矿石收音机 II — 始于矿石
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Jan 5, 2022 07:40 AM
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从矿石收音机开始，历经0V1， 1V1，2V1，直到机器狂野的无法控制。
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2/12 2019
矿石机部分
从上次的矿石收音机制作得到经验是， 必须有一副好天线。否则，只能收到什么台就听什么台。
简单的计算表明（采用15p-330p的可变电容）， 则至少需要在5cm的骨架上绕60匝，才能延伸到中波波段。（R40C1是矿石收音机社区流行的磁环)
调谐电路不工作么？
这次，采用15m的天线，这天线本是给短波用的。15m的天线在我心目中已经是很大的天线了，并且短波接收效果很好。
盼着这次肯定能有个好收成。
声音是绝对有的，不小。奇怪的是，整个波段只有一个电台。 并且，无论如何改变二极管接入的抽头位置，都不能改善这一状况。
明明调谐电路就在那里，却起不到选台的作用。W0BTU 也有类似遭遇，并且他给出建议，就是：千万不要把天线 直接 接入 热端（就是最上端）。
直接接入，会将天线电容整个并联到调谐电路，这个电容可能淹没了365PF的可变电容，成为主导的电容。(估算表明 15米的天线，等效电容至少在200pF以上）如此连接，适合展示矿石机的简单和神奇，却不能止步于此。
改进天线接入方法
改进的方案将倒V天线两个臂通过线圈接入调谐电感。着对短波波段效果不错，对中波，效果就就不是很好，声音非常微弱。
改善中波天线接入方式的尝试
因为这个 Invert V天线是给短波用的， 中波段电容很高， 可以尝试用一个电感来让天线也谐振到中波波段。
同时，因为没有地线，就铺设了一个简单的地线：一根铜线埋到楼下土壤里。预计这样会好很多，实际上，还不如用电器的外壳效果好。
还有最后一个值得尝试的办法，这种短的天线，用一个小于100pf的电容接入热端，确实能改善选择性，但是无法增强接收信号的强度。
给矿石收音机增加放大器
给矿石收音机增加音频放大器是非常自然的想法。
这个放大器同样的简单粗暴，完全没有经过设计和思考。因为简单，所以还是要求有高阻抗的喇叭。确实，当夜深人静，这个放大器的动静足够让你注意到它的存在。也因为简单，听起来可能会有高频的噪音。
纯粹出于好玩，TL431这个电压基准，也可以用作音频放大器，并且效果要比上面的电路好的多。
1V1 结构的调谐收音机（TRF)
增加更多的音频放大器，也不能增加灵敏度，只是增加了能收到的电台的音量，并且高增益的音频放大器会导致噪音增大，容易啸叫。要增加灵敏度，收到更多的台，需要增加来自天线的射频信号，在检波前就将信号变强。
实验了两种简单的射频放大器，乍看上去和音频没有什么不同，实际上也没有什么不同，至少左边的电路并没有针对射频信号做出什么大的改进。
右边的电路采用集电极电感，得到非常高增益的放大器，高到容易啸叫。这两个放大器不能直接接入任何调谐电路抽头： 如果直接接入，就只能听到一个超强的短波电台，中波被完全淹没。仅仅需要放在矿机旁边就足够。
处理强大的短波信号
在有了一个射频放以后，新的挑战是，在短波波段，信号强大到将音频放大器阻塞，导致破音，啸叫等一些列问题，同时，中波波段声音又非常的小。
粗暴的解决办法是用个大功率的音频放大器，因为大功率的放大器能承受更强的输入信号强度，但是无法照顾中波弱信号。
首先尝试了两级的简易音频放大电路，最大输出60mW功率，40mA静态电流，SS8050比较烫手。
此电路在强信号下严重失真，无法收听。同时低一级输入阻抗低，直接接在检波器之后不是很合适。一个简单的改进是增加一对增益控制二极管，强信号时对输入信号进行限幅，实际效果上，比直接过载好多了。
不过这样的解决方案是不完美的，更好的放大是给音频放大器增加AGC功能，如下。 2N7000用作一个可控电阻，输出信号经过1N60检波后控制2N7000对输入信号进行分压，这样就能很好的控制强信号。
实际效果也可以，30dB范围的信号变化输出恒定不变，不失真，总增益35dB左右。增加82k电阻值可以防止AGC回路出现震荡。
接收微弱的中波信号
短波invert V天线上充斥着强大的短波信号，要想中波效果好，必须收先滤除这些短波信号。在射频放大器前加入滤波器，就是这个目的。
这里的滤波器用 5阶 Butterworth， 2Mhz 低通滤波器。
有了滤波器，中波信号就变得干净了。15米的短波天线上，中波信号比较弱，需要进一步加强检波灵敏度。俄罗斯爱好者 V. Polyakov 介绍过一款高灵敏度检波器，如下图
用这个代替二极管检波，可以增加灵敏度，不过这实际上是一个加了偏置的二极管检波器，后面接一个放大器。以后再说。
TRF经典结构
大多数调谐高放收音机，都是将高频放大器放在调谐线圈之后，检波器之前。上面做的一切，都是为了体会这样做的道理。
就是将射频放大器接到调谐回路之后，这样做取得的效果是到此为止最好的，选择性也很好，没有减速电容很难调谐。
摆脱长线
采用经典TRF结构，如果我们再增加一级高放，能不能摆脱长线，甚至耳机，到室外收听广播？
由于高放过于奔放，狂野，非常难以控制，把两级高放直接连接等同于做了一个发射机，而不是接收机。实验和理论都指向同一个结果，一级高放如果超过20dB增益，就距离毁灭不远了。这样的简单高放，25dB单级益是一个比较难以跨越的障碍。所以做了如下改动
15欧姆的电阻就是著名的 degeneration resistor， 实际上是一种负反馈。它控制高放的增益，同时改善几乎放大器的每一种特性。
按照 “狂野的两级高放简易TRF收音机” 搭建的收音机，并不能再户外收听到节目，必须还要采用15米长线天线，同时声音也不会大到可以弃用耳机的程度。
为了能在户外收听，最后还是启用了集成电路LM386， LM386有30dB到40dB的增益，高输入阻抗。
这样再户外能收听到2-3个强台。如果把二极管换成 V. Polyakov 的检波器，机器会发生啸叫，除非去掉一级高放。
总之，这样的靠放大器硬推的收音机，总增益很难超过60dB-80dB（高放25dB 两个， LM386 30-40dB 一个， 二极管检波 -20dB ），注定难以抛弃耳机在户外收听广播。