索尼中波王ICF-EX5 电路测绘/拆机

lyfly

感谢分享。感谢楼主

zjh889

好东西，俺见识了！

Edmon

MT4S301 发表于 2024-11-22 14:11
您用术语好专业 读起来挺舒服

我原以为厂机惜电如金，能用0.6mA的绝不用1mA。这还是第一次看见厂机R ...

感谢理解

关于噪声你的估计非常准确了，谐振阻抗次级看到大概1kOhm~4nV/rtHz. 这个是我的疏忽，这种情况下LNA做到2nV/rtHz就够了。索尼在这里似乎有点over design了。相比之下FM的前端电路简单的可笑，如此不平衡的设计实在难以理解，不知道作者是不是偏爱AM。

赛捷伦在哪儿进的货我不知，这个管子虽然停产但库存很多。不知道你有没有听说过Rochester Electronics这家公司, 很神奇，专卖各种停产/快要停产的元件，他家就有一百多万库存的k508：https://www.rocelec.com/part/01t4w00000POPJIAA5-2SK508T1BA
我没买过UTC的K508，不知道他能抄明白不能XD

至于衰减会降低Q，你说的也是对的，强台不在乎选择性。
但超外差的天线回路本来就不是为了选择性的，哪怕零衰减的时候，天线回路的有载Q也不能做的很高。这个是个两难，因为负载电阻是并联在电感上的，哪怕在600kHz把有载Q做到60（满足10kHz带宽），那么1600kHz的有载Q就只剩20多点了，带宽70kHz。
天线谐振回路两个最主要的功能：
1. 噪声：通过谐振升压降低对LNA的要求
2. 镜像抑制
对于强台，噪声无所谓，镜像抑制无所谓，那么Q也无所谓了。


磁棒天线的放大是我一直以来感兴趣的，因为这个不单单是低噪声的问题。线圈的大电感带来很多额外的困难。
1. 信号源本征阻抗只有毫欧级别（线圈的辐射电阻），然后线圈的电路大概几欧姆，所以整体的天线噪声是由线圈的热噪声主导。
2. 但是，迄今为止的收音机，凡是谐振的磁性天线回路都是用并联谐振的，为了降低有载Q值而并联上负载电阻。这种情况下反而是并联的负载电路成了噪声的主要来源。这也是限制便携收音机磁性天线灵敏度进一步提高的主要因素
3. 至于非谐振的磁棒天线，（各种的现代数字调谐收音机Sony 7600GR, DE 1103, PL660），想要使得LNA的噪声小于天线线圈几Ohm的热噪声，几乎是不可能的事情。单单低噪声电压容易，并联BJT很容易做到0.2nV，但因为线圈的高阻抗根本不能这么做，电流噪声就炸掉了。而并联FET想做到0.2nV又会有太大的输入电容

我后来终于想明白出路是什么：串联谐振再加上共射低噪声BJT放大。串联谐振降低信号源阻抗，使得总噪声不受BJT电流噪声的影响。同时在输入-反相输出端并联电路来降低到合适的阻抗（利用Miller effect），这样相比于直接接一个电阻能把输入阻抗的热噪声贡献抑制sqrt(A)倍，A是放大倍数。这似乎是唯一一个能把磁棒天线性能榨干的方法。我去年就说要写一个定量的对比这个方法和传统的并联谐振的噪声，一年过去了还没填坑XD，没把草稿纸上的计算打下来。


等我有机会拆SDS804 HD 一定告诉你。现在DIY真是太幸福了，一千多块的示波器就能有这样的性能。

Edmon

yanxinboy 发表于 2024-11-22 14:59
08年出差买了一个回来，后来过几年后就通电不响了，没时间玩。有人说是电容问题。 拆开看过一次，但是感觉 ...

刻度盘上两个螺丝，拧下来就可以取出度盘，然后再把可变电容轴上的螺丝拧下来。
总共三颗螺丝。
然后把磁棒天线和波段指示LED焊下来，电路主板和整个调谐机构就能分开
而且拉线不会受影响，装回去不用重新拉线。

MT4S301

Edmon 发表于 2024-11-23 02:37
感谢理解

关于噪声你的估计非常准确了，谐振阻抗次级看到大概1kOhm~4nV/rtHz. 这个是我的 ...

关于天线热噪声，我其实对电的物理本质一知半解。不太确定reactance谐振形成的高impedance是否具有高resistance的Johnson noise 也没精力扎进固态物理学中......

