高灵敏度不用天地线3DQ矿机的实验

lq19512003

    自从制作了不用天地线的3DQ检波矿机后就体会到MOS管检波的好处了，其最大的特点就是灵敏度高，用典型的MOS管检波电路配上200mm的磁棒和270股李兹线制作的高Q线圈，在我位于北京北部远郊区的家中，不用天地线白天就可以收到639KHz的中国之声，声音还不小呢，有时还能收到另一个弱台。据资料显示，639KHz的中国之声的发射天线位于北京西南远郊区的房山，距昌平我家有一百多公里了。南京的网友一草亭也制作了相同的机器，在南京市区不用天地线也能收到好几个台，可见用MOS管3DQ检波的矿机性能很好。

     前几天在家中调试3DQ矿机，偶发灵感，找到了一个提高MOS管检波矿机灵敏度的途径，现介绍如下。

制约MOS管检波灵敏度的原因分析：     
    如下 图所示典型的MOS管检波电路有两个输入端，一端是MOS管的栅极，是检波的控制端，输入阻抗极高，对调谐回路没有太大的影响。另一端是MOS管的源极，是检波的能量获取端，输入阻抗很低，这端通过L2从调谐回路中获取检波的能量，使检波能够输出推动耳机的能量。正是由于这端输入阻抗很低，L2才只能又很少的匝数并且还要远离调谐回路，以免严重影响调谐回路的Q值（这一点与晶体管收音机中管子基极与调谐回路耦合时由于晶体管输入阻抗很低，基极线圈匝数必须很少的道理是完全一样的）。
  


      从下面的试验中就可以看到匝数已经很少了的L2即使是远离调谐回路仍然对调谐回路有着多么严重的影响。
测试电路如下图，但是L1绕60匝，L2绕5匝，用0.04X270股李兹线，骨架是30mL注射器管，插入3只10X200mm中短波磁棒：

  

       高频信号发生器输出639KHz调幅信号到单环天线，调幅参数：1000Hz音频，调幅度30%。单环天线中心到磁棒中心约500mm。使用超高频毫伏表通过2.2pF和12pF电容组成的分压器测量调谐回路两端的信号电压。

测试现场：


2.2pF和12pF组成的分压器：
  

3DQ正常连接时：


分压器输出高频电压3.4mV：


断开L2，3DQ源极接地：


分压器输出高频电压大于7.3mV:
  

从上面的照片中可以看出：
       当L1 L2的间距为45mm时，毫伏表测得分压器输出的信号电压是3.4mV。
       将L2断开，3DQ源极直接接地，去掉了源极通过L2对调谐回路的影响后，毫伏表测到的信号电压大于7.3mV。
       可以计算出断开L2时电容分压器输出的高频电压是有L2时的 7.3/3.4 =2.15倍，调谐回路的输出电压与有载Q值成正比，所以去掉L2的影响后调谐回路的有载Q值是原来的2.15倍！因此MOS管  源极电路的低输入阻抗通过L2影响调谐回路的有载Q值是制约灵敏度提高的重要原因。

提高灵敏度的方法及原理：
     MOS管要正常工作就要通过L2从调谐回路中获取能量，否则检波器将无法工作。我们总是想要检波器输出的能量大些，这就需要L2与调谐回路耦合的紧些，以便能从调谐回路多获取些能量，但是这样做的结果往往适得其反，获取的能量越多调谐回路的有载Q值越低，调谐回路能提供的能量就越少，因此L2的耦合程度有一个最佳值，达到这一值时检波器输出的能量达到最大值，这时无论耦合变紧或是变松，输出能量都将下降。
    那么有没有办法提高检波器输出的能量了？偶然的灵感让我想到了一个方法提高了检波效率，使L2从调谐回路中获取的能量基本不变的情况下检波器的输出能量得以提高，从而提高了接收灵敏度。
    从MOS管的工作原理中可知：3DQ这种N沟道耗尽型MOS管，在小信号时如果栅极正电压越高管子的导电沟道就越宽，沟道电阻就越小，反之，加到栅极负电压越负，导电沟道就越窄，沟道电阻就越大，直到导电沟道被夹断而消失。
    在MOS管检波时管子的源极与漏极就相当于一只二极管，这只二极管是导通还是截止就要看栅极信号的情况了，当栅极加上正栅压时导电沟道存在，这就相当于二极管正向导通，反之，当栅极加上负栅压时，导电沟道就减小或消失，这就相当于二极管反向截止。如果正栅压越高沟道电阻越小就相当于二极管的正向电阻越小，反之负栅压越负导电沟道就越窄直至消失，这就相当于二极管反向电阻越大。我们都知道二极管正向电阻越小越好，反向电阻越大越好，正反向电阻的差别越大检波的效果越好，检波的效率越高，所以MOS管的栅极信号电压越高才能在管子导通时得到更小的沟道电阻，在截止时得到更大的沟道电阻，从而得到更好的检波效果，得到更高的检波效率。
从前面的测试中我们知道由于L2从调谐回路中获取能量使调谐回路输出到MOS管栅极的信号电压较低，那么有没有既不影响L2 从调谐回路中获取能量，又能提高加到MOS管栅极的信号电压呢？
办法是有的，其实也很简单，只要再加一个调谐回路单独给MOS管栅极提供信号即可，这个新增加的调谐回路要距原来的调谐回路足够远，避免与原来的调谐回路发生耦合，还要与原来的调谐回路同步调谐。电路如下：
  

