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外差机简化分析及实验
前言
在来年工作紧张之前插空考虑了外差机简化方案。本文目的在于怀旧，让我们一起去回顾那个物资匮乏然而又挥之不去的年代。
当我们还是孩子时，没有现在丰富的知识。当我们成年时再回首审视一下过去的思路。
下文除非必要时，不严格区分外差与超外差，统称“外差”。
本文怀古意在减少三极管数量，不在于阻容元件。然而考虑到实用性时又意在减少总体零件数量。
一．程式分析——外差机简化极限在哪
什么是外差机？问题比较简单。以中放为主要结构，对载波频率进行变换，对固定的中频进行放大，以保证优良的通频带，较大的增益，一定需要的AGC。它优于一般直放机。当然本讨论也不否认内差机。
进一步看什么不可缺少？频率变换不可缺少，否则便没有中频，同时便确定必须使用电源。在常规变频模式下中频选频也不可缺少。解调不可省略。终端必须在耳机和扬声器中选择。
问题的另一方面便是什么可以被简化？脱离收听效果要求的讨论没有意义，但此处姑且放弃效果，讨论一种极限情况。中放可以省略，简易电子管机就有此例。低放可以省略，如果使用耳机收听，且信号强度达标。多半没有音量调节余量，干脆省略。只有或者只想收听一个电台，倒是可以省略双联，与其引来诸多麻烦，此处不建议省略。
总结以上讨论，简化极限模式为
输入回路——变频——中频选频——解调——耳机
再看对性能指标的最低要求。如果外差机设计必须使用天地线不像话吧？起码可以携带不过份吧？至少能够收听到哪怕是一个电台，此时即使蚊子叫也得能听清。
上述极限模式中含有变频，因此一般情况下，必须是有源电路。
二．分析的意义——外差与直放的原理比较
在当今，极简单机子使用价值不一定大。它在于怀古，猎奇，扩展思路等目的。随着电路的简化，再增加一些完善，便可显示或多或少的使用价值。
外差机的优势在于选择性。一般来复直放机只有输入回路一个调谐回路，选择性大家知道。外差机中简单看一下变频级，含有输入回路和输出中周二个调谐回路，且不论中放电路如何。外差机极少见有本地强台占据满刻度的现象发生。
不论外差机或直放机，效果取决于放大能力。即使在管子奇缺的过去也是如此，简化电路便牺牲效果。
灵敏度加音量总和效果比对，外差机多使用一个管子，性能便超出直放机，而使用同数量管子，由于变频为外差特有程序，外差机要稍逊色。
直放机可简化至单管，如636，竟然是1-V-1程式。然而外差机简化至二管时能够达到变频/中放/来复低放效果，优于2-V-1程式。由于外差机变频管工作于非线性状态，不能来复，因此与636等单管没有可比性。
外差机使用零件多于直放机，典型增加零件为双联，中周一套含振荡，调整也麻烦。
进一步比较二者，原理又相通。低放电路一致具有互换性。来复电路几乎一致，取一级中放来复电路比较与单管68-1，差异仅在于中周是否调谐。将任何一个外差机电路取消变频，将输入回路替代I中周，再取消全部中周电容，大家看像什么?
