本帖最后由 暖风轻音 于 2022-10-8 22:24 编辑
抬杠系列：3RP真的正确吗？
抬杠系列为胡扯咸淡，其中论据论点多数皆为模拟条件/统计数据，没有实际行动（因为实际行动副参过多无法验证）
0：3RP的由来
1：矿坛优秀案例统计
2：匹配Rd模拟与数据分布
3：与3Rp的差别
4：差异原因介绍
5：听的究竟是基频还是载波
6：启发与后续改进
7：参考资料和使用工具。
0：3RP的由来
矿坛有RD=3RP之输出最高的精华帖，乃开坛先锋Mak1939先生所引进。
开坛先锋Mak1939将国外矿石收音机的春风吹到了内陆，并且将矿石收音机制作的热潮持续唤醒，是伟大的矿坛开拓者，让我们对Mak1939先生怀抱以最崇高的敬意。
但是Mak1939搬过来的国外的数据全部是正确而符合实际的吗？
这里提供一个小案例：
Mak1939在“Sound powered”一文中曾经有过这么一句：“改绕舌簧耳机的线圈变成高阻，舌簧耳机的可听灵敏度从0.13pW提升到了0.00028pW”（皮瓦，功率单位）。
这一篇文章从2007年输入到矿坛之后，引起过一阵改绕高阻的骚动。
改绕的过程轰轰荡荡，多数改造成高阻之后的人惊叹于改造完成的电流灵敏度之低和直接匹配之后的优良，但是就我少的浏览量来统计而言没有一个人系统的去测试和发帖过功率灵敏度是否有提升。
一直到2014年李清先生开拓性的用等音量法测试改绕后的SC2-300和原SC2-300这俩功率灵敏度没有变化之后，以及矿坛的仿T725和KPB系列阻抗变压器推出之后，改绕热潮才算停息。
那么很明显，对于功率灵敏度的提升叙述，这位老先生确实是有所遗误，更准确而言这是国外论坛的一次错误。
不否定Mak1939先生在矿坛带来的突出贡献，他的理论值得深入研究。
3Rp也是先生借着国外的春风带过来的[新消息]，在矿坛的体现就是[如何制作灵敏度最高的矿石收音机]
它是否正确呢？我想使用LC的鉴频曲线去直观的说明这一问题，我给予的回答是：Rd=3Rp正确，而又不正确。
1：矿坛优秀案例统计
在二极管的时代，3Rp通常很难做到，因为在二极管的时代是双端口检波器件，3Rp往往意味着极高的匹配阻抗和影响特别严重的副参（各种寄生电容对于效果对比而言是致命的），当然有一位先生已经快要达到这一条件了，这就是已经逝去的qg2007版主。他在实验二极管快要接近2RP-3RP的时候，给出了这样的结论：
“随着匹配上升，声音变得燥而变轻”
他将这一现象归功于他的副参可能控制不当，并且打算继续挑战更高的匹配，直到3Rp，但是这算得上是3Rp探究历史上一次光辉的实验，这算的上是一次很明确的在3Rp上实验出了一次不与3RP最大输出给出的模拟结论相适应的一次实验。
而面对3Rp结论，现在矿坛比较适用的场效应管可能会有更好的结论条件。
场效应管是一种三端口器件，就现在喜欢使用的3SK143系列而言，他的栅极电容是如此之小以至于不明显影响Q值，S线圈和G线圈则构成了一个降压变压器，在高频上去匹配3SK143低的Rd反射到高的Rp上，而小信号仍然是平方律检波。这样做的优点有以下：
1/对于高Q的线圈来说，3Rp变得容易匹配，因为只需要设置S线圈和G线圈的比例就可以调整反射Rd的大小，平方律检波也与3Rp的二极管等同，这样的话就可以控制变量。
2/对于后级电路来说是低阻抗低电压的状态，副参的影响变得较小，更接近理想情况。
例如：
匹配一个零栅压漏源电阻R(D-S)=2528.72Ω的3SK143-Q
（当然这只代表我测试的那只，详情直达链接）http://www.crystalradio.cn/forum ... &extra=page%3D1
在一个Q=1000，L=250uH，圈数=43T的R40C1材料线圈LC回路上
（在矿坛知识的积累下，已经不是不可能的事，甚至已经可以可控的实现）
去用该MOSFET实现1MHz的3Rp匹配，则：
Rp=2*π*Q*f*L=1.571MΩ
Rd=3Rp=4.713MΩ
S线圈匝数=43/((4713/2.52872)^0.5)=43/43.17≈1T
