收音機原理

1、基礎無線電物理學及電波理論,電磁波在日常生活中無時無刻不在，從物理學的角度看，電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。電生磁，變化的磁生電，變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了不可分離的統(tǒng)一的場，既電磁場，電磁場在空間的傳播形成了電磁波，電磁波也常稱為電波。1864年，英國科學家麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎上，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，并推導出電波與光波具有同樣的傳播速度。1887年德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁

2、波的存在。,氣溫在15攝氏度的時候，聲音在空氣中傳播的速度約是340米/秒，聲音傳到1000米遠的地方大約是3秒鐘。而電磁波傳到1000米遠的地方，只需三十萬分之一秒，波速是電磁波單位時間內(nèi)傳播的速度，300,000,000米/秒，既30萬公里/秒，與光同速。 頻率或者波長是表達一個電磁波其內(nèi)在性質(zhì)的重要單位。 頻率是電磁波在一秒鐘內(nèi)電磁波振動方向改變的次數(shù)，而波長指的是電磁波每個周期的相對距離。頻率、波長、波速

3、三者之間的關系如下。,基礎無線電物理學及電波理論,,人類歷史上第一次無線電廣播? 1906年12月24日圣誕節(jié)前夕，在美國新英格蘭海岸附近穿梭往來的船只上，一些聽慣了“嘀嘀嗒嗒”莫爾斯電碼聲的報務員們，忽然聽到耳機中傳來了人的 說話聲、樂曲聲----朗讀《圣經(jīng)》故事、演奏小提琴和 播放亨德爾的《舒緩曲》唱片，最后還聽到了親切的祝福聲。報務員們聽到的就是人類歷史上第一次試驗性的無線電廣播....,基礎無線電物理學及電波理論,? 

4、0; 中波頻段大致為535kHz-1605kHz，主要靠地波傳播，也伴有部分天波；短波廣播的頻段約為2MHz-24MHz，主要靠天波傳播，近距離內(nèi)伴有地波。 調(diào)頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為88MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。    目前，地面的廣播電視分做VHF(甚高頻或稱米波)和UHF(特高頻或稱分米波)兩個頻段。,基礎無線電物理

5、學及電波理論,FM/AM/MW/SW/LW 一般中波廣播（MW）采用了調(diào)幅（AM）的方式，MW及AM之間就劃上了等號。    FM指一般的調(diào)頻廣播。    SW指的是高頻（HF:High Frequency）廣播。 以波長而言，中波（MW）介于200-600米之間，而高頻HF的波長卻是在10-100米之間，故HF稱做短波（SW：Shor

6、t Wave）。    同樣的，比MW更低頻率的150KHz-284KHz之間，這一段頻譜也是作為廣播用的，大約在1000-2000米之間，和MW的200-600米相比較長多了，所以把這段頻譜的廣播稱做長波（LW：Long Wave）。實際上，不論長波（LW）、中波（MW）、短波（SW）都是采用AM調(diào)制方式。,基礎無線電物理學及電波理論,20-3KHz為聲波,真實的經(jīng)歷隱藏起來的收音機 19

7、54年的第一臺晶體收音機問世 北京交通臺的短信平臺上，每天的短信流量就不下萬條。 調(diào)查，諾基亞發(fā)現(xiàn)有70%的人每周至少收聽廣播一次，如果條件允許，他們會經(jīng)常收聽廣播節(jié)目。,,基礎無線電物理學及電波理論,XM收音機 美國XM衛(wèi)星廣播公司在2001年先后發(fā)射了兩顆數(shù)字音頻廣播衛(wèi)星，XM衛(wèi)星收音機也就相應誕生了。 XM收音機最早由通用公司在凱迪拉克汽車中推出，后發(fā)展到家用領域 網(wǎng)絡電臺 網(wǎng)易將投資

8、上千萬元，并且計劃招募數(shù)百名NJ（Net Jockey網(wǎng)絡電臺主持人）組建網(wǎng)易廣播事業(yè)部；騰訊公司發(fā)布新產(chǎn)品“Q-radio”占領年輕聽眾；TOM公司與北京音樂臺合作將要推出自己的廣播業(yè)務；21CN開通網(wǎng)絡電臺欄目（radio.21cn.com），并與數(shù)十家網(wǎng)絡電臺和傳統(tǒng)電臺合作，準備建立亞洲最大的音頻社區(qū)等。,基礎無線電物理學及電波理論,為什么要用晶體管收音機作為實踐的項目,晶體管收音機雖小，但“五臟俱全” ，囊括了各類型收

