电源退耦五部分组成,下面逐一进行分析:
一.高频放大器电路:
鞭状天线ANT,R1,R2,L1,C1,C2,C3,C4,VT1构成高频放大电路。
R1是VT1的基极偏流电阻,作用是向VT1提供一个合适的静态工作电流,C3是提供交流通路的高频旁路电容,故本级电路属于共基极放大电路。C1将鞭状天线ANT捕捉到的信号耦合到L1,C2构成的LC并联谐振电路进行带通滤波,其谐振频率为98MHz,由于谐振阻抗低,通频带宽,因此这里作88~108MHz带通滤波器使用。经过带通滤波后的信号送入VT1的发射极进行放大,放大后的信号从R2取出,经C4耦合到牵引振荡解调(FM)/相干解调(AM)电路。

二.牵引振荡解调(FM)/相干解调(AM)电路:
R3,R4,R5,L2,L3,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,VT2构成牵引振荡解调(FM)/相干解调(AM)电路。本级电路利用VT2完成了本振和混频解调功能。VT2用作本振电路时,L3,C8决定其振荡频率,通过调整L3的电感量就可控制其振荡频率在44~54MHz之间变化。由于C7对于振荡信号的容抗很小;L2,C5构成的LC并联谐振电路与L1,C2的参数和作用完全相同,因此其对振荡信号失谐,阻抗较低,故VT2构成的放大电路对于振荡信号为共基极放大电路,这种放大电路输入输出是同相关系,因此只要在输入输出端接上瓷片电容C9建立正反馈,电路就能顺利起振。
VT2用作混频解调电路时,由于L2,C5构成的LC并联谐振电路对88~108MHz的外部输入信号阻抗较高,故VT2构成的放大电路对于外部信号为共发射极放大电路。

对于调频信号,外部信号与振荡信号在VT2的基极上进行叠加,由于VT2发射结的非线性,二者就会被混频,并且VT2的集电极上会输出一系列不同频率的信号,它们相互叠加,从时域上看是一个调幅波,这个与插入强载频法解调单边带信号的原理完全相同,幅度的变化意味着集电极电流的变化,集电极电流的变化又意味着集电结电容的变化,集电结电容的变化最终会导致振荡频率发生改变,这样一来就完成了频率牵引的过程,因此本电路也具备一定的锁相作用。就这样振荡信号的频率受控于外部信号,导致集电极电流也随之发生改变,此时只要用R3将变化的电流转化成电压,并用C10将高频信号旁路,就可以解调出音频信号,经C11耦合到低频放大电路。(按照我个人的思考与分析这个过程大致就是这样的,为了让更多人看懂我不愿描述得太复杂,至于其他说法大家可以翻阅其他文献,这里不再赘述。)

对于调幅信号,外部信号与振荡信号在VT2的基极上进行叠加,由于VT2发射结的非线性,二者就会被混频,并且VT2的集电极上会输出一系列不同频率的信号,其中必然有外部信号与振荡信号二次谐波的差频信号,并且只有这个信号是低频信号,其他信号皆为高频信号,此时只要用R3将变化的电流转化成电压,并用C10将高频信号旁路,就可以解调出音频信号,经C11耦合到低频放大电路。

不难看出,在VT2中不仅有各种高频信号还有解调后的低频信号,因此为了提供低频信号通路有必要加大C7的容量,但容量较大的电解电容由于生产工艺问题存在寄生电感,这可能会影响振荡电路正常工作,因此只能在C7两端并联上电解电容C6。L2,C5构成的LC并联谐振电路对低频信号失谐,阻抗较低,故VT2构成的放大电路对于解调后的低频信号也是共基极放大电路。

三.低频放大电路:
R6,R7,VT3,C12构成低频放大电路。
R7是VT3的基极偏流电阻,目的是为VT3提供一个合适的静态工作电流,但VT3的基极偏置电流受控于VT3的集电极电压,因此R7也是本级放大电路的直流电压并联负反馈电阻,这样静态时可以保证静态工作点的稳定,动态时也可以改善非线性失真。由于VT3的发射极直接接地,故本级电路属于共发射极放大电路。音频信号送入VT3的基极进行放大,放大后的信号从R6取出,经C12耦合到功率放大电路。

