翻译 Mr. Ben H. Tongue 的文章#19

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“迷”矿石机是如何工作的

内容速览：在1932年，澳大利亚布里斯班的《星期日邮报》发布了名为“迷矿石机套件(Mystery Crystal Set)”的矿石机计划。名称中的“迷”字来自于这样一个事实，即在原理图中，天线电流看起来无法流向地线。2000年3月19日，澳大利亚Historical Radio Societ的Southeast Queensland Group在澳大利亚马拉尼举办了“矿石机比赛”，参赛者Ray Creighton在比赛中使用了这一设计。他的作品获得了一个项目的一等奖和另一个项目的三等奖。从雅虎网站“The crystal set radio club”上发布的许多留言可以看出，这种设计最近在美国很流行。2000年6月6日，我在第2172和2173条留言中对我认为的“迷”矿石机的工作原理作了如下解释：

　　分析中的两个假设：两个线圈绕组之间的分布电容可以用一个连接在两个绕组中心的集总电容 Cc 来表示，见Fig. B。另一个是初级和次级绕组之间的磁耦合非常强。对于变压器的双线绕组来说，只要电容耦合不太强，这一假设就接近实际情况。双线部分与末端绕组之间的磁耦合不如双线部分之间的磁耦合紧密，这并不影响分析的有效性。
　　请记住，在单耦合变压器中，任何绕组上的电压与任何其他绕组上的电压之比，都与每个绕组的圈数成正比。这也适用于绕组的某一部分(只使用该部分的圈数即可)。
　　图A至图E显示了电感电路在做以下简化过程中的各种变化。
使用Broad无接地天线连接的“迷”矿石机的简化和缩略电路
　　“迷”矿石机的物理电路如Fig.1所示，天线连接到初级的非接地侧。绕组上的黑点表示每个绕组的起点，假定两个绕组的绕线方向相同。
　　Fig.2显示了两个绕组之间的耦合电容Cc。Cc表示两个分布电容的并联组合：一个是由双线绕组初级线圈和次级线圈的导线绝缘介质形成的。另一个也是在初级线圈和次级线圈之间，但在这种情况下，有三个绝缘介质串联在一起。它们是：(1) 绝缘层的介质，指与线圈骨架接触的初级绕组；(2) 初级绕组和次级绕组之间线圈骨架的绝缘介质；(3) 次级绕组与线圈骨架接触的绝缘介质。Cc与天线和地线构成串联电路。
　　Fig.3显示Cc换了一个位置，移动到了天线上，性能不会因此而改变。
　　如Fig.4所示，次级的上端引线和下端引线(从中心开始各绕12.5圈)连接到初级的对应点(从中心开始向上和向下各绕12.5圈)。由于连接在一起的点上有相同的交流电压，因此不会有电流流过它们的连接处，电路运行也不会受到干扰。
　　Fig.5显示了Fig.4连接方式的等效电路。由于假定绕组的各部分相互之间是单耦合，因此，如果按Fig.6 (译注：Fig.6中没有C1，应为C2替换Fig.5中的C1。) 所示连接调谐电容C1，只要适当改变C1的值，性能就不会改变。C1连接在50圈的电感上，C2连接在37.5圈的电感上。单耦合1:1变压器的电感量与圈数的平方成正比。C2跨接的圈数是C1跨接圈数的3/4，因此C2跨接的电感是C1跨接电感的9/16。C2必须从C1的值增加到C1的16/9，电路才能与变换前一样工作。Fig.6中线圈的底部可以去掉，因为没有任何东西与之相连。
　　最终得到的等效电路如Fig.7所示。我们在Fig.7看到的是一个传统的矿石机电路，天线-地线组件直接跨接在整个调谐回路上，由电容器 Cc 提供与天线负载电阻的隔离。检波器负载接在调谐回路电压的2/3抽头处，以减少其对调谐电路的电阻负载效应，这就是非接地Broad天线的连接方式。
使用Selective接地连接的“迷”矿石机的简化和缩略电路
　　Fig.8至Fig.14展示了该电路的简化和缩略过程，其进行方式与Broad无接地天线连接类似。现在请看Fig.14。Cc的值与Fig.7相同，C3必须比C2大一些，电路才能正常工作。天线-地线组件和Cc现在只连接到调谐回路的1/3处，而不是整个调谐回路。检波器负载仍接在调谐回路电压的2/3抽头处。这就是天线连接Selective接地。
绕组的双线部分之间的磁耦合系数可能是多少？
