本文从荷兰 Dick kleijer 先生的网站里翻译（ http://www.crystal-radio.eu/index.html ）
原文在这个网页：http://www.crystal-radio.eu/engev.htm
怎样制作高灵敏度的矿石收音机
这篇文章介绍一些设计高灵敏度矿石收音机的资料。
电路图之一
这是我们设计使弱信号得到最高灵敏度的矿石机原理图。它可以是双回路收音机的检波电路，也可以是环形天线的收音机。
图中的 Rp 代表在线圈 L 和可变电容器 C1 里面的损失
电路图之二
如果天线通过一个匹配网络（在这个例子里是 C2）连接到 LC 电路，将会降低电路的品质因数 Q 。当与天线达到最佳匹配的时候，Q 值将会是 L 和 C1 无负载 Q 的一半。为了计算最高灵敏度：以无负载 Q 等于原始数值一半的 LC 电路（图右）置换 LC 电路 + 天线（图左）。线圈数值不变。
如果从 LC 检波器到负载（扬声器）得到最大功率传输，你就得到最高的灵敏度。
LC 电路有一个确定的并联电阻 Rp，这不是真正的电阻器，而是线圈和可变电容损失所造成的有效电阻。
如果知道检波器电路的品质因数 Q （参考 http://www.crystal-radio.eu/enlckring.htm#q）和电感 L，我们可以用下列公式计算 Rp ：
RP = 2.pi.f.L.Q （Ω）
公式中：
pi = 3.14
f = 频率（Hz）
L = 检波器线圈的电感（H）
Q = 无负载 LC 电路的品质因数
RP 的数值与频率有关。实际上我们采用在中间频率的 RP 数值。在中波段用 1 MHz 的 RP 数值。
从 LC 电路到负载的最大功率传输
如果负载电阻 RL 直接地连接在 LC 电路两端，那就很简单：RL = RP 的时候，得到最大功率传输。这时 LC 电路的负载 Q 值等于无负载 Q 值的一半。
但是我们一定要在 LC 电路和负载 RL 之间有一个二极管为高频信号检波。在以下的论述中我们都假设在 LC 电路中高频信号是没有调制的，因此二极管输出的是直流电压。
在强信号中的最高灵敏度
当很强的信号施加在 LC 电路两端的时候，二极管工作在线性检波区域（参考 http://www.crystal-radio.eu/endiodes.htm#lin）。
如果输入电压足够高，和整流功率比较二极管只有很少的功率损耗。在计算中我假定强信号在二极管中完全没有损失。虽然实际上这是不可能的，但是它可以使计算简化。
如果二极管没有损失，负载电阻两端的直流电压将会等于高频信号的峰值电压。这个峰值电压是输入信号均方根值（RMS）的 1.41 倍。
在这种情况下，如果 RL = 2 X RP ，将会得到最大的功率传输。这时 LC 电路的负载 Q 值等于无负载 Q 值的一半。
无论如何，最高灵敏度对于强信号不是很重要的课题，因为输出功率已经高达足够收听的程度。我们最好为弱信号设计灵敏度最高的收音机。
在弱信号中的最高灵敏度
在接收很微弱的信号时，二极管工作在平方律检波区域（参考 http://www.crystal-radio.eu/endiodes.htm#kwadr）。
这是在低信号电平带有等效电路的二极管电路：
二极管的输入端表现为一个与 LC 电路并联的电阻 RD。二极管的输出端像一个串联着电阻 RD 的直流电压源。当 RL = RD 的时候，从直流电压源到负载 RL 得到最大功率传输。
在平方律检波区域，检波的直流电压是高频输入电压的平方；在负载电阻的功率是检波直流电压的平方。换句话说，在负载电阻的功率是 LC 电路两端电压所产生功率的4 倍。因此，使 LC 电路两端的电压尽可能高是非常重要的。为了达到这个目的，必须使有负载的 LC 电路的阻抗尽可能高。
如果我们使所有的阻抗都相等，即 RL = RD = RP，则 LC 电路的负载 Q 值将会等于无负载 Q 值的 0.5 倍。于是 LC 电路两端的电压也是无负载电压的 0.5 倍。输出电压等于 0.5 的 4 次方： 0.5^4 = 0.0625 。