四.功率放大电路:
R9,R10,R11,W1,SP1,C15,C16,D1,D2,VT4,VT5,VT6构成功率放大电路。
W1是音量电位器,VT4及其相关元件构成共发射极放大电路用于激励放大,它负责电压放大并向VT5,VT6提供足够大的驱动电流,VT4工作在甲类状态,它的集电极电流在D1,D2上会有直流压降,并为VT5,VT6提供合适的偏置电压使得VT5,VT6工作在甲乙类工作状态避免交越失真。VT5,VT6及其相关元件构成OTL互补对称放大电路,它们都接成电压跟随器,主要作用是向扬声器SP1提供足够大的电流,确保可以推动扬声器发出悦耳动听的声音。
R10,R11一端接到中点上,另一端接到VT4的基极上用于直流电压并联负反馈,通过调节R11可使中点电压为VCC/2。它们在静态时可保证中点电压的稳定,动态时可以改善非线性失真。
音频信经VT4反相放大后同时作用于VT5,VT6的基极,其负半周使VT5导通,VT6截止,电流从电源经过VT5和C16流向SP1,同时C16充电;其正半周使VT6导通,VT5截止,此时已经充好电的C16起电源作用,电流从C16正极经过VT6流向SP1,同时C16放电,这样就完成了很好的的音频放大。
SP1,C16在完成电声转换和输出耦合电容的同时还构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,获得更大的动态范围。

五.电源退耦电路:
R8,C13,C14,C17,C18构成电源退耦电路确保各级电路稳定可靠工作,其中R8,C13,C14用于前级电路的退耦,R8是滤波电阻,C13,C14分别为低频退耦电容和高频退耦电容。C17,C18用于后级电路的退耦,分别为低频退耦电容和高频退耦电容。

总结和制作要点:
本电路虽然器件稀少,结构简单,但效果丝毫不输带锁相环的FM收音机,同时由于其工作原理的特殊性,无讯号时没有一丝背景噪声,这一点不同于超再生和超外差电路。同时本电路灵敏度较高,一旦发生了牵引振荡,就可以收听到电台信号,但为了保证良好的频率牵引确保令人满意的音质,仍有必要加上VT1构成的高频放大电路,并配合一根拉杆天线完成接收,如果合理减小C8的容量并适当拉长L1和L2,本电路也能很好地接收118~136MHz的航空波段。
制作时元件应按照电路原理图标注参数进行选取,其中L1,L2,L3需要自制,它们都用直径为0.8mm的漆包线在5mm的钻头上进行绕制,L1,L2绕5T并拉长到5mm,L3绕20.5T并拉长到30mm,在L3中旋入4mm铜质螺丝即可完成调谐,铜质螺丝旋入越长L3电感量越小,这是因为铜的磁导率很低,会阻碍磁感线的通过,进而降低电感量,提高接收频率。本电路成功率很高,调试也非常简单,先调整R11使中点电压为VCC/2,再合理调整L3的长度完成88~108MHz的频率覆盖,最后调整L1,L2使高低端增益均衡即可完成调试。

补充内容 (2021-3-19 10:54):

FM - 齻 -  - Powered by Discuz!http://www.crystalradio.cn/forum ... =1928756&extra=


补充内容 (2021-3-19 10:55):

【试出调感FM六管收音机套件 - 〓器材友情交换〓 - 矿石收音机论坛 - Powered by Discuz!】http://www.crystalradio.cn/forum ... =1928756&extra=
感兴趣的朋友在器材友情交换有套件在售

补充内容 (2021-6-29 23:49):
参数变动如下:
C4改为472
R1改为1M2
R7改为680K
调感FM六管收音机电路,正直电子设计.jpg

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 楼主| 发表于 2021-2-12 01:35:18 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 正直电子 于 2021-2-12 01:39 编辑

至此本人对这个电路所有的认知全部总结完并以回帖的方式告诉大家了,每次回帖都绞尽脑汁将语言通俗化,发布之前更是再三审阅避免偏见和谬误,饶是如此碍于本人学识有限,难免存在不准确的地方,只能劳烦大家斧正。
最后祝大家新年快乐,新的一年每次玩收音机信号都好
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 楼主| 发表于 2021-2-10 14:51:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 正直电子 于 2021-2-10 14:53 编辑

多说一句:由于VT3的Hfe很高导致该级电路输入阻抗较高,C11取10uF就偏大了,推荐使用1uF。我选择大电容的原因是为了产生电子管收音机开机过一会儿才有声音的效果,这一点希望大家注意。如果反响不错年后会考虑更新制作贴,有问题希望大家多多交流

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发表于 2021-2-10 20:58:56 来自手机 | 显示全部楼层
不错,多年前做过单管,真想再做一次。
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发表于 2021-2-11 04:40:13 | 显示全部楼层
有一个疑问,这种类型的电路为什么没有商业化?
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发表于 2021-2-11 05:20:03 | 显示全部楼层
技术转化型好贴。原来这种解调原理不甚清晰,理解和制作上都有不便,楼主基础理论深厚分析透彻,云雾顿开,顶起。
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发表于 2021-2-11 07:29:14 | 显示全部楼层
这还是超再生接收吧
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 楼主| 发表于 2021-2-11 12:24:06 | 显示全部楼层
makye 发表于 2021-2-11 04:40
有一个疑问,这种类型的电路为什么没有商业化?

