【去库存】全分立二次变频中波收音机

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一．絮言

　　题目中的“全”有一点勉强，因为用了一个集成的电源芯片78L04。不过收音机的要求对电源不是很高，一个晶体管再加一个4.7V的稳压管也可以代替了。

　　为什么要全分立呢？没办法，分立的元件可以计算、可以更换、可以调整、可以测量中间过程，这是集成电路难以做到的。

　　本机采用二次变频的方式，将中波频段整体抬高到(8.522~9.620)MHz频段，并在这一频段以度盘指针方式进行机械调谐，满意地达到两个基本目标：一是拉平度盘上的频率分布，二是统调的完美跟踪[1]。

　　为什么非要用机械调谐呢？没办法，就是喜欢，没理由好讲。

　　我们都知道，收音机的机械度盘受限于可变电容器的设计，在一次变频机中表现为高端信道比低端信道密集得多，导致相邻的高端电台经常混叠在一起难以分隔，导致调谐手感不佳，容易过调或欠调。一些直线电容式的可变电容器表现更甚，例如250/290pF的空气双联和60/140pF的密封双联，高端电台的接收调谐简直是个灾难。当将接收频段整体抬高以后，频段的覆盖比从一次变频的3左右降到二次变频的1.28左右，频段中点（一般假定为1MHz）从度盘的65%以上的位置下移到50%以下，1MHz以上的频率分布被充分拉开，高端的调谐变得抒缓，相邻的电台容易分隔。

　　对于统调，一次变频机的跟踪误差比较大，出厂新品的统调精度一般在±1.4%到±1.7%范围内，意味着有最大±6.5KHz到±7.9KHz的跟踪偏差[4][5]。对于选择性达到30dB的中频系统，这样的偏差相当于至少20dB的衰减，灵敏度损失很大。如上所述，当将接收频段整体抬高以后，频段的覆盖比从一次变频的3左右降到二次变频的1.28左右，中频的跟踪误差大幅度降低。对于一中频为(8.522~9.620)MHz的方案，二中频465KHz的数值模拟的跟踪精度可以达到±0.004%（十万分之四）的水平，这意味着只要高低两个端点的调整完成，整个频端的跟踪精度都在正负十万分之四以内。这是根据可变电容器实测的数据仿真的结果，实物制作时的机械误差会影响达到的真实效果。从根据实测数据推演出来的度盘实物来看，若以调谐标尺最密处的一个分度的四分之一作为分辨率，那么其值为±0.54%，这是手感可以达到的一个指标。实用上，跟踪误差在±0.2%的指标上是现实的，但这个误差在调谐标尺上表现不出来。

　　二次变频机的调谐度盘：
       

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　　本帖所述频段的起点和终点，均以度盘百分标尺的5%和95%为基准点。下图是数值仿真截图：
       

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　　二次变频机的原理方框图：
       

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　　从原理框图可以看出，这种方案是将接收频段整体抬高，一个附带的好处在于如果将不同的接收频段都设计成一样宽度（例如1MHz），那么只要在一个频段统调完成，其他所有的频段也就都统调完成了。

（待续）

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五．一中放与二混频

　　电路沿用了拙帖《共集／共漏放大器的应用》中28A改制机的结构[3]，电路见图：
       

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　　其中R304是防振电阻，防止因增益过高产生啸叫。C309与IF305构成中频通路，作用与普通收音机的短波段使用的同类电路相同。D301由两个BA483串联，用于大信号下的输入回路控制，控制范围约10.6dB。四级中周组成四阶滤波器，R307、R308、R309、R310分别通过串联的二极管，控制每一级中周各自衰减的程度，以及带宽增加的程度；在中高信号下总控制范围约30dB。


       

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　　上图中屏蔽罩内从左至右：第二本振、第二混频、465KHz滤波器和二中放输入级。

　　下图是第二混频器的本振注入频谱，幅度约90mVp-p，平均频谱纯度约-50dB：

       

