矿石收音机为什么要用高阻抗耳机

husk2012

一台矿石收音机，耳机是最重要器件之一，为了获得较好的的效果，矿石收音机要用高阻抗耳机。对于初学者而言，往往不甚了解为什么会如此呢？下面我来简单的用等效电路说明。这里仅仅定性而不定量的说明，因为定量分析很繁琐，初学者很难搞懂，而定性的说，则比较容易理解，便于入门的。
下面是一个典型矿石收音机极其等效电路

一，矿石收音机的工作过程：
甲，检波前
    图甲是一个典型的矿石收音机电路，空中的各种电磁波都会在天线A上感应出相应的高频信号，这些感应信号经输入回路的初级线圈L1到地面，于是在次级线圈L2中感应出相应的信号，线圈L2与可变电容C1是并联的，它们的组合叫做“调谐回路”，从L2中感应到的各个信号中，选择出我们所需要的电台信号，这个选台过程，叫做“调谐”，调谐的实现是用旋转可变电容来完成的。
调谐的原理叫做“谐振”，——在机械工程里称之为“共振”。任何一个LC回路都有一个固定不变谐振频率：

当来自天线的信号中，某个频率Fx等于这个谐振F0的时候，这个信号的幅度最大，其他频率的信号就小的多了，距离F0越远的信号，在这个回来里的幅度就越小，如此就达到了选他的目的。下面我门接着看看，谐振回路的基本特征。
1，谐振时，回路的阻抗最大而且呈纯电阻性，表达式如下：

从本式可以看到，回路的Q值越大，电感L越大，则回路的阻抗越大，而与谐振频率F0和电容则呈反比。,
2，谐振曲线呈上凸性

从此图可以看出：
谐振时回路两端的电压最高；
回路的Q的大小影响曲线的陡度——即带宽。
乙，检波以及检波后
从调谐回路来的高频广播信号加在二极管D的正端，在信号的正半周，二极管导通，对电容C2充电。——这个电压就是音频信号，其大小反映了声音的大小。负半周时，二极管截止，电容上电压通过耳机（EJ）放电，回到回路的下端（地端），此时耳机就将音频电压还原为声音，实现了广播电台的播音的重现。
  二极管D把音频信号从高频广播信号中“取”出来，这个过程，我们称之为“检波”，因此这个二极管我们就称之为检波管。
二，负载电路器件的特点
    调谐回路的负载电路由二极管D，检波电容C2以及耳机EJ构成
   1，二极管的特点
二极管是一种单向导电器件，在其两端加上反向电压的时候，二极管截止，不工作。当施加正压的时候，只要这个电压大于它的导通电压的话，二极管就导通。其特性曲线如下：


（未完，待续）

qg2007

矿机的检波管D是个“隔离器”，前端的谐振阻抗变化，不会影响耳机的匹配，不然的话，中波段频率变化后端的耳机就无从适应了。

检波管的匹配的重要参数是零电压电阻Rd，是高频交流参数，国外厂家的高级检波管也给此参数，按Rd值匹配同值阻抗耳机即能做到矿机的音频匹配。矿石版区现在提供的LC/Rd表即可测量Rd参数，也是首创的单片机Rd测量表，比交流测法和分步的直流侧法都要方便。

“隔离器”检波管前端的谐振阻抗也要与检波管匹配，谐振阻抗与谐振线圈的高频Q值、可变电容的Q值、天线的输入阻抗、谐振频率有关，选择高Q值器件保证谐振效率。频率匹配可采用线圈抽头解决。

以上是理想灵敏矿机的模式，实际矿友们往往根据自己的喜好配置，自娱自乐！

lq19512003

二极管的影响与二极管的正向电阻关系不大，主要是二极管的RD起作用，而RD未必小，有些二极管的RD高达数兆欧，与二极管的具体型号有关。

园丁

好文章，初学者的福音。谢谢分享。

lq19512003

qg2007 发表于 2012-12-13 18:43
矿机的检波管D是个“隔离器”，前端的谐振阻抗变化，不会影响耳机的匹配，不然的话，中波段频率变化后端的耳 ...

版主说得对，二极管检波器的确有“隔离”的作用，这一点用实验的方法很容易得到证实，我在一次试验中就体会到了这种“隔离”作用，在这次试验中发现匹配变压器的次级开路、短路或接上耳机对调谐回路没有多少影响。请看如下链接中的“实验二：大幅度变换音频负载的阻抗”一段（原文中误将“匹配变压器的次级” 写成‘匹配变压器的初级”了，特此更正。）。 http://www.crystalradio.cn/thread-153963-1-1.html
二极管检波器的输入阻抗是RD，输出阻抗也是RD，耳机的阻抗要与RD匹配。

qg2007

检波管的Rd值从几K至上千K不等，老矿机一般使用较容易得到的方铅矿矿石检波器，Rd值一般几K至10多K左右，所以用直流电阻2K交流阻抗约15K左右的动铁高阻耳机匹配。