9、訊機的單元電路框架，其原理和工作方式也基本相同。熟悉和掌握其工作原理并親自動手制作以取得這方面的感性認識，無論是對提高個人自身的實際電子技術水平還是日后接觸分析復雜大型設備電路時都將大有裨益。也正是這一原因，在科技高度度發(fā)達的今天，晶體管收音機尤其是分立元件構(gòu)成的晶體管收音機其原理學習和制作仍成為眾多電子類專業(yè)所必修的科目之一。,準備知識,? 半導體基礎知識及PN結(jié) ? 晶體二極管、晶體管及放大電路,第三章 晶體管收音機基本

10、電路,晶體管收音機與廣播電臺工作示意圖。,廣播電臺將聲音轉(zhuǎn)換成電信號、調(diào)制成電磁波并發(fā)射（調(diào)制）。,晶體管收音機接收和放大電波、解調(diào)并還原成聲音。,第三章 晶體管收音機基本電路,晶體管收音機分為直接放大式和超外差式兩大類。與直接放大式相比較，超外差式收音機具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好和失真度小等優(yōu)點，因而受到人們的歡迎。靈敏度、選擇性、失真度都是收音機的主要性能指標。 現(xiàn)解釋如下： ? 靈敏度：是指收音機接收微弱

11、信號的能力。 ? 選擇性：是指接收有用信號、抑制無用信號的能力，也就是分隔鄰近電臺的能力。 ? 失真度：是指收音機輸出信號波形與輸入信號波形相對比，失真的程度。,第三章 晶體管收音機基本電路,第一節(jié)  晶體管超外差式收音機概述 “超外差式”收音機與“直放式”比較有許多優(yōu)點，比較一下它們的基本工作情況就清楚了。 直放式收音機工作情況見圖 3.1,第三章 晶體管收音機基本電路,直放式收音機的特點

12、： 優(yōu)點——線路簡單，元件少，所以故障少。 缺點——所收到的電臺受外界干擾大（如發(fā)射電臺的遠近、附近地區(qū)的地形地貌、天氣等等），信號極不穩(wěn)定，聲音時大時小。 綜上所述直放式收音機缺點明顯大于優(yōu)點，故現(xiàn)在都不采用，已被淘汰。,第三章 晶體管收音機基本電路,超外差式收音機工作情況見圖3.2,第三章 晶體管收音機基本電路,超外差式收音機的特點： 優(yōu)點——由于具有本機振蕩環(huán)節(jié)、混頻環(huán)節(jié)和中頻

13、放大環(huán)節(jié)，使所收電臺受外界干擾小。既不論發(fā)射電臺的遠近、附近地區(qū)的地形地貌、天氣等等基本不受影響，信號比較穩(wěn)定。 缺點——線路比較復雜，元件稍多，故障稍多。 綜上所述超外差式收音機優(yōu)點遠遠大于缺點，故現(xiàn)在都采用此結(jié)構(gòu)。,第三章 晶體管收音機基本電路,超外差式收音機電路圖：,圖3.3 超外差式收音機電路圖,輸入調(diào)諧電路,本機振蕩和變頻電路,中頻放大電路,檢波級電路,前置低頻放大電路,功率放大電路,VT1 901

14、8F,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,GB3V,K,,,,T2,R1200K,R21K8,,C1103,C

15、2682,C310μ,C8100μ,LED?3紅,,,,,,,,,CA,T1,a,b,c,d,,,,CB,,T3,,VT2 9018F,,,,,T4,,,,R3120K,C4223,,,,,,,,,,,GL8Ω,J,R11330,,C9100μ,R6100,R7120,R8100,R9120,R10100,,,,,,,C5223,RP 5K,R430K,R5100K,C7223,C60.47μ,T