我认为原因很简单,生不逢时。如果做高级收音机,超外差不论是在灵敏度和选择性上都优于这种类型的电路,而且超外差加上AFC就能自动控制音量大小,在解调过程中也完全是频谱的搬迁以及载频的改变,加上38KHz的立体声解码电路就能解调立体声,超外差的这些优势是这种类型电路不具备的,因此这种类型的电路对于高级收音机完全不适用。
那么低档收音机呢?电子技术在过去几十年期间飞速发展,集成电路,DSP芯片发展迅猛,低档收音机都来不及采用这种电路就纷纷使用集成电路,DSP芯片取代了,集成电路和DSP芯片根本不需要太多调试就能得到很不错的效果,而且成本低廉,因此这种类型的电路只能沦为我们爱好者手中的玩具,不过也好,把这种简单的电路做成比肩超外差的效果,也是一种乐趣。

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 楼主| 发表于 2021-2-11 12:27:32 | 显示全部楼层
ym78321 发表于 2021-2-10 20:58
不错,多年前做过单管,真想再做一次。

如果信号较强或者对音质要求不高可以把高放去掉,保留VT3,功放用2822BTL,也会有不错的效果

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发表于 2021-2-11 12:55:14 | 显示全部楼层
功放用TBA820M 会怎么样?
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 楼主| 发表于 2021-2-11 13:23:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 正直电子 于 2021-2-11 13:27 编辑
hsdsc 发表于 2021-2-11 12:55
功放用TBA820M 会怎么样?


这个芯片据我所知工作电压很高,3.7V能否正常工作我没试过,估计不能。如果做到分开电源工作那就没问题,因为低放级后面的音频信号就已经达到几百毫伏了,只要功放具有一定增益,就能得到不错的效果

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 楼主| 发表于 2021-2-11 13:36:09 | 显示全部楼层
北极兵 发表于 2021-2-11 05:20
技术转化型好贴。原来这种解调原理不甚清晰,理解和制作上都有不便,楼主基础理论深厚分析透彻,云雾顿开, ...

北极兵老师太抬举我了
其实我这种说法也只是把高频电子线路中电导,输出电容,乘积鉴相器等知识强行揉进通信原理和模拟电子技术里,毕竟高频电子线路不好学,通信原理和模电就太简单了。但论简单收音机里最巧妙的,还属中生代

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 楼主| 发表于 2021-2-11 13:38:36 | 显示全部楼层
bg6ulw 发表于 2021-2-11 07:29
这还是超再生接收吧

某种意义上是,因为超再生和我这种电路都是用外部信号影响振荡,但超再生是间歇振荡,我这个电路是连续振荡,因此论灵敏度二者差不多,但连续振荡就没有超再生间歇振荡的噪声了

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发表于 2021-2-11 17:22:17 | 显示全部楼层
正直电子 发表于 2021-2-11 13:23
这个芯片据我所知工作电压很高,3.7V能否正常工作我没试过,估计不能。如果做到分开电源工作那就没问题 ...

谢谢啦!!!
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发表于 2021-2-11 21:26:59 来自手机 | 显示全部楼层
前些年按《电子世界》上的单管锁相机做过一台两波段收音机,现在还在用。楼主这款属改进型,效果应该优于那款无高放的。这种电路的主要缺陷一是无AGC,在市区信号强时会阻塞且选择性很差,几个市台分不开(天线全部收回也不行);二是抗干扰差,楼下邻居给电轿充电时噪声压过电台声。但作为业余爱好者玩玩还是不错的。
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 楼主| 发表于 2021-2-11 21:51:56 | 显示全部楼层
老无线电小白 发表于 2021-2-11 21:26
前些年按《电子世界》上的单管锁相机做过一台两波段收音机,现在还在用。楼主这款属改进型,效果应该优于那 ...

我实际制作的电路并没有混台现象,相反效果接近超外差,您所说的选择性差,我推测就是牵引振荡的范围过大,或者说几个电台挨得太近,此时解调管集电结电容对于振荡频率影响过大,如果选择较大的谐振电容就可以改善这一情况,但电容大电感小的并联谐振电路阻抗肯定高不到哪去,所以说可能面临停振,经过实验我才有了图纸上标注的数值。
至于抗干扰能力差的问题,强干扰面前就算是超外差收音机也是如临大敌,因为鉴频器哪个信号强就解调哪个,并且在一定程度上也能解调调幅波,DSP可能会好一点,因为都是数字化处理了

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