关于外差与超外差的真正含义的讨论

眉间尺

首先声明, 这些技术名词的来龙去脉不搞清楚, 完全不影响对这些技术的使用. 主要是闲得慌.

翻了不少国内相关方面的教科书, 都没有交代外差与超外差是怎么来的, 都是只管把个超外差收音机结构框图一画就算完了. 矿坛中讨论这个问题也不是一回两回了, 大多也都没有脱出这个框框, 直到看到有同学说 "超" 字源于中频频率高过音频, 心中不由为之一振: 胜利在招手, 曙光在前方. 既然通常的解释一直不那么令人满意, 这种 "稀有" 的说法没准就是通往正解的大门.

首先用金山词霸找到外差与超外差的英文原文, 分别是 heterodyne 与 superheterodyne.
再用古狗搜索 heterodyne, 立即找到了维基百科的相关条目:
http://en.wikipedia.org/wiki/Heterodyne
其中有这么一段:
Origin and use of term
... ...A "heterodyne" receiver had a local oscillator that was adjusted to be close in frequency to the signal being received, so that when the two signals were mixed the difference or "beat" frequency was in the audible range. ... ...

Later, the superheterodyne receiver (superhet) was invented by Edwin Howard Armstrong in 1918, converting the incoming Radio Frequency (RF) to a fixed Intermediate Frequency (IF), using the heterodyne technique. The difference between the superhet and the original heterodyne is the use of a "sloppy" but tunable RF filter on the front end, a mixer circuit, a stable local oscillator (LO) and a fixed frequency high-gain band-pass amplifier.[3] The original heterodyne technique tried to accomplish all of this in one stage thus producing an unstable amplifier.

我试着大致翻译了一下, 意思是

... ...
一个外差式接收机有一个本地振荡器, 其频率被调节到被接收的信号频率附近. 当这两个信号相混合时, 差频或曰拍频将落入可闻的音频范围.
... ...

稍后在 1918 年, E.H 阿姆斯特朗利用外差技术发明了将接收到的信号频率 (RF) 转换成一个固定的中间频率 (IF) 的超外差接收机. 超外差技术与原始的外差技术之间的区别, 在于超外差式在前端采用了一个粗糙但是可调的 RF 滤波器, 一个混频电路, 一个稳定的本地振荡器 (LO), 一个频率固定的高增益的带通放大器. 而原始的外差技术则试图用一级电路完成所有上述这些过程, 因此得到了一个不稳定的放大器.


由此可见, 由于外差式是直接 "拍" 出音频, 因此所谓超外差式中的 '超" 字, 应当是指其拍出的中频频率比音频为高的意思. 而英文 "超声波" 也的确有 supersonic 之谓.


从上述资料还可以发现, 所谓 "外", 乃是指 "其他", "异" 的意思, 并无高低之分. 而国内资料中所说的 "内差", 根据其本振频率低于信号频率的定义,  乃是超外差式当中的 "低端注入"(low-side injection), 而常用的本振频率高于信号频率的方式, 则是属于 "高端注入"(high-side injection)[这里参考了夏靖的博客:http://www.sciencetimes.com.cn/m/user_content.aspx?id=224630

沙尘

有意思，完全颠覆了我们得到的知识，呵呵，不过我当这英文是放屁，即使它可能是对的，现在也难以接受这种说法，直接拍出稳定音频简直就没可能，加辅助电路直接拍出电报倒是业余无线电中常见手段，不过这个叫做“直接变频”，也不叫做“外差”，我甚至怀疑写这篇文章的人属于那种“强大的50000伏特电流”的记者或“专栏作家”

沙尘

另外，直接拍出音频纯属脱了裤子放屁，搞得那么复杂，何苦来哉？还不如就地检波

眉间尺

的确, 维基百科上面的词条是可以被读者修改的, 算不得什么权威. 但是却可能是史实.