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（待续）

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六．二中放与检波

　　二中放是一个高增益／可变增益的宽带放大器兼直流放大器，在检波信号的激励下，根据场强的变化而变化增益，并产生适当的直流输出去控制前级的二次AGC。本级AGC产生的增益控制范围是(75~32)dB，其间有43dB的跨度。检波输出分为两路：一路较低电压为常规双极性管控制，另一路为较高电压的场管变阻控制。电路如图：

       

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　　BG401为共集自举的放大级，电压增益约为0.99，电流增益则达12dB，因而功率增益接近12dB。图中的红虚线是屏蔽隔离，杜绝放大器输出对输入的影响。

　　BG402是增益控制级，增益变化在+31dB~-11dB之间。R405、R406、D401结点构成了中、大信号下的增益转折器，一旦结点电压越过阈值使D401导通，R405通过导通的D401和前级的C308连通，则原本串联的电阻负载R405-R406变成了仅有R405作用，增益一下子降低了约26dB。在结点电压为4.6V以上时，结点上的电压将通过D401控制前级的D305~D301逐级导通，从而对较强信号进行衰减控制。

　　BG402的射极电容器C404通过场效应管BG406接地。BG406在Vds=0V时的状态是一个可变电阻器，通过栅极电压改变漏-源间的电阻。由于3DJ7的K档虽然零栅压电阻比较小（54Ω~60Ω），但夹断电压却较大，凭检波输出最多只能改变(60~80)Ω，但对放大器的增益辅助控制已经有效了。

　　BG403和BG404构成射极耦合的共集-共基放大器，总增益约33dB，且工作电流随信号强度浮动，信号越强，BG404电流越大，在设计上保证BG404工作电流中所包含的信号电流始终小于工作电流的10%。BG403的射极电阻用于扩展输入信号的动态范围，其中R409控制交流信号的激励强度。

　　BG403和BG404可以采用锗管或硅管。当信号非常强并导致BG403进入基-射结负压（即基极偏压等于或高于射极电压）工作时，锗管有良好的工作特性并且失真极小，这是因为利用了锗管Iceo较大且在基-射结负压状态下的截止区放大性能（见参考资料[10]），这一点已在我的28A改制机中获得确认。当BG403和BG404采用硅管时，则必须防止BG403进入截止区，否则就会产生低频调制振荡或打嗝现象。

　　检波级D402采用的是锗二极管1N277，初始目的是为了降低静态下的导通电压。设置得当的情况下，这个电压大约0.12V~0.16V之间。微导通的二极管有助于改善小信号下的检波效率。检波的直流负载是R414、R415、R420的合成值，本例中是36KΩ。

　　Bp401和Bp402是两个不同的电压结点。前者电压较高，用于控制Vp较大的场管；后者电压较低，用于Vp较低的场效应管。实际上由于耗散型的场管Idss大的，Vp值也大，所以能够选择到的适用型号并不多。

　　BG405是低频预放大级，通常它被设置成共集输出，以将高阻抗的检波输出变换为较低阻抗的音频输出。Bp403、Bp404、Bp405用来将BG405组态成共源或共集输出。共集输出时的BG405要选择gm较大的品种，例如3DJ(7/8)H等，或相当的国外型号，这样它的电压转换比不会过分地低。


（待续）

kenneth_zhu

大作，一定要顶。按收信机的标准严格要求的大作。

业余选手认为：这个比分多波段要简单，如果不用数调。

分多波段，用数调可能更简单。

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十．收听感受

　　虽然使用了和28A改制机[3]同样结构的电路，但灵敏度不如28A改制机。原因在于第一混频器前没有任何放大，二极管环形混频器最高的效率下插入损耗也有至少6dB，而宽带天线没有任何的谐振品质倍乘保证，故信号进入第一中频滤波器之前和之中一直在衰减，理想的衰减程度是9dB，但实际上完全有可能达到15dB。从收听效果看，灵敏度仅相当于手中已调整好的的其他老收音机，低端的灵敏度略强一些。

　　低阻抗天线确实有削减电场干扰的效果，在度盘高端比较明显，普通一次变频机在1MHz以上的电磁干扰很强烈，但用了低阻抗天线的二次变频机则相当安静，虽然有可能是高端灵敏度较低产生的错觉，但在一次变频机中干扰两边的信号完全无法收到，在本机中却能够清晰地调节出来，而且干扰信号变得异常之小，这是一个令我比较兴奋的收获。