也就是S线圈只需要绕1圈就可以。
这个时候匹配之后的线圈Q等于
（3*1）/（3+1）*1000=750
如果考虑具有天线负载，那3Rp最后的Q=375
S线圈需要绕一圈半。
而这个计算数据是否正确呢？当我统计了所有的矿坛拥有的【优秀，加精】的MOSFET矿石收音机，它们通常都使用R40C1线圈和李兹线，线圈品质因素通常都不低，1000左右是可以实现的平均数，而电感量大致也在250μH，以匹配现在通用的360pF左右的可变电容。而3DQ制造的相当的稳定性也保证了Rd的稳定性。所以我们前面的假设都是基本正确的，至少就S线圈而言，如果3RP正确，那么计算的这1圈不会超过正负半圈，而1.5圈不会超过2圈。
而实际一般是多少圈呢？
3-4圈。
2：匹配Rd模拟与数据分布
我们可以去统计矿坛上，目前
【可靠的】
【接收效果比较好的】
【可靠信息来源】
【优秀加精】
【有电路图和具体参数】
的3DQ-磁环矿石收音机帖子，可以发现：
基本上所有的磁环3DQ矿石收音机，G线圈都是30到45圈，S线圈都是3到4圈。
匹配比大约在15～10变化。
而以3DQ计算，则：
最大匹配Rd阻抗为
15*15*2.52872=568.962kΩ
最低匹配Rd阻抗为
10*10*2.52872=252.872kΩ。
相对于我们前面假设的Rp=1.571MΩ
只匹配上了大约0.36～0.16Rp
如果计算入天线降半Q
那么只匹配上了大约0.72~0.32Rp
3：与3Rp的差别
这里我们就可以提出一个问题了: 为什么理论在高歌3Rp，而统计的结果就算是容易达到3Rp这一条件，实际匹配却远远没有3Rp呢？
当理论与实际产生的偏差的时候，统计学很明显更值得相信，实践是检验真理的唯一标准。
当我统计了这些帖子之后，对于这个S线圈的圈数，实验者们给出的答案是：
“圈数少了声音变轻，圈数大了声音不一定升高，反而降低和串台。”
4：差异原因介绍
我们与3RP和低Rp匹配时，我们明显影响的条件只有一个：负载LC回路的Q。
最终负载的Q会决定：
1/谐振频率上谐振电压，这是Q表的基础，谐振频率上的谐振电压和Q呈线性。
2/带宽，LC回路的-3dB所容许的通频带宽度，和中心频率比值的倒数就是Q，这是第二种方法测Q的原理。
-3dB的：
fL(下通带截止频率）
fo(谐振频率，也就是中心频率）
fH(上通带截止频率）
有如下关系：
fL*fH=fo*fo
Q=fo/(fH-fL)
当Q很高时，可近似认为
(fH-fo)/fo=(fo-fL)/fo
而这个带宽极其重要，因为：
带宽决定了这台机器在一个谐振频点上可以接收的频率范围。
5：听的究竟是基频还是载波
一个以1000kHz载波发射1kHz的80%调制电台(假设是某市市人民广播电台)，我们的矿石收音机通过调谐准确接收到了这个电台，G线圈电压=50mVp-p（AVER)的AM信号，对我们矿石收音机接受的频率进行傅里叶变换，可以拆分为：
999kHz，幅度=0.5*0.8*50=20mV
1000kHz，幅度=1*1*50=50mV
1001kHz，幅度=0.5*0.8*50=20mV
三者初始相位相同，您可以使用函数软件去观察这一现象，这可以合成一个很漂亮的AM波。
而我们需要听的1kHz频率，并不在1000kHz的基频里面，而是在这两个边带频率里面：
999kHz，下边带。
1001kHz，上边带。
如果不能理解这个问题，那就让我们试想：
1/现在接收到了这个电台，它在发射但是电台没有人在说话，那么边带频率就不存在，这个电台只会输出基频1000kHz。
2/现在这个电台的咪头正在录制一个1kHz的音频发射，那么这个电台不只会发射【等同的基频】，还会发射【上边带频率】和【下边带频率】，这个时候矿石收音机就可以输出人耳可听的频率。
而前后两个区别就是：
一个我们听到了声音，一个我们没有听到声音。
基频没有任何变化，变化的是边带频率。
所以矿石收音机对基频的重视性远低于对边带频率的重视性，因为我们需要的是最大音量，而不是最大基频直流功率输出。
基频在耳机里，体现的是0Hz。