俨然是直放机，但不一定是单级高放。
三．简化的实施——电路设计，安装实验
典型外差机为六管，电路程式为
变频——中放I——中放II——检波——前置——推挽功放——扬声器。
如果推挽改为单端，仅仅增加耗电以及最大功率时牺牲保真度。前置改为来复。此二处改动没有影响增益，不能算实质性改动。
因此通过上述改动的四管机电路程式如下，具有接近于六管机的功效。
变频——中放I——中放II——检波——来复低放——单端功放——扬声器。
在此四管机基础上进一步简化才意味着实质性的设计，当然诸多内容并非本文所创，特此申明。
下文由于电路在不断简化直至没有功放，因此高阻耳机必不可少。
为了以后方便制作了通用印板，用以完成除三管外差机以外的其余全部实验。
图1
3.1三管外差机
三管机是在四管机案的基础上利用了现代先进高β管的优势简化而来的。a，我们先看锗四管机：
β上限，
变频(β=100)——中放I(β=60)——中放II(β=100)——检波——来复低放——单端功放(β=80)——扬声器。
合计β值，100×60×100²×80=4.8×109
b，再看硅三管机，β下限，
变频(β=150)——中放(β=150)——检波——来复低放——单端功放(β=250) ——扬声器。
合计β值，150×150²×250=0.84×109
显然与上述四管机相比，β值尚有欠缺，差(4.8×109)/(0.84×109)=5.7倍，不过差异不大。此β值计算仅仅用硅管替代锗管而已，未应用超高β管，因而大家攒机条件容易满足此要求，易于成功。
预计本程式的三管机收听强台的情况与六管机差不多，但在收听弱台时可能不及六管机。原因是：
因为六管机由于AGC作用，在接受本地强信号电台时增益自动下降。 而在接受弱信号时，增益有自动增大了。
据此程式的电路设计如下（这是丢失的前帖《借尸还魂...》的补绘原理图）。实际使用效果等同于六管机，只是音量差，也即未用推挽的差异。同时也因为使用层积电池并减小末级电流所致，再大则耗电多。该机电流为LED-1mA，变频0.5mA，中放来复0.8mA，功放7mA。
图2
本电路安装至小型化的机壳内，效果良好，可将机子放在干扰较轻位置，置身于5m外收听。夜间本地3台外地3台，滑过电台声不算，其实细调也是电台，可以近听。本机抗干扰能力也强，在调光台灯0.5m处交流声很低，在电脑桌上也可收听。
联想到本机使用L=55磁棒，单股漆包线天线圈，Ф55灵敏度一般的扬声器，电位器并联2.2k增益储备，多处电容104滤波，等，应该说是成功结果并且实用性很强，加之随时可以释放储备的增益加强效果。
图3.4三管外差机(全部竖幅) 竣工实物/印板安装图
3.2二管外差来复机
在三管机基础上去掉功放，程式为，
变频(β=150)——中放(β=150)——检波——来复低放——扬声器/耳机。
按照增益对比应该相当于2-V-1，诸多教科书中有类似电路，耳机收听有余量。如果仅看中放来复部分，这就是单管68-1。单管68-1效果周知，再增加电流，提高电压，换用硅管β提高，增加变频一级等同高放一级，所以设计推扬声器。最不济也远优于68-1。
图5
本电路的来复级设计二种电流，耳机收听时按照常规调偏流1~2mA，扬声器收听时为增大音量调节补充偏流至3~5mA。当电压下降至50%仍然可用，只要LED不完全熄灭，电池就可不报废。
如果网友按此攒机目的在于耳机收听则将电压降低至3V，省却昂贵的6F22，同时去掉一只LED。但必须提醒，偏流电阻要大幅度减小。在有能力核实每个电阻功用前提下，继续减小阻值，本电路可以工作于1.5V，同时完全取消LED电路。
本实验结果：失败。
由于本电路由上述三管机而来，灵敏度，选择性均相当，没有实质性区别。用耳机收听声音确实不小，远不是68-1可比拟效果，但推扬声器明显乏力。有前帖《超强68-1...》一样的现象，随着电压提高阻塞逐渐减轻，声音逐渐增大。(超过6V的)高电压有悖于本文出发点，故此当电压提高到9V后放弃。
图6.7.二管外差来复机 搭焊/元件面
3.3三极管检波的二管外差机
在来复二管机基础上去掉中放，程式为，
变频(β=150)——检波兼低放(β=150)———耳机。
由于三极管检波含有低放，因此增益对应于1-V-1，典型耳机收听效果。相当于单管68-1吧。虽然末级电流未达到单管68-1电流，可本级电流几乎是纯解调有效电流，因此预计效果不错。
图8
由于本电路专为耳机收听，电压降至1.5V，使用7#电池，耗电仅仅0.6~0.8mA。使用不担心漏液的碱性电池直接焊接即可。
由于三极管检波较之于二极管检波降低了门限电压，虽然是低放，但应该算入高放增益，因此本机灵敏度不差。三极管检波输入阻抗很高，中周带载选择性提高，不能仅仅理解为一级带载中周效果，更应理解为一级空载中周效果。现代小型六管机均为一级中放/三极管检波，原理也在于此。实际上本机灵敏度更接近于，