罗彻斯特早有耳闻，因为价格突破天际习惯将其完全忽视。形成思维定势没有料想厂家买得起（笑）

您提出的串联LC法十分有趣，但怀疑是否能向负载提供足够的电压（v=i *z，但z与谐振状态的串联LC并联了，几乎接近0？）

Resistive shunt-shunt feedback好像半年前捣鼓分离WB LNA时看论文说Rfb越大其噪声贡献越小，没理解。
隐约感觉磁棒LNA的噪声还是得逐项计算传输函数，从理论角度分析谁贡献主要噪声。但我不会

Edmon

MT4S301 发表于 2024-11-23 16:29
关于天线热噪声，我其实对电的物理本质一知半解。不太确定reactance谐振形成的高impedance是否具有高re ...

谐振形成的高阻抗是有等效的Johnson noise，这个不需要固体物理，简单的电路计算就能推出来。可以举个简单的例子：一个电感在某个频率F0的电抗XL=1kOhm，Q值100，那么电感的串联电阻Rs是10Ohm。这个10Ohm可以想象为一个noiseless电阻串联上电压为sqrt(4kTR)的电压源。如果给这个电感并联上一个理想电容使其在F0谐振，谐振Q还是100，电感两端的噪声电压因为谐振就是原来的100倍，i.e., 100*sqrt(4kTR) = sqrt(4kTR*100^2)，等效的就是这个回路的并联阻抗Q^2*Rs的Johnson noise.

串联LC法并不会降低源电压，如果天线感应到的电压是V0，那么串联谐振后电感和电容抵消，只要负载比电感的串联电阻Rs大几倍，V0就不会有太多损失。这样做最大的好处就是可以利用放大器的输入阻抗做负载而不引入相应的Johnson噪声。比如说一个低电压噪声的BJT common emitter放大器（2个2SC3601并联可以做到），Vn=0.12nV/rtHz，In=15 pA/rtHz, 输入阻抗可能有上百Ohm。这样接到串联的LC回路上，等效到天线端的噪声电压几乎就是0.12nV/rtHz 的噪声电压 和噪声电流贡献的In*Rs = 15pA*10Ohm的和，也就是0.2 nV/rtHz

我们可以估算一下这个噪声水平对应的灵敏度(20dB SNR)：E = V_n/H_eqv * sqrt(Bw) * SNR / m = 0.2 nV/rtHz / 0.01m * sqrt(10000Hz) * 10 / 0.3 = 67 uV/m， 其中V_n是等效到天线端的噪声电压，H_eqv是天线等效高度（20cm的磁棒最高能做到0.01m就不错了），Bw是信号带宽，SNR是信噪比的线性值，m是调制系数。可见如此条件下，还是有可能把便携收音机的灵敏度做到优于0.1mV/m的。从前的老收音机的灵敏度没几个是正经20dB SNR下的，给人一种0.1mV/m的灵敏度很容易的错觉。

过年的时候我一定抽空把磁棒天线各种放大方式的噪声计算发出来。反直觉的一点是谐振+FET其实是噪声最大的一种方式，主要原因倒不是FET，而是没法利用放大器固有的输入阻抗来降低回路Q值，必须外部并联上的输入电阻会引入更多的热噪声。




我倒是不信赛捷伦会从Rochester买元件，只是想说如果要买，他家有很多。对于个人小批量买（几个几十个的），Rochester的价格一般比mouser/digikey好不少。我是难以想象厂家到底用的什么神仙供货渠道，ADC12D1000 1ku的官方报价$700, 赛捷伦一个$300不到的示波器都舍得往里面塞两片再加一个$200的FPGA

aihao

请问下2sc4183能用国产合科泰的3356代替么？

MT4S301

Edmon 发表于 2024-11-24 05:25
谐振形成的高阻抗是有等效的Johnson noise，这个不需要固体物理，简单的电路计算就能推出来。可以举个简 ...

感谢长篇理论，改天往脑子里喷wd40慢慢看

longshort

Edmon 发表于 2024-11-24 05:25
谐振形成的高阻抗是有等效的Johnson noise，这个不需要固体物理，简单的电路计算就能推出来。可以举个简 ...

... ...i.e., 100*sqrt(4kTR) = sqrt(4kTR*100^2)，... ...