16、5,VT3 9018H(G),VT4 9014D,VT5 VT6 9013H,,第三章 晶體管收音機基本電路,第二節(jié) 輸入及變頻級電路2.1 輸入調(diào)諧電路(1) 電路的元件組成：主要由CA、 CA’ 、 L1組成,第三章 晶體管收音機基本電路,（2） 電路的作用：把我們所要聽的電臺選出來. ? 輸入調(diào)諧簡化電路圖: 將CA’、CA合并為C1A’,進一步簡化電路： 將線圈L1的電阻RL顯示出來, 組成

17、 RLC串聯(lián)諧振電路,圖3.5 輸入調(diào)諧簡化電路,VT1,,,,,,,,,,,,,,,,T1,R1,C1A’,C1,,,,,R2,L1,L2,,,,U+,,,,,,,C1A’,,L1,,RL,圖3.6 RLC串聯(lián)諧振電路,,,L2,第三章 晶體管收音機基本電路,RLC串聯(lián)諧振電路工作原理: 空間的電磁波將在電感線圈內(nèi)產(chǎn)生感生電動勢e1, e2,… e

18、N 。 調(diào)節(jié)可變電容C1A’， 使其中的某個感生電動勢ei 在RLC電路中產(chǎn)生共振,使該頻率信號在線圈L1中使UL1達到最大值，通過電磁感應將信號藕合到L2并傳入后面電路；同時也抑制了其它電磁波信號，達到了選臺的目的。,圖3.7 串聯(lián)諧振感生電勢路,第三章 晶體管收音機基本電路,收音機輸入調(diào)諧串聯(lián)諧振的條件是： 收音機的選臺一般均是調(diào)節(jié)雙聯(lián)電容的C1A，故上式可改為： 考察收音機選臺能力的指標是品質(zhì)因數(shù)Q，Q值越大選臺能力越

19、強，既分辨率越高。 Q值定義為：,第三章 晶體管收音機基本電路,2.2 變頻級電路 本機振蕩器元件組成: 主要由VT1 、CB、CB’、L3 、L4組成。作用:產(chǎn)生比外部電臺信號高一個固定中頻(中波為465KHZ)的等幅高頻信號。,,圖3.9 本級振蕩和變頻電路,CA,,,,,T1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R1,R2,,

20、C1,C2,T3,T2,CB,CA’,CB’,L1,L2,L3,L4,CZ1,,,L6,L5,,,,,,,,,,,,,,VT1,第三章 晶體管收音機基本電路,圖3.10 本級振蕩電路,,? 工作原理: T2的L4與CB CB’ 為串聯(lián)振蕩，產(chǎn)生比外部電臺信號高465KHZ的中頻等幅信號。其原理是在接通電源的瞬間在沖擊電流的作用下產(chǎn)生諧振并不斷加強，最后達到穩(wěn)定。繞組L3在晶體管VT1的作用下形成正反饋效果，防止信號衰竭。運用信號發(fā)

21、生器，調(diào)節(jié)T2的磁帽可得到較準確的465KHZ信號。此過程叫“自激振蕩”，調(diào)整好的收音機會自動完成。 電容C2的作用是藕合L4的中頻等幅信號到VT1的發(fā)射極，與基極輸入信號形成混頻。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R2,,C2,T3,T2,CB,CB’,L3,L4,CZ1,,,L6,L5,,,,,,,,,,,,VT1,,第三章 晶體管收音機基本電路,2.變頻級電路元件組成:

22、 主要由VT1、T3、C2 、R2等元件組成。作用: 主要是將接收下來的在收音機接收范圍內(nèi)的任意信號頻率的高頻信號都轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€固定的中頻信號(465KHZ),然后送到中頻放大級去進行放大。,第三章 晶體管收音機基本電路,工作原理: VT1基極輸入的是外部信號，而發(fā)射極輸入的則是本振信號，由于VT1本身的非線性作用，則在VT1的輸出端集電極會出現(xiàn)f外、 f振、 f外+ f振、 f外–f振等多種頻率