现代矿机采用灵敏度高的舌簧耳机，舌簧耳机一般都是低阻型，要使用音频阻抗变压器进行匹配。现在使用新型检波管，Rd值一般都较高，也必须用输入端高阻的仿725矿机阻抗变压器匹配。

矿机音频阻抗匹配不难，用Rd检测仪测出检波管Rd，按Rd值匹配变压器初级，按耳机交变阻抗匹配变压器次级。

qg2007

检波管的Rd值温漂较大，SMS2820检波管夏天时Rd值可以低值600K，冬天时可以高至1700K，20度温度是1200K。

2AP9冬天使用频率高端明显改善。所以检波管与耳机的匹配是动态的，最好用多抽头变压器或换用不同检波管适时匹配。

小时候玩矿机经常拧调活动矿石，其实就是在进行匹配。

三叶虫

一个谐振回路，是至少有一个谐振频率，它很可能有几个谐振频率，但是有一个主谐振频率。
就像一个长方形房间，它至少有三个谐振频率。
线圈之间的分别电容也会和线圈组成一个谐振的。只不过这些对我们是不利的。

三叶虫

楼主好文章，继续顶。
有个建议，那就是那个凸型图，换个全频段的曲线会让人更加一目了然。

qg2007

许老师提醒的检波管是“隔离器”，在置顶的《怎样制作高灵敏度的矿石收音机 》一文中有具体描述。http://www.crystalradio.cn/thread-35024-1-1.html

lq19512003

一楼的矿机等效图的等效过程存在问题：首先LC调谐回路是工作在高频环境下的，因此向检波器看过去的负载要都应该是高频情况下的负载，因耳机与C2并联，由于C2在高频环境下容抗值很低（在1MHz时2000pF电容的容抗值只有几十欧），耳机有较大的分布电容存在，在高频环境下的阻抗也很低，故耳机与C2并联后的高频阻抗就更低了，而二极管的RD至少也有数K欧，甚至高达数前K欧（在高频检波时二极管所呈现的阻抗不是直流环境下测到的正向电阻值），因此从检波器的输入端看进去形成检波器输入阻抗的主要成分是二极管的RD，而不是由C2和耳机形成的数值很小的高频阻抗。
在实际的实验中也可以证明上述的分析：
1.如果用高阻抗高频电压表检测矿机LC调谐回路的谐振电压就可以发现：用大容量电解电容两端短路耳机与不短路时，呈现在高频电压表的读数基本上不变，即耳机的音频阻抗值的大小对调谐回路影响很小，这也就是2007版主所说的二极管检波器隔离作用的具体表现。
2.众所周知在使用低RD二极管的矿机中可以很容易产生混台的现象，如果混台了，无论你换用音频阻抗多高的耳机都不能消除混台，但是当你换用了高RD二极管后混台现象就随之减轻或消除。

qg2007

http://www.crystalradio.cn/forum ... p;page=4#pid4339971

在54#。

qg2007

本帖最后由 xjw01 于 2012-7-28 08:55 编辑

1、小信号时，二极管可以看做“高频”与“音频”之间的一个隔离器，那么，就可以分别做高频匹配与音频匹配了。高频用3倍匹配，音频用1倍匹配。隔离器的理解：即使负载短路，二极管输入端阻抗还是Rd；不管二极管输入是什么频率，输出音频阻抗也是Rd
2、小信号时，是平方检波律，信号电压高，效率高。要提升电压，就得使二极管负载轻。当然，负载太轻，无法吸收能量，效率也会下降。综合计算，是Rp=3Rd时效率最高。

lq19512003

qg2007 发表于 2012-12-14 12:47
http://www.crystalradio.cn/forum ... p;page=4#pid4339971

在54#。 ...

小许老师分析的很透彻！也很精彩！
要想达到最好的效果，我们只能通过选择合适的二极管RD去匹配高Q的调谐回路，再选择合适的耳机阻抗去匹配二极管的RD，只有这样做才能使功率传递的损失最小。
如果没有RD足够高的二极管，就只能用低RD二极管了，这是退而求其次的办法，这就需要通过调谐回路线圈的抽头去匹配二极管的RD了，效果次之，但是对二极管要求较低，选材容易，是很多矿机都在用的办法，即使是这样也要尽可能选用手头现有的RD高些的二极管，以保证调谐回了电感抽头位置不至于太低。
从小信号二极管检波原理上可知：由于二极管检波器隔离作用的存在，我们在不更换高RD二极管的情况下，想仅通过提高耳机的音频阻抗达去到使检波器与调谐回路匹配的目的，那只是一个美好的愿望，是不可能做到的。
矿机使用高阻耳机的原因：只有高阻耳机才能满足与二极管RD的匹配，使音频信号传递时的功率损失最小。与检波器和调谐回路的匹配无关。