矿石收音机二极管的应用和选择

矿石收音机二极管的应用和选择

二极管

哪些二极管最适合我的矿石收音机？

你可能以为是一个有尽可能低的电压降（voltage drop），同时又能对小信号检波的二极管。

但是，具有低电压降的二极管，也有较大的反向电流（reverse current，又称为 leakage current，即漏泄电流）。一部分检波信号将会因此漏泄掉，于是检波器电路成为沉重的负载，导致它的品质因数Q降低，使接收机的频带宽度增大（即选择性降低）。

电压降每减少20mV，反向电流大约将会加倍。

因此，我们需要在低的电压降和小的反向电流之间寻求妥协。二极管的选择取决于接收机所用的负载电阻RL。在我们所举的例子里，负载电阻就是音频变压器的阻抗。

如何确定RL的数值，我们将在另一篇章说明。

二极管在零电压的时候有一个确定的电阻。这个在零电压时的二极管电阻我们叫它Rd。二极管的反向电流越小，电阻Rd就越大。

当Rd等于调谐电路的阻抗Rp和负载电阻RL的时候，接收机得到最高的灵敏度。

Rp随调谐频率而定，我们采用调谐范围中间的Rp数值。例如在中波范围，可以用1 MHz时的Rp值。

如果已经知道检波电路的品质因数Q和检波器线圈的电感（L），可以用下面的公式计算Rp的数值：

Rp = 2.pi.f.L.Q （Ω）

pi = 3.14

f = 调谐范围中间的频率（Hz）

L = 检波器线圈的电感（H）

Q= 检波电路的品质因数

如果频率是1 MHz，电感是0.2 mH （0.0002 H），品质因数Q是250，则Rp等于314KΩ。

我们必须使使负载电阻也大约是314KΩ。实际上就是说要用一个音频变压器把314KΩ转换成扬声器的阻抗。

二极管的Rd是多少呢？我们可以用这个公式计算：

公式之一：Rd = 25,000,000 × n / Is

Rd = 在零电压时的二极管电阻（以Ω为单位）

n = 理想系数（ideality factor）这个系数越小越好，在1.0 和 1.1 之间是好数值。

Is = 饱和电流（saturation current ）（以nA为单位）

n 和 Is 的数值有时可以在二极管的数据表找到。

下面的表格列出几种肖特基二极管（ Schottky diode ）的特性参数，包括它们的理想系数、饱和电流、零电压时的二极管电阻、最大反向电压和零电压时的电容等。

二极管电阻Rd不需要精确地等于负载电阻RL，相差2或3个系数（注：不太了解原文factor在这里的意思，是否可以解释为倍数？）是可以接受的。

为了降低Rd的数值，我们可以把二极管并联。两个相同的二极管并联的时候Rd 的数值将会减半；三个二极管并联的时候Rd的数值将会变成三分之一…

我们也可以输入一个小的直流偏置电流（例如0.1uA）通过二极管，降低Rd的数值。偏置电流越大，Rd就越小。

当我们使用直流偏置电流的时候，可以用下面的公式计算二极管电阻Rd：

公式之二：Rd= 83,300 × n × T / (Ib + Is)

Rd = 在某一个直流偏置电流数值Ib 之下的二极管电阻

n = 理想系数

T = 绝对温度K （K = 摄氏温度 + 273）

Ib = 通过二极管的直流电流（以nA为单位）

Is = 二极管饱和电流（saturation current ）（以nA为单位）

公式之一和之二实际上是相同的，只是在公式一中，假定温度是300K， Ib是零。在二极管的两个连接点之间，有一个确定的电容。如果这个电容相当大，则在高

频的调谐范围将会受到限制。

锗二极管、硅二极管和肖特基二极管

随着制造时所用的材料不同，我们可以把二极管区分为硅二极管、锗二极管和肖特基二极管。

硅二极管的电压降最大（约0.5V），因此不很适合用于矿石收音机。除非使用一个小的直流偏置电流，使二极管提升到导通状态。

锗二极管的电压降比较小（约0.2V），经常用于矿石收音机。但是，即使是相同型号的两个锗二极管之间，它们的电压降和反向电流也可能相差很大。实际上我们可以在矿石机上测试几个锗二极管，然后挑选最好的。

在大多数情况下，锗二极管的电阻Rd不能满足高Q值检波电路的要求，最好是选择具有正确电阻Rd的肖特基二极管。

肖特基二极管的电压降也比较小（约0.2V），相同型号的两个二极管之间，它们的电压降和反向电流也相差很小。因此具有适当Rd数值的肖特基二极管非常适合用于矿石收音机。

参加竞赛的矿石收音机

2003年在荷兰，我用这个Wedstrijdontvanger 矿石收音机参加命名为“Back

To the Future”（BTTF，回到未来）的矿石收音机竞赛活动。在七天的竞赛中，我们每天接收尽可能多的电台。我接收到的电台总共是460个（约每天65个），取得了胜利。其中不同的电台113个，遍布整个欧洲和北非洲。

这个收音机有两个回路― 天线回路和检波回路。接收电台的时候必须同时调整两个回路。调整可变电容器和线圈抽头使天线回路和天线得到最佳耦合。在竞赛中我多数用50%的抽头。连接天线的可变电容器一定要转到较低数值（例如50pF）从而使接收机得到高选择性，相邻的电台能较好地分离。

天线线圈和检波线圈之间的距离可以调整，相距12公分最好。缩短距离将使选择性变坏。

线圈是蜘蛛网式，电感0.2mH，Q值是250。线圈在1MHz的并联电阻Rp是314kΩ。

音频变压器的负载电阻RL和二极管电阻Rd选择到与Rp的314kΩ匹配，以取得最大功率传输。我用四个初级阻抗各80kΩ的变压器串联，因此总阻抗达到

320kΩ。

一个变压器的输出阻抗是16Ω。通过既并联又串联的组合，使四个变压器的阻抗仍然保持16Ω。

扬声器是一个用在运动场的号筒喇叭的驱动器。本来这个驱动器是安装在号筒上的，但是收听的时候我不用号筒，只是把驱动器直接贴近耳朵。驱动器的效率很高，达到112.5dB/watt/meter（即输入1W的时侯，在距离喇叭1公尺的地方，声压达到112.5分贝）。这个驱动器比一般的耳机或晶体耳塞灵敏得多。

当接受强信号电台的时候，保持变压器初级的音频阻抗（320kΩ）和变压器的直流电阻相等很重要，否则将会出现严重的失真。因为变压器的直流电阻很小（只有几个kΩ），我加入一个串联的330kΩ电阻，再并联一个电容器让音频电流通过，所以在电阻两端的音频信号没有损失。

在330kΩ电阻两端可以测量直流电压，指示所接收电台的信号强度。在这里应该用高阻抗（例如10MΩ）的电压表。

在竞赛中我使用这条天线：