　　由于高端的频率分布比一次变频机的分布要稀疏，使得高端部分的调谐非常方便，一次机中的混台现象基本消失殆尽。

　　在精细调整和屏蔽还算完善的情况下，全频段没有任何叫点产生，这一点也令我比较惊异，或许我无意中选择了一个最好的高中频方案？！

　　抬高接收频段以后，第二本振的工作频率也相应提高，按普通短波收音机的做法，频率漂移在本机中比较明显，具体表现在开机后的漂移和温度迅速变化下的漂移，两者都达到了十几KHz，在度盘上表现为一格半调谐标尺分度，这个漂移尺度已经很大了。从实践来看，振荡电感直接采用TTF-1骨架比较容易受温度和振动的双重影响，有必要对这一部分进行结构上的改进。

　　直接使用无高放的环形二极管混频器，确实对灵敏度指标产生了巨大的影响，显然使用磁棒的民用接收与使用外接天线的专业接收不能同日而语，因而在DIY领域，二极管环混绝对需要有前置放大，绝不可以照搬专业机的做法。

　　下一版将会考虑灵敏度与频率稳定性这两个老问题。虽然问题老，但诱惑力仍然巨大。同时增加高放以后，会不会产生叫点，也是一个很有吸引力的课题。

　　整机布局；从左上至右外：

        左上：第一本振；
        左下：第二本振；
        中上：第一混频；
        中下：第二混频；
        右下：第二中频输入级；
        右上：第二中频和检波级；
        右外：低放、音量控制、功放和电源。

       

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十一．参考资料

        [1]Radio Communicatios Receivers, By Cornell Drentea, Copyright @1982 by TAB BOOKS Inc.; p.46
        [2]LC滤波器设计与制作，[日]森 荣二 著
        [3]共集／共漏放大器的应用
        [4]中波统调的数值模拟和统调的升级
        [5]几种双联的统调误差
        [6]Q啊Q啊Q，耿耿于怀的Q．．．
        [7] 119_高频部.pdf (152.02 KB, 下载次数: 289)

2021-5-31 09:18 上传

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        [8] 120_中频部.pdf (159.12 KB, 下载次数: 255)

2021-5-31 09:18 上传

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        [9] 121_功放部.pdf (138.42 KB, 下载次数: 251)

2021-5-31 09:18 上传

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        [10]低电压晶体管电路，徐业林 编著，人邮版1981；p.75


（结束）

zhke

（待续）                     

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七．功放部分

　　功放部分与28A改制机[3]相当，恕不多赘述。



八．安装注释

　　谐振电路中所有的可调电感器，都要在绕制完成后，尽最大准确度调整好电感量，再焊上主板。

　　谐振电路中所有的可调电容器，都要尽最大准确度调节好电容量，再焊上主板。

　　首先安装所有接口、电源部分、第一本振；调整好第一本振后，再安装剩余的所有电阻器，其次安装剩余的所有电感器，再其次安装剩余的所有电容器，再再其次安装剩余的所有晶体管。



九．整机统调

　　（１）天线接入

        整机零部件安装完成后，天线先不接入，接LCR表调整绕组（c'/c"）在磁棒上的位置（注意扣除分布电感，我的表是0.3μH）：
               

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        确定电感后用蜡封住定位再接入：
               

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　　（２）本振定位

        示波器探针接到第二混频器的本振注入端子TP301上，将度盘指针调到5%标尺位置上：
               

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        调整L701的电感，使频率为8.987MHz：
               

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        将度盘指针调到95%标尺位置上：
               

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        调整C702-2的电容量，使频率为10.085MHz：
               