变频——中放一级——二极管检波——耳机。
图9.10.三极管检波的二管外差机 印板面/元件面
作为实验电路本电路没有AGC，但同时效果很好，补加AGC后还是很实用的电路。一般书中介绍类似电路则后加锗管射级跟随，可用低阻耳机，但与本文讨论目的不符，不再论述。
完全按图制作的机子显示，各方面性能均远优于单管机，如此形容便包含诸多因素，条件对照等内容。仅仅1.5V电压声音很大。邻台不串强于直放机很多，但毕竟只有一个中周，调谐时有那种外差机的边频切割感，但有些弱。没有做过双调谐高放，因此无法比较。
本电路若不是使用高阻耳机，其实用性远超过类似的小型三管机。
3.4单管外差机
倒像是一句谐谑之言，姑且一试。
仅仅按照最简化模式绘图只能如下。这图看得使人头皮发麻，实在不知道还能是别的什么——也算是收音机，就看它能否响。
借用前款线板的变频级，将二极管检波搭焊与插座之上。
图11.12.外差单管电路图、搭接照片
实验结论：它确实能响！一个台前款吵耳的声音，现在变成仅保证听清。一个大声的本地电台现在变成蚊子叫。另一个正常音量本地电台丢失。...其它外地电台全部丢失不必再说。这就是结果，远不如单管机，有点像矿石机但决不混台，谁和谁混啊。制作比单管机麻烦因此没有实用价值。
谁要制作本机，那统调累死他。灵敏度低，统调前无台，你拿什么调整？
由于中周变压比不同，此处一定要使用3#中周，如(白/红/绿)绿色，(黄/白/黑)黑色。经实验验证有区别，请特别注意。同时结论，调二极管偏流没有差异，建议取消。全部小信号工作，建议1.5V电压。
3.5不能再简化
没有再简化的思路，否则就是矿石机。3.4.节何尝不是去掉天线的矿石机。或者谁有无源高频正弦波振荡器，请继续。
四.外差机与直放机的实用性比对
三管外差机没有比拟对象。
图13.14.
就实用性而言请比较此二电路，这是本文的另一个议题，简化总体零件数量。二电路目的均不在于怀古。
是否增加射级跟随不是原则问题，你若只有低阻耳机，不论哪个电路均需射级跟随，增加橙色线框部分；反之，高阻耳机则均不要。由此便确定了讨论问题的基准。在准备动用二只9014之时，抑或再加一只3AX31，选择那个电路呢？
先比较零件数量，管子数一样，耳机根据各人条件更先确定，电源一样，阻容元件意义不大也差别不大。现在讨论差异部分。
外差机较之直放机多一只本振线圈，售品可购。标准中周对应自制高变，前者省事有保障。双联对应单联，其实凡在此选择电路者就没有计划去寻找古老单联，而是合并双联成单联，没有差异。
因此结论，外差机多使用一只本振线圈以及几个阻容而已。
再比较安装后体积，它由磁棒和电池主要确定，与电路选择关系不大。另外，耗电量也几乎一样。
再看调试差异，外差机毋庸置疑繁杂，直放机有调试简单优势，制作者是否在意将成为关键因素。其实若在意本外差的一点麻烦，那么高变与再生的协调也不容易，除非省略。
使用效果差异明显，灵敏度不会相差太多，外差机的选择性，抗干扰性明显优势。
外差来复二管机比对直放来复二管机，侧重面不同，前者在意高频部分，后者重在低放部分，各有特长。
外差单管的程式确定了性能无法比拟单管来复机。
五.结论
基本成功实验了三管，二管来复，三极管检波的二管，单管外差机，并且对三管外差电路进行攒机。
各电路均表现出良好的选择性，绝无混台现象，远优于直放机。
三管攒机效果除末级刻意减小偏流音量不及六管机，其它性能相当。因此实用性强，满足本人日常使用及借机遐想。
二管来复外差机推扬声器失败，音量介于推扬声器与推耳机之间，灵敏度，选择性远优于来复二管直放机，作为耳机接收机具有很强的音量结余，建议增加音量调节，否则无法使用。
三极管检波的二管外差机优于小型三管机，(因此也优于单管机)，而使用零件相当。
单管外差机成功，性能差，没有实用价值。
以节省管子为目的的怀古电路设计及实验结束，其中推扬声器失败。四个电路，其中前三电路具有攒机价值。
六.后续说明
祝网友元旦快乐，就此提供一个消闲话题，并且经本人实验结果却是如上，当条件不同时，不排除网友结果优于本文。
诸多内容并非本文所创，仅仅是发表自身理解，再次申明。
文中如有任何观点雷同，可能是拜读了谁的文章，抑或也是出师同门借读了谁的入门教材，但本文绝无转载任何文章意图。不论任何情况，在此感谢不知名的先人。
[ 本帖最后由 沙尘 于 2010-1-3 14:03 编辑 ] |
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发表于 2010-1-1 10:33:59
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发表于 2010-1-1 12:03:45
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