紧挨着外差定义的前面有几句话我省掉了, 大意是说外差法是在 1901 年由加拿大发明家兼工程师斐德森首创, 但是未能获得普及. 因为在那个时节本地振荡器不是很稳定. 斐德森发明外差技术是为了使得无线电时代使用的摩尔斯电码信号(CW)可以被听见. ... ...

1901 年的检波器恐怕还得不停地靠敲击复原呢. J.A 弗莱明直到 1904 年才在爱迪生效应的基础上发明了真空二极管.

一个事物的最终应用与发明这个事物的初衷相去甚远也不是什么稀罕的事情. 比如 WD-40, 比如 555, 可能还得算上 TNT.  但是不能因此而否定这个事物的历史渊源吧.

沙尘

原帖由 眉间尺 于 2010-1-3 09:07 发表
的确, 维基百科上面的词条是可以被读者修改的, 算不得什么权威. 但是却可能是史实.

紧挨着外差定义的前面有几句话我省掉了, 大意是说外差法是在 1901 年由加拿大发明家兼工程师斐德森首创, 但是未能获得普及. 因 ...

即使直接拍出音频，在我国也只有“直接变频”一说，“外差”不是这么解释的

[ 本帖最后由 沙尘 于 2010-1-3 09:23 编辑 ]

大清河

在60年代初，中央人民广播电台有一个广播知识讲座，讲了几个月，还有一本配套教材，前几年才被我处理掉。这本书前几月在广坛还有人卖。
在那讲座上是这样说的：有“中频”则为“外差”，有“中放”则为“超外差”。在许多大师的书中也基本沿用这种说法。
马上就会有人指出其不完整，因为存在内差，就有人这样解释：由于当时内差方式的自身原因，其应用不广，就象一滴水淹没在大海中，人们已经习惯用外差做为外差和内差的总称。
当然现代收音机内差方式应用见广，许多二次变频收音机的一次变频采用了内差，但是仍称其为超外差式收音机，没有精确地称其为“超内-外差式收音机”。
照顾认真的人，试解释一下：
有“中频”则带“差”，有“中放”则为“超 X  差”。
本振频率高于接收频率的变频方式叫外差，再加上中放则为超外差。
本振频率低于接收频率的变频方式叫内差，再加上中放则为超内差。

呜呼

原帖由 大清河 于 2010-1-3 11:21 发表
在60年代初，中央人民广播电台有一个广播知识讲座，讲了几个月，还有一本配套教材，前几年才被我处理掉。这本书前几月在广坛还有人卖。
在那讲座上是这样说的：有“中频”则为“外差”，有“中放”则为“超外差”。 ...

1，我完全赞成这样的说法：
有“中频”则带“差”，有“中放”则为“超 X  差”。
本振频率高于接收频率的变频方式叫外差，再加上中放则为超外差。
本振频率低于接收频率的变频方式叫内差，再加上中放则为超内差。
2，再加一句：
中频（即差频）是变频的结果，换句话说就是：变频是产生新的频率的工作状态（方式）。

眉间尺

那我们的 "外差" 是怎么解释的?

沙尘

原帖由 眉间尺 于 2010-1-3 11:58 发表
那我们的 "外差" 是怎么解释的?

见6#、7#解答，我当初得到的知识就是这种说法，你那外差的解释恐怕国人接受不了

大清河

楼主属于比认真人更认真的的好同学，这确实是个应该继续讨论的问题。
外差有两种说法，都有道理和认可人群，我认为都对，只不过是表达各有侧重而已。所以很难找到最后结论。
一种是从振荡频率提供途径说的，所对应的有外差和自差方式。
一种是从振荡频率和接收频率的频谱说的，所对应的有外差和内差方式。
由于自差方式在现代收音机很少应用，所以第二种说法更多地被提起，也就更容易被认可。
至于其它的各种花样方式，由于年龄大了，目前还没有全部理解理顺。