23、的分量，完成混頻。 T3的L5與CZ1形成并聯(lián)諧振，諧振頻率 ，調(diào)節(jié)T3的磁帽即調(diào)節(jié)了電感量，即調(diào)解了諧振頻率.從而達到選頻目的，即可得到較準確的465KHZ中頻信號。,,第三章 晶體管收音機基本電路,,第三節(jié)    中頻放大級電路元件組成：主要由VT2、T3、T4等組成。2. 作用：放大中頻信號的幅值，使之達到檢波器所需的電平值。,,

24、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T3,VT2,R4,C3,R3,,C5,CZ2,L5,L6,L7,L8,,,,,,T4,,U,,,,圖3.12 中頻放大電路,,,,,,RP,CZ1,VT3,,,,,C4,,,第三章 晶體管收音機基本電路,,3. 工作原理：前級變頻信號通過T3的諧振濾波后為465KHz的中頻載波信號,經(jīng)T3的藕合由L6進入VT2的基極進行中頻

25、放大，放大后的中頻信號通過T4輸出。T4的L7和CZ2再次組成并聯(lián)諧振電路，其作用仍然是濾掉雜波。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T3,VT2,R4,C3,R3,,C5,CZ2,L5,L6,L7,L8,,,,,,T4,,U,,,,圖3.12 中頻放大電路,,,,,,VT3,RP,,,,,C4,,,第三章 晶體管收音機基本電路,,并聯(lián)諧振電路中電感、電容和

26、頻率之間的關系是： 或,第三章 晶體管收音機基本電路,,第四節(jié) 檢波器及自動增益控制電路,,4.1 檢波器電路 4.1.1 二極管檢波元件組成: BG3、R8、W、C11 、C12等 。 2. 作用: 利用二極管的單相導電性將低頻(音頻)信號從高頻調(diào)制信號中分離(檢出)出來，并進行濾波，然后送到低頻放大器進行低頻放大。,,,,,,,,,,,,,,W,C8,R8,B4,

27、,,,檢波二極管,圖3.13 二極管檢波電路圖,,,,,,,,,,,,,BG3,C11,C12,,Π型濾波器,,第三章 晶體管收音機基本電路,,3. 工作原理: B4的副繞組L8中的中頻調(diào)制信號通過BG3后將中頻信號的負半周保留（二極管導通，R8、W上有電壓） ，而將正半周削掉（二極管截止，R8、W上無電壓）；通過π型濾波器將高頻成分濾掉而保留包絡線形狀。通過電位器W的分壓，再經(jīng)過電容C8的隔直藕合，這樣就將音頻信號分離(檢出)

28、出來，送到低頻放大器進行放大。 此過程又叫“解調(diào)”。,,,,,,,,,,,,,W,C8,R8,B4,,,圖3.13 二極管檢波電路圖,,,,,,,,,,,,BG3,C11,C12,,L8,,第三章 晶體管收音機基本電路,,,4.1.2 晶體管檢波電路 1. 元件組成: BG3、RP、C5等 。 2. 作用: 將低頻(音頻)信號從高頻調(diào)制信號中分離(檢出)出來，送到低頻放大器進行放大。,L8,VT3,,

29、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R4,RP,R5,C6,R8,C5,VT4,,,,,圖3.13 檢波器電路圖,,,,,,,R3,,U,第三章 晶體管收音機基本電路,,第四節(jié) 檢波器及自動增益控制電路,,晶體管VT3等效電路如下：,VT3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R4,RP,R5,C6,C5,VT4,,,,,圖3.13 檢波器電路圖,L8,,,,VT3,,,,,,,,,

30、,,,,,,,,R4,RP,C5,L8,,,,,,,圖3.13’ BG3等效電路圖,,,,,,,,,,,第三章 晶體管收音機基本電路,,VT3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R4,RP,R5,C6,C5,VT4,,,U,,,,,圖3.13 檢波器電路圖,3. 工作原理: T4中的L8將高頻調(diào)制信號送入VT3的基極，通過VT3的基-射結(jié)（二極管）將高頻調(diào)制信號的負半周截掉，保留正半周信號；再經(jīng)過電