如果我们无论如何使 RD 和 RL 提高 3 倍，即 RL = RD = 3 X RP，则 LC 电路的负载 Q 值将会等于无负载 Q 值的 0.75 倍。于是 LC 电路两端的电压也是无负载电压的 0.75 倍。输出电压等于 0.5 的 4 次方再除以 3 ： 0.75^4 / 3 = 0.3164 / 3 = 0.1055 。除以 3 是因为现在负载电阻高了 3 倍。
和 RL = RD = RP 的情况比较，我们得到 0.1055/ 0.0625 = 1.6875 倍的输出功率，而且负载 Q 值也提升 1.5 倍，因此收音机得到更好的选择性。
在的 Excel 文件 diode.xls 里（可在网页 http://www.crystal-radio.eu/diode.xls下载），输出功率用很多不同数值的 RD 和 RL 计算，最终表明 RL = RD = 3 X RP 是灵敏度最高的组合。
结论：对于微弱信号，如果RL = RD = 3 X RP ，从 LC 电路到负载有最大的功率传输，因此收音机有最高的灵敏度。负载 Q 值是无负载 Q 值的 0.75 倍。
提高电路的 Q 值
提高 LC 电路的无负载 Q 值，将会使 LC 电路的阻抗更高。因此 LC 电路两端的电压将会提高，二极管将能够更有效地工作，使输出功率提升。
有关提高 Q 值的资料，请参考网页 http://www.crystal-radio.eu/enlctest.htm 。使用无负载 Q 值超过 1000 的 LC 电路，可以制作非常好的矿石收音机。高 Q 值也给收音机良好的选择性。
增加线圈的电感
增加线圈的电感（μH 数值）可以提高 LC 电路的阻抗，但是更大的电感也会使电路的 Q 值降低，使提高阻抗的效果打折扣。而且较低的 Q 值当然导致较差的选择性。实用的中波收音机电感数值是 200 - 300 μH 。
二极管的选择
如果知道二极管的电阻 RD，我们可以用公式计算二极管的 “饱和电流”（ saturation current，即 Is 数值）：
Is = 0.000086171 X n X TK / RD
在此式中：
Is = 二极管的饱和电流，以 A 为单位
n = 二极管的理想因数，如果不知道它的数值，可以取 n = 1.08
TK = 绝对温度（等于摄氏温度加 273）
RD = 二极管的电阻，以 Ω 为单位
然后寻找接近所计算 Is 数值的二极管，或者并联几个低 Is 的二极管以求达到所需的匹配数值。关于二极管的资料，可参考网页 http://www.crystal-radio.eu/endiodes.htm 。
二极管连接在线圈的抽头上
如果二极管连接在线圈的顶端，而且 RL = RD = 3 X RP，必然可以得到最好的灵敏度。但是，负载电阻 RL 不一定足够大。如果我们没有办法得到足够高阻抗的负载（音频变压器），LC 电路的负载将会太沉重，使 Q 值下降。为了防止这种情况出现，可以把二极管连接在线圈某一个地方的抽头上，而不是在线圈顶端。这样负载电路的 Q 值将会提高。
在线圈抽头连接二极管对于输出功率的影响，可以用这个计算软件计算：http://www.crystal-radio.eu/engev.htm#calculator
音频变压器
当你制作一台高 Q 值收音机的时候，负载电阻必须非常高，可能需要达到兆欧级。在这种情况下又需要一个变压器把这种高阻抗降低到所用扬声器的低阻抗。高阻抗变压器很难找到，可以自己制造。例如我制造的 2 号变压器：http://www.crystal-radio.eu/entrafounit2.htm
实际上高输入阻抗的变压器，它们的效率和频带宽度都会下降。
扬声器
当然，我们要用灵敏度尽可能高的扬声器。
请参考这个网页：http://www.crystal-radio.eu/enluidsprekertest.htm
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发表于 2008-1-7 15:55:35
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发表于 2014-10-23 00:49:24
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