      增加了MOS管栅极调谐回路后L2仍从原来的调谐回路获取能量，获取的能量基本上没有多少变化，但是由于没有了L2的影响，栅极从增加的调谐回路中获得的信号电压是原来的两倍多，从而提高了检波的效率使检波其输出能量变大，从而提高了接收灵敏度。

实际制作与收听效果：
    按照这一电路制作了矿机，为了避免两个调谐回路发生耦合，两磁棒线圈距离是320mm，中波最短的波长也有180多米，远长于两磁棒线圈之间320mm的距离，因此两磁棒线圈收到的无线电信号的相位差极小，不会影响检波的导通角。
两调谐回路的线圈用0.04X270线在30ml 注射器管上绕55匝，L2用同样的线绕5匝，每只线圈内插3只10X200mm中短波磁棒，测量Q值如下：
L3的Q测量：
  

Q值=700：
  

L1的Q值测量：
  

Q=780：
  

      原打算用照片中这只抽头线圈作L3，后来感到用抽头不方便，实际制作时L3使用的是另一只重新绕制的同样匝数的不抽头的线圈。
为了防止双联等金属器件影响高Q线圈的Q值，两个调谐回路的高Q线圈用有机玻璃棒架高远离金属器件。
可变电容是360pF铜片双联。

组装好的矿机：
  

  

      为了便于统调，微调电容只能安装在有载Q值较低的源极调谐回路上。
两个调谐回路线圈的电感应尽量一致，由于磁棒的导磁率有较大的离散性，故线圈绕好后要测一下电感量，如电感量稍有不同可调整线圈在磁棒上的位置使之一样，否则要将电感量大的线圈拆掉几圈。统调时先在频率低端收一强台，在调整线圈在磁棒上的位置是声音最大，在找高端的一台，调整微调电容使之声音最大，然后仔细反复进行这两项调整，直至效果最好，如果发现频率的高低端不能兼顾就是双联的两联误差太大，换双联或是通过调整双联动片两边的花片试试。
统调后接收灵敏度比原来的MOS管矿机高了很多，同是用一只大罐头耳机，在昌平原来的机子白天一般只能收到一个强台，有时还能收到一个弱台，而这台机子白天能收到3个台，晚上效果更好，原来的机子晚上能收到两、三个台，这个机子则能收到6个台，12月23日晚9点收到了639KHz中国之声、1026KHz北京城市管理台、1251KHz中国国际广播电台、1332KHz的一个台、1548KHz山东的一个电台和1585KHz的一个电台。
    更有意思的是另一个接收试验：从电路图中可以看出如果把L2从L3磁棒上取下套到L1磁棒上就成了典型的MOS管检波矿机电路，此时调到一个弱台后在旋转机器的方向使弱台听不见了，这时不改变机器的方位再把L2套回L3磁棒上，弱台又能听到了。这就证明了这个电路比典型电路灵敏度高。
    这个电路以上试验中的良好表现只是我在北京昌平信号弱的环境下实验时的表现，在强信号下这个电路的表现如何我没试验过也就不得而知了。

这一电路存在的缺点：
      这一点路虽然灵敏度很高电路也很简单，但是存在着一个缺点，就是制作、统调比较难，原因就是调谐回路的有载Q值很高造成的，真是“成也萧何败也萧何”呀！因为调谐回路有载Q值高，才获得了高灵敏度，但是高有载Q值使得调谐回路谐振点很尖锐，虽然因此选择性也提高了，但是两个调谐回路的接收频率全程范围内达到完全跟踪不太容易做到，谐振参数稍有误差，两个回路的谐振点就不重叠了，如果Q值低，即使两个回路的谐振频率稍有不同，但是通带宽，信号还是能分别通过这两个调谐回路，Q值高通带窄就会发生信号只能通过一个回路而通不过另一个回路，产生这一问题完全取决于双联可变电容的质量，要求双联的两联在调谐的全程的各个角度是容量的误差不能太大，否则就很难做到统调。我的360P铜双联共有两只，开始用的是另一只，统调总也做不好，一测才知道那只双联误差太大，有的角度容量差几十P，换了这只好多了。
     如果统调不好这个电路的灵敏度反而不如典型的电路，如果两个调谐回路谐振频率相差较远甚至会收不到信号。
     大家有兴趣可以试试。

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感谢两位版主加分支持！

abcymda

学习了！
字数补丁V10.0

wangkeqin

不错，又一精品。

L.D.XIONG

江村一树

非常感人的实验，且有较大的突破。您和梁老师一起为矿友们树立了榜样，这里致敬了！

et23v

真正做到在弱信号下不用电源和天地线矿机是几年来技术的最大突破.

et23v

用上高Q磁环还能缩小本机体积具有很强的实用性!

bd3sz

回复 1# lq19512003


   效率高的矿石机不用天地线可以收到信号，只要有1米长的一段电线就可以啦！

lq19512003

回复 3# abcymda


谢谢您的关注！

lq19512003

回复 4# wangkeqin
多谢您的关注！

lq19512003

回复 5# L.D.XIONG


   多谢梁兄加分鼓励！

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回复 6# 江村一树


   您过奖了！这个电路再强信号环境下的效果如何还没试验过，有待验证。您有兴趣就共同探讨吧。

lq19512003

回复 7# et23v

多谢您加分鼓励！这个电路还有待进一步实验！您也一起探讨吧。

lq19512003

多谢小许老师加分鼓励！