31、容C5的濾波，這樣就將音頻信號分離(檢出)出來，還原成音頻信號，通過音量電位器送到低頻放大器進行放大；既“解調(diào)”過程。 因VT3為射極跟隨器電路，它在此環(huán)節(jié)中除擔任檢波功能外，還具有電流放大和功率放大功能。,T4,L8,,第三章 晶體管收音機基本電路,,4.2 自動增益控制電路(AGC) 1. 元件組成: 由R3、C3、VT2、VT3等。,2. 作用: 當電臺信號發(fā)生強弱變化時，收音機輸出的功率或電壓幾乎不變；在接受強

32、電臺時不致使后級的晶體管發(fā)生失真現(xiàn)象。,圖3.14 自動增益控制電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T3,VT2,R4,C3,R3,,C5,CZ2,L5,L7,L8,,,,,,T4,,+U,,,,,,,C4,,,,,VT3,第三章 晶體管收音機基本電路,3. 工作原理: 當電臺信號增強時，VT2的基極為“+”，因VT2的“倒相”作用，其輸出為“-

33、”；因T4的同銘端的關系，使VT3的輸入為“+ ”，其輸出為“-”，通過R3耦和到VT2的輸入端，消弱了它的輸入信號。若電臺信號減弱時，AGC電路對VT2輸入信號的減弱程度要小的多，基本達到使收音機輸出的功率或電壓幾乎不變的功能。其本質(zhì)是負反饋工作過程。,圖3.14 自動增益控制電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T3,VT2,R4,C3,R3,,C

34、5,CZ2,L5,L7,L8,,,,,,T4,,+U,,,,,,,C4,,,,,VT3,第三章 晶體管收音機基本電路,第五節(jié) 前置低頻放大及功率放大電路,5.1 前置低頻放大電路元件組成: 由VT4、C6、 C7、 R5、T5等組成。作用: 將檢波器送來的低頻信號進行放大，使之具有足夠的信號幅度來推動功率放大級。,,圖3.15 前置放大電路,,,VT4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C6,C5,R5,T

35、5,+U,,,,,,RP,VT3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R7,,R8,R9,R10,,C7,,第三章 晶體管收音機基本電路,3. 工作原理: 其工作過程與前面的中頻放大基本相同，是共發(fā)射極接法。輸入為阻容藕合，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，頻率響應好。負載為變壓器，優(yōu)點是通過變壓器的原、付繞組的匝數(shù)比的計算可以改善阻抗匹配，實現(xiàn)放大器的最大輸出增益。 下面看輸入輸出效果。,,,圖3.

36、15 前置放大電路,C5,,,,VT4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C6,R5,T5,+U,,,,,,RP,VT3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R7,,R8,R9,R10,,C7,,第三章 晶體管收音機基本電路,5.1 功率放大電路元件組成: 由T5、R7 、 R8、R9、R10 、 VT5、 VT6、 C9、等組成。作用: 將低頻信號進一步放大，使之產(chǎn)生足夠的功率以使揚

37、聲器（喇叭）放出足夠的音量。3.靜特性:由于R7+R8=R9+R10，則VA =1.5V。而R7、R8和R9、R10再次對1.5V進行分壓，使VT5和VT6勻處在微導通狀態(tài)（約0.6V）.,圖3.16 功率放大電路,,,,,,,VT4,,,,T5,+U,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R7,,R8,R9,R10,,C9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,GL,J,

38、,A,,VT5,VT6,,第三章 晶體管收音機基本電路,4. 工作原理: 因T5具有兩個匝數(shù)相同的副繞組，在T5原繞組加一正弦波時，則在副繞組會有兩個相同的正弦波分別加在VT5、VT6的輸入端。因VT5、 VT6 均處在微導通狀態(tài)，則正弦波的正半波時VT5 導通， VT6 截止；當正弦波的負半波時VT5 截止， VT6 導通；既在一個完整的正弦波作用于VT5、VT6 的,,,VT4,,,,,,T5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

39、,,,,,,,,,,,,,,,R7,,R8,R9,R10,,C9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,J,,,A,,VT6,,,,,VT5,,,,,,,,,輸入端時，它們各自輪流導通一次，在喇叭GL上合成為完整的正弦波,電流方向如圖.,,GL,+U,第三章 晶體管收音機基本電路,此種工作方式象一推一拉，故稱“推挽式”功率放大電路。由于沒有輸出變壓器,又稱“OTL”電路. 5. 幾點說明:? LED為