　　想象将线圈的双股线从线圈骨架上展开，但两根导线仍处于相同的相对位置, 把它们伸展开来。一根导线的两端是变压器一个绕组的端子，另一根导线的两端是另一个绕组的端子。现在你有两根平行导线，间距很小，有几十英尺长。它们之间的间距(从电线绝缘层算起)大概是0.005英吋。
　　显而易见，无论怎样处理导线，它们之间的磁耦合都不会太大(没有铁氧体磁芯)。不过，当双股线绕在骨架上时，磁耦合可能会变得更大。原因是每根次级导线的一侧放置一根初级导线，反之亦然，与拉伸导线相比，绕组能提供更多的磁耦合。
　　下面是一种确定双线绕组耦合系数的方法：
　　制作一个双线并绕线圈，其电感量与标准“迷”矿石机的双线绕组大致相同，计算电感量为57uH。我用了手中最大规格的双股线，是由MWS Wire制造的，用两根#30绝缘线粘在一起，截面尺寸为0.012 x 0.024英吋。由于没有原始“迷”矿石机中所用的3英吋直径的线圈，因此在现有的3 1/2英吋线圈骨架上绕了20圈。因为导线尺寸较小，绕线长度只有0.475英吋。这比原始“迷”矿石机中的导线要小得多，但这是我仅有的导线。线圈的引线仍然是双股的，两端长10英吋。
　　然后使用Q表进行了几次谐振测量。第一次是将一个绕组连接到Q表的电感端子，另一个绕组开路(Loc)， 频率范围是0.515至2.36MHz。同时记录了Q表的电容读数。另一次是将同一绕组仍连接到Q表的电感端子，但另一绕组短路(Lsc)，频率范围是3.0至11.0MHz。同样，也记录了的Q表电容读数。在极限频率下，这些读数会因两个绕组之间存在分布电容(本例中为1020pF)而失实。传统的“迷”矿石机绕组之间的电容要小得多，因为导线上的绝缘层要厚得多。
　　注：绕组之间的电容无法通过Q表在射频条件下确定。可以用工作频率为1kHz的RLC电桥或具有电容测量功能的DVM(数字电压表,工作频率为1kHz左右)进行测量。
　　在0.515至1.71MHz的频率范围内，Loc的计算值为66.5±2.5uH。在3至7MHz的频率范围内，Lsc的计算值为2.01±0.06uH。根据推导，两个相同的磁耦合电感器之间的耦合系数关系如下：k = √(1-Lsc/Loc )计算得出的两个双线绕组之间的耦合系数为0.984，我认为这一数值非常接近单耦合。
　　将双股线重新间绕在相同的骨架上，绕线宽度为1英吋。耦合系数为0.966，分布电容为895pF。然后在直径为1.5英吋的聚丙烯骨架上用同一根导线绕出另一个线圈，绕组间绕，绕线宽度为1.5英吋。耦合系数为0.983，分布电容为945pF。
　　当然，不建议在“迷”矿石机中使用工厂制造的绞合双股线。通常情况下，用两根独立的绝缘线密绕，与使用绞合线相比，实际分布电容要小得多。
结论
　　“迷”矿石机的妙处在于它提供了一个天线去耦电容器Cc (由双股线绕组之间的分布电容构成)，以及将其连接到调谐回路的两个不同点的影响，所有这一切都不需要在电感器上抽头或连接物理电容器。此外，二极管实际上连接在调谐回路的1/3处，从而提高了选择性。这种布局的唯一缺点是Cc的Q值可能相对较低，会造成一些损耗。
　　使用Broad天线连接时，天线-地线组件通过Cc跨接在整个调谐回路两端。这种布局将调谐回路置于相对较大的天线电阻负载状态。加载的结果是选择性降低，但信号强度比Selective连接更强，见Fig.7。
　　使用Selective天线连接时，天线-地线组件通过Cc连接，仅跨接调谐回路线圈1/3的匝数。与“Broad”连接的负载相比，这导致了调谐回路上天线电阻负载减少了约1/9，见Fig.14。负载的减少增加了负载电路的Q值，从而提高了选择性。空载Q值与有载Q值的比值减小，因此降低了灵敏度。
　　在实际应用中，双线绕组的初级与次级之间的漏感非常低。在漏感不为零的范围内，初级绕组并绕以外部分与双线并绕25匝部分之间的漏感，可以被认为是与Fig.7中的C2串联的附加漏感，并且与Fig.14中的C3串联。与没有漏感相比，漏感的主要作用是在一定程度上降低了可调谐的最高频率。在调谐范围的低端将有少量扩展。

文章#19 发布时间：2001-08-11；最新修订：2002-12-29
原文网址 https://kearman.com/bentongue/xtalset/19mstry/19mstry.html

KDX

很有参考价值的文章，扩展了我们的视野，得慢慢的细看！