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　　（３）中频细调

        随便接收一个较弱的台，用直流电压表接到检波输出端子TP402监视，从后向前细调各级中周，使电压最高。

        调节IF305，使背景噪声最低（检波输出电压最大）。


　　（４）输入统调

        将度盘旋到低端，接收一个较弱的台，例如612KHz，调节L301，使电压表输出最大。

        将度盘旋到高端，接收一个较弱的台，例如1530KHz，调节C302-2，使电压表输出最大。

        返回612KHz，检查L301是否变动，可以再细调一下；再返回1530KHz，验证一下电压输出。基本上这一步重复一两次就可以结束统调了。



（待续）

LQRLQR

期盼待续

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四．二本振

　　二本振的频率范围为8.522MHz~9.620MHz，电路如图：
       

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　　R306-C307通向混频三极管的射极，R702-R703形成分压器，用于精细控制混频管的本振注入电平。C706和C707不一定使用，仅用于在特定情况下的频率补偿；若本振输出幅度随频率升高而增加，那么使用几百pF到1nF的C706，并联在R703上；若本振输出幅度随频率升高而降低，则使用十几pF的C707，并联在R702上。

　　电路形式与常规电感三点式的射极注入电路相仿，但晶体管采用了结型场效应管3DJ7H，偏置更简洁。在激励适当的情况下，工作电流不超过3mA，频谱见图：
       

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　　图中可见相对基波电平，二次谐波幅度约-48dB，三次谐波幅度约-41dB。作为比较，试测了一下手中收音机的常规三极管本振，二次谐波幅度均在-36dB左右。


（待续）

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三．一本振和一混频

　　一本振是8MHz的固定频率，由晶体振荡器提供。R204-C205构成简单低通，将二次谐波与基波的电平在原有基础上再拉开(4~6)dB左右，在TP101/TP102端测量到的频谱看，二次谐波从-32dB纯化为-44dB，三次和五次均在-32dB。2N3904担任混频驱动，兼与晶振隔离，电路见图：
       

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　　一本振和所有接口首先安装，这样便于测试和调整晶体振荡器：
       

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　　在一本振源极上测得的频谱：
       

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　　二次谐波是-31dB，指标不佳。通过R204与C205构成的低通滤波器测量，二次谐波一下子降到了-40dB：
       

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　　由于信号幅度较低，示波器的频率计数是不正确的，将探头衰减临时从x10改到x1就正常了。

　　一混频由四个二极管组成环形接入，我用的是锗二极管1N277。单个管子全导通所需电压为(0.45~0.65)V，实测电压是0.6V，在TP101/TP102两端，示波器显示1.2Vp-p上下，见下图。负载75Ω的情况下，这个驱动电压的功率为+3.8dBm。
       

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（待续）

qzlbwang

longshort 发表于 2021-5-31 08:49
得，您老就别逗我了。这帖子上传难啊，找半天都不知道敏感词在哪里，只好急中生智拍片了．．．．．．  ...

这论坛也就这样了，其中的古怪不是我等P民所能理解的，入乡随俗吧。

longshort

二．宽带天线和预选器

　　实物形式的宽带天线和预选器是一个整体，磁棒承担天线的作用，磁棒绕组和并联的电容器完成预选器（滤波器）的任务。

　　在L-C谐振电路中，谐振的品质因素Qr是中心频率与带宽之比。当中心频率与带宽相当时，Qr下降到接近1的比例，这时候的L-C是一个宽带滤波器。对于中波频段，若标称接收频段是522KHz~1620KHz，那么带宽是1098KHz，中心频率为919.587KHz，或近似为919.6KHz。中心频率与带宽之比是0.83751，或0.84，即Qr=0.84。这是一个通带曲线近似为馒头形状的滤波器，（未知鬼魅作祟导致无法显示，此处略去若干字 ），所以这又是一个宽带的滤波器[2][6]。

　　 由于前级无高放，天线信号直接进入环形二极管组成的第一混频器，因此天线绕组需要以双线并绕的方式平衡接入，故天线电感加倍为43.6μH，谐振电容器值为687pF。见图：

       

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（待续）

qzlbwang

大作抢先看！期待精彩下文！

longshort

qzlbwang 发表于 2021-5-31 08:43
大作抢先看！期待精彩下文！

得，您老就别逗我了。这帖子上传难啊，找半天都不知道敏感词在哪里，只好急中生智拍片了．．．．．．

鸿渐哥

去库存？
等下文