笔者八十年代初出生于祖国东北边陲的一座小城。就在笔者父母谈婚论嫁的那个年代,人们评论每个家庭经济条件的时候常用的一个词叫“三转一响”。“三转”是指自行车(车轮转)、缝纫机(飞轮转)和手表(指针转),“一响”指的是收音机。
大概至八十年代初为止,电视还没走入千家万户。相比之下,收音机可能就是普及度仅次于手电筒的家用电器了。若是谁家有个电子管收音机,像“红星”、“红灯”,摆在正屋炕柜高处,那是相当有面子的一件事,其地位不亚于现在一套高档家庭影院设备。
收音机按接收信号的调制方法可以大致分为调幅和调频两种,按接收原理又可分为直放、超外差等,按元件又可分为电子管、晶体管、集成电路乃至现在的DSP等等。这里想说的是最最简单的一种收音机——矿石调幅收音机。
百度百科中对矿石收音机解释如下:。
矿石收音机历史其实很早,据说泰坦尼克号上的电台用的就是类似的原理,二战时也出现过“散兵坑矿机”,即利用火烤后的剃须刀片表面生成的四氧化三铁层单向导电特性检波做矿机的例子,但是矿石收音机的历史非本文主题,暂且割爱。
九十年代初笔者小学时参加学校的兴趣小组,老师带着我们组装过最简单的矿石收音机,其实就是天地线间串进并联的二级管和高阻耳机。天线是老师从学校四楼的窗户下垂下去的一条大约十米长的导线,地线直接用大号鳄鱼夹夹在暖气管子上,二极管是2AP9,电话机听筒拆出来当耳机。虽然声音微弱,还是能听清一个女声咿咿呀呀唱戏的背景中一个男生在播新闻,印象极深。
此后三十年,笔者一直尝试自己重新制作一台矿石收音机,但由于各种原因一直未能成功。前日有闲,终于了了这桩心愿。笔者专业是电子信息,工作是软件开发,硬件水平实不足道。文中若有错误,还望各位读者不吝指正。
因为之前基本没有相关经验,所以制作这台矿石收音机的基本设计目标很简单——能响就行。顺便能调个台,覆盖一下中波波段更好。
原理图如下所示。L1与C1组成调谐回路,C2作用稍后再说。D1、D2倍压检波,输出驱动一个高阻耳机或者通过变压器驱动低阻耳机。
原理图线圈用李兹线在直径40mm的PVC管上绕制圈,分别在60匝、80匝、匝和匝处抽头。实测电感值如下表:
线圈各抽头间电感量为了尽可能地取到不同的电感值,笔者在天地线接入处加了一个双刀双掷开关,使天、地线可以切换至线圈两头。为了表述方便,以天线接匝、地线接0匝为正接,天线接0匝、地线接匝为反接。根据LC回路频率计算公式
,算得各电感值匹配不同电容值时的振荡频率如下表。横轴为电感量,单位是uH,纵轴是电容,单位是pF,交点处的值为振荡频率,单位是kHz。
调谐频率我国中波波段为kHz–1,kHz,表中标红的范围即是落入中波波段的频率值。表中可见,线圈正接(即第一个抽头是60匝、第二个抽头是80匝……)能够较好地覆盖中波波段。
笔者调谐用的是一个pF的双联复旦空气可变(某宝购得),并联虽然理论可得0pF–pF的容量(实测15pF–pF左右),但怕选择性受到影响。空气可变旋钮的行程只有半圈,这半圈我怕手一得瑟就拧过头了。所以为了提高选择性能,在空气可变处又并联了一个pF的电容C2。S4断开时可变电容理论上是0pF–pF,合上时整体电容值理论上应该在pF-pF间可调。再配合S3接通线圈不同的抽头,应该能够覆盖整个中波波段。
D1、D2、C3、C4组成的检波回路通过S2从线圈不同的抽头处取得载波并检出低频信号后送至输出。通过S5可选择直接使用高阻耳机收听,或者通过变压器匹配阻抗后使用低阻耳机收听。
笔者家住九楼,没有条件搭接室外天线,只接了阳台上一个铁架子充数,有线电视屏蔽层作地线,能收到3-5个电台。信号最强的是一个英语广播,声音很响,用电流表实测能达uA左右。其它能收到的几个电台声音全被这个电台遮住,只能在英语广播播音的语句间隙中听到。果然还是梦想很美满现实太骨感,只用一根二极管检波效果基本也是这样,先前的计算全白费劲了。后用一台德生收音机较准,发现这个英语台频率在1,kHz左右。查了一下,应该是央广中国之声第一套节目(CNR-1)。笔者家在北京,离复兴门外的广电总台直线距离不到7公里。空心线圈插入磁棒细心调节的话可以清晰收到另一个电台。
上几张成果图。
底座和面板用酚醛板制作,然后用打印机在贴纸上打印了面板的文字图案贴上。
正面顶面天地线的连接线、低阻耳机、高阻耳机、磁棒(怕摔碎用泡沫做了个保护壳),以及连接有线电视的接头。
全家福朋友送了一盒宁夏黑枸杞。枸杞效果如何不得而知,盒子不错,拿来装矿机了。
收纳起来最后,在设计装配这台收音机的时候笔者在网上查询了大量资料,在此对资料作者表示感谢。尤其是矿石收音机论坛各位老师,阅读大侠们的文章实是受益良多。