在这里，我们使用变正态分布函数进行了q值的模拟：
其中：
两条黑色直线代表的是上边带截止频率fH和下边带截止频率fL，在中波里面，是:
fH=fo+4500Hz，fL=fo-4500Hz。
（每个中波电台的的带宽是9000Hz)
两条黑色直线中间的直线是基频fo。
两条黑色直线以外的区域是其他电台区域，那么我们可以看到这些选择曲线对应的特点是：
1/最矮的一条选频曲线，Q最低，代表着匹配失误或者本身线圈就品质不佳（比如使用PVC这种高损耗材料为线圈管。
它有如下几个优点：
整个电台频带的通过相对衰减性最好（保真度高）
制作容易（高Q远没有低Q来的容易）
他的缺点就是：
1：电台的声音不很响（他的频带通过相对衰减性是最好，但是他的绝对衰减是这几条曲线里面最严重的）。
2：对于电台以外频率衰减不够好，串台现象严重 。
2/而同样是棕黄色，一条比它更尖锐的曲线，就显示出了较好的带外抑制，串台现象大大降低，以及在整个通带上面比较好的通过性。
它拥有适当的负载Q和通带，他的声音要比上面叙述的一条要响多了，同时它的低频也更好（都是相对的）
3/紫色的曲线要比上面两个更尖锐，他的Q更高，但是紫色的曲线不仅大量排斥了带外频率，甚至已经开始阻隔带内频率，可以见到在带内的一些上边带和下边带上通过衰减性紫色曲线并不会比更它的曲线在音频高频上显得更好，而这会造成一个典型的现象：
高频声音变轻，也就是高频削减。
4/蓝色曲线是最奇葩的一条曲线，他拥有这四个选频曲线里面最高的Q，同时也拥有最强的电台频带内选择性。他的选择性可以好到连人声都能选择掉，这也就是声音彻底变轻的原因。
6：启发总结与后续改进
1/当你的线圈的本身质量就不高，以至于达到了3Rp时有负载Q仍然达不到可以选清电台的状态，那么3Rp就是最好的，甚至是更高匹配，这也就是我说他【对也不对】的原因。
2/当你的线圈的本身质量就很高，线圈空载的时候可以很轻松的就把带内语音边带给削掉，那么更应该考虑通频带，而不是3Rp获得更高的Q，否则Q太高连想要接收的电台语言频率边带都会被削减掉，声音不增反降，这是多么浪费的一种行为！
3/问题：难道Q增高？不是所有频带一起增高吗？
当然不是，高Q很明显的特点就是不混台，也就是别的电台被隔绝在了外面。但是【电台只不过是一群频率的集合，而谐振回路只看频率不看电台，谁说只会隔离其它的电台就不隔离你的电台边带呢？】
在矿石收音机的陷波回路里面，我们通常不要求Q太高，否则陷波回路的损耗通带过窄，一个电台滤不干净。
（当然我见到的唯一一个一个特例是“劳斯莱斯”矿石机的陷波回路，使用了高Q的线圈，并且制作了两个陷波回路，猜测是一个隔绝上边带一个隔绝下边带，用两个高Q不同频点获得更好的矩形系数，也就是隔离效果）
4/现象
在中波发射系统中，通常在发射环节不使用太高Q的器件，否则会导致边带阻隔的比中心频率更多，展现到最终发射的电波上面就是调制度会下降。
5/基频没有什么用，而且下边带和上边带信息相同，那么可以不可以不用基频发射呢？
当然可以，就可以省下大量功率，改善电磁环境，而且可以只发射一个边带，节约电磁波资源。就是单边带（SSB）通信。
但是由于前期AM普及太广，所以现在的大功率调幅商业台基本都是AM。
7：参考资料和使用工具
【耳机漫谈续篇…高灵敏度Sound Powered舌簧式耳机】Mak1939
【怎样制作高灵敏度的矿石收音机】Mak1939
【坛友优良作品展示】老矿友
看见函数 APP
补遗：
纯属吹水无趣，但是这解释了一个统计上和理论之间又有偏差的问题。现有的MOSFET已经可以通过文中所说的方法去很好的匹配Rp，我们听的是边带并不是基频。
3Rp在Q超过1000的中波线圈今天已经是捉襟见肘，现在已经可以随意搭配Rp去控制Q，从而去获得我们想要的效果。 | 
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发表于 2022-10-8 21:22:13
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