不好意思，這個等式有點不太理解。左邊是1Hz帶寬下經Q放大的噪聲電壓，右邊則成了10KHz帶寬下的等效噪聲電壓？或者說經過Q倍乘后的通帶被展寬了？
很抱歉提這樣的問題。

MT4S301

aihao 发表于 2024-11-24 11:53
请问下2sc4183能用国产合科泰的3356代替么？

可以，完全没问题的

MT4S301

读楼主介绍称此机是【中波王】，又看楼主的拆解报告里FM放大器如此简陋，
是否可以改装FM放大器电路，让此机的FM更上一层楼呢？

例如本人一直设想从未实践的J309共栅方案：
FM_JFET_COMMON_GATE.png (20.9 KB, 下载次数: 0)

2024-11-24 15:45 上传

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用75欧自偏置J309大约有13mS跨导，共栅输入阻抗几乎便是75欧；
电压放大倍数很低，想优化可能要folded cascode漏极
最看重其实是FET的低imd3特性，老摩托骡拉datasheet里专门一页纸显摆J309共栅的三次互调有多低

aihao

MT4S301 发表于 2024-11-24 15:04
可以，完全没问题的

这里的中波场管放大器，请教一下。场管放大器，见过初级直接接入共源的；次级接入的共源；还见过源随输出的。如果单独做中波天线，那种电路好呢？
曾经做过索尼7600的那个放大器，类似德生PL-990的放大器，就是2934那个场管电路，其实就是高阻输入的源随，实际用的是UTC的k508，电流27ma，用在saf7751收音机上，信噪比感觉好一点点……，信号强度基本没有改变，效果不明显。

Edmon

longshort 发表于 2024-11-24 14:57
不好意思，這個等式有點不太理解。左邊是1Hz帶寬下經Q放大的噪聲電壓，右邊則成了10KHz帶寬下的等效噪 ...

抱歉这个我没说清楚，两边都是噪声密度，这个式子说的是谐振电路的电压放大效应：一个电压源V，串联一个L，R和C，那么在谐振频率电感或者电容两端的电压就是V的Q倍。具体在这里，比如说天线的热噪声是0.3nV/rtHz~6Ohm，回路Q是100，那么电感两端的噪声电压就是0.3*100 = 30 nV/rtHz。这个等效的就是谐振时从电感两端看上去的回路阻抗产生的热噪声，也就是6Ohm*Q^2 = 60 kOhm的热噪声。

MT4S301

aihao 发表于 2024-11-24 17:14
这里的中波场管放大器，请教一下。场管放大器，见过初级直接接入共源的；次级接入的共源；还见过源随输出 ...

源极跟随高放只有阻抗变换作用，电压增益必定低于1倍。
但分离JFETR都是旧工艺，gm/Ids太低。想用低压供电+漏极电阻负载获得高倍电压放大（>10）极困难。
非调谐可以用PNP做折叠共基，或有源负载+工作点伺服破局；
有多联变容可在漏极搞LC调谐负载走出gm/Ids困境。

Edmon

aihao 发表于 2024-11-24 17:14
这里的中波场管放大器，请教一下。场管放大器，见过初级直接接入共源的；次级接入的共源；还见过源随输出 ...

想要有提升，我们先得分析一下弄明白当前性能的局限在哪里。让我们先来估计一下SAF7751的输入噪声

手册上说短波26dB SNR (Bw=2kHz, m=30%) 的灵敏度是32dBuV也就是40uV, 对应的噪声电压是40uV/SNR = 2 uV，除以sqrt(Bw)乘以调制系数m得到噪声密度2uV/sqrt(2000Hz) *30%= 13 nV/rtHz. 由此可见，还是有很大改善的余地的，我们知道一个高输入阻抗的1nV/rtHz的放大器是比较容易实现的。

一个工作在27mA的小信号JFET是差不多会有1nV/rtHz的输入噪声的，那么为什么您制作的放大器没有效果呢？这就涉及到级联电路的噪声系数的计算。



因为您制作的是一个跟随器，电压放大倍数G1接近于1，那么这个级联的总噪声几乎是由后一级决定的，也就是SAF7751的13nV/rtHz再加上跟随器额外的噪声，所以加上之后信噪比理论上也不会有效果，反而会有~1%的劣化。又因为放大倍数~1，那么信号强度也不会怎么变。

那么这里的出路就是要在保持第一级1nV/rtHz的噪声的同时，提高第一级的放大倍数。SAF7751的噪声贡献会被压低G1倍，G1是前置放大器的放大倍数。所以我们至少要有20倍的放大才能使总的表现是有前置放大器主导。歪打正着，EX5的这个cascode就完美符合你的要求，既有良好的噪声，又能提供~20倍的放大。需要做的改变就是cascode的负载不能像EX5这样用LCR的并联，而要换成单个的300Ohm电阻，因为听起来你是要做短波的宽带放大。300Ohm乘上29mmho的跨导，差不多就是10倍。这样一来，整机的噪声就差多是第一级的1nV/rtHz的1.5倍，灵敏度是原来的十倍，信号强度是原来的20倍。当然附带的问题是电源电压要提高，因为300Ohm的电阻加上20mA的工作电流压降太大了，6V的电源不够用。