JHXC

不管是外差、内差什么的，其实都是针对采用频率变换技术信号处理电路的俗称而已，不同的年代有不同的叫法，似乎难以准确的区分具体的电路。

采用频率变换技术进行信号处理，为提高接收机的性能提供了许多方案，相对直接放大信号的电路而言，能够随意的获得宽的或窄的的带宽、高的灵敏度、优良的选择性等等。当然，变频技术的采用也给人们带来新的麻烦，比方说镜像干扰等。

按照本人的理解，没有必要去弄清楚那些叫法，关键是理解不同的频率变换电路的主要性能和参数就行了。

[ 本帖最后由 JHXC 于 2010-1-3 13:37 编辑 ]

眉间尺

我们完全可以赋予 "外差" 其他含义, 但是这不影响外差技术诞生之时对它的定义.

这是 1902 年 8 月 12 日关于外差技术发明专利说明, 专利号 706740:
http://en.wikipedia.org/wiki/Reginald_Fessenden_patents

\这是相关网页, 可以下载 pdf 文档或者直接在线阅读专利文档
http://www.google.com/patents?vid=706740

这是从 pdf 中截取的部分文字, 在文档的第二页第 79  行到第 85 都提到了声音这个词汇:

眉间尺

第 80 行提到了可以在 telephone 中听到, 第 83 行提到 "声音拍".

另外汉语的翻译不是没有规律可寻的
从各个词的排列顺序上看:

外-------差                     超-------外--------差
hetero---dyne              super--hetero--dyne

"外" 字应该与 hetero 相对应, 源自希腊词根 hetero 表示 "其他", "相异" 的. 而汉语中"外"国与"异"国是相通的.
因此把 "外" 字理解为谁比谁 "高" 的意思, 是欠妥当的.

再看 "差" 字, 与 dyne 相对应, 其希腊词根 dyn 表示 "驱动的", "动力的", 而在汉语中, "差" 的含义之一即为 "差遣".
而作为两个数相减所得的 "差" 的用法也仅仅是 "差" 字众多含义中的一个. 综合来看, 在这里把 "外差" 中的 "差" 字理解为相减所得结果也是不妥的.

外差法的英文原意应该是 "不同频率信号作为驱动力的方法", 用汉语可凝练成 "异频驱使法", 再进一步, 就变成 "外差法" 了. 这个从外差法专利文档中也可以得到印证, 其在最后的保护范围声明中, 斐德森一口气开列了 9  种情况, 核心内容都是"用两个以及两个以上频率的信号相作用产生新的频率的方法".

(英语生疏, 理解错误难免, 恳请高人指正, 不胜感激 ).

大清河

我鸟语水平很低，直接看不懂原文，但是通过你的翻译感觉是这样的：
你所说的“外差”不是大家所说的“外差”而是大家所说的“差拍”。
那是为接收电报所采用的一种技术。也有内差和外差，它的振荡频率可高于或低于接收频率一个需要的音频频率，差拍出可听闻的声音，由于也有内差和外差之分，把它直接命名为外差是不妥的。
在收音机中振荡频率可高于或低于接收频率一个需要的中频频率，这个差异（中频或音频）不配冠一个“超”字的。

[ 本帖最后由 大清河 于 2010-1-3 17:14 编辑 ]

大清河

请允许我引用你的翻译原文：
稍后在 1918 年, E.H 阿姆斯特朗利用外差技术发明了将接收到的信号频率 (RF) 转换成一个固定的中间频率 (IF) 的超外差接收机. 超外差技术与原始的外差技术之间的区别, 在于超外差式在前端采用了一个粗糙但是可调的 RF 滤波器, 一个混频电路, 一个稳定的本地振荡器 (LO), 一个频率固定的高增益的带通放大器. 而原始的外差技术则试图用一级电路完成所有上述这些过程, 因此得到了一个不稳定的放大器.


一个频率固定的高增益的带通放大器是什么？就是中频放大器呀！这就是那个“超”字的由来！

[ 本帖最后由 大清河 于 2010-1-3 17:39 编辑 ]