矿石收音机制作详解

矿石收音机制作详解

无线电通讯发明至今已经有一世纪的历史了，它在人类文明进步中，扮演着相当重要的角色。藉由通讯技术的发达，一切知识的传播不再有障碍，使得科技进步一日千里。在今天，无论是出门人手一支的行动电话或是越来越流行的无线网络及蓝芽接口(Blue Tooth)都是无线通讯的应用范围。其中，最早融入人们生活中的无线电技术，应该就属于收音机广播了。

收音机，这个古早以前被视为"有钱人的象征"的"高科技产品"，到现在已经是超级平民化的东西了(甚至有公司行号大量制作印有自己品牌的迷你收音机作为具有广告效果的礼品)。本装机报告所讲解的就是一台最简单的收音机。当然，这个机器并非DZ的套件，其破烂的音质更与Hi-End音响没有任何关联，纯粹是好玩而已，如果您追求的是完美的音响系统，那么不妨可以略过这篇吧。

超级简单的电路架构

小弟我喜欢听收音机广播，晚上睡不着觉，就喜欢拿出放在床边的迷你收音机来听，有时听听警广DJ那流畅到惊人的路况报导，有时候听听中广新闻网午夜的广播剧，或是转到非常具有乡土味的"健康食品介绍节目"，听听DJ用非常有趣的台语介绍着产品或是和听众聊天....收音机就这么陪伴着我度过无数个漫长的夜晚。自从开始接触音响DIY以后，任何与音响有关的机器都想要自己动手来装一下，当然，收音机也不例外，于是我跑了几趟图书馆，逛了一些网站，决定来装一台简单的收音机玩玩！

图说：没错，就是这么简单！

您一定开始怀疑了..收音机的电路有这样简单吗？

所以说才是最简单的收音机啊！这机器最特别的一点就是它根本不需要供应电源！看到这个电路，相信或许\勾起一些火腿老前辈们的回忆吧.....。这个电路在20世纪初就被发明，当时人们发现了一些天然矿石具有单向导通的特性，于是就制作为最早的二极管，利用这样的二极管，制成了最早期的收音机，于是就命名为矿石收音机(Crystal Radio或是缩写为X’tal Radio)。

在解释这个电路之前，必须要先来说明一下AM无线电的基本原理。所谓的AM就是调幅(Amplitude Modulation)广播，也就是讯号的形式是频率固定，只有振幅的变化。这样讲似乎还是很抽象，那么，请看下图：

图说：AM广播的讯号示意图。

如左上图所示，声音讯号是经由麦克风等设备转换而来的电压讯号，因为是人类所能听到的频率，故一定在20~20KHz之间，此频率是无法做长距离传输的，必须做”混频”的动作，也就是将此声音讯号加上左图下方的高频弦波讯号(称为”载波”)。两讯号相加，得到右边的讯号，就是可以作为长距离传输的AM讯号了(称为调变讯号)。此讯号的频率是载波的频率，但是其讯号摆\幅却是声音讯号。在了解将声音变为AM讯号的过程后，就可以了解要如何将这个讯号还原为我们所能听到的声音了。

图说：经过检波，滤波后的讯号。

如上图所示。首先，将AM讯号以最简单的方法进行半波整流(在收音机中称为”检波”)，截去讯号的负半周，只留下一半的讯号。然后，只需将高频载波以滤波器滤掉，即可得到我们所要的声音讯号了(但是此声音讯号有一个直流偏移电压，怎么办？后面再说)。

但是，又要面对另外一个问题了。我们所处在的环境中，存在着非常非常多种不同频率不同传输方式的讯号。例如我们可以在同一个地方以收音机听到广播电台，也可以用行动电话传简讯，可能还能用无线网络上DZ去抢购套件，万一没抢到还能去留言板发表一下赌烂的心情……，那么，收音机是如何知道现在它应该把哪个电波抓出来做检波呢？

以台北地区来说，中广新闻网是AM657KHz，这个657KHz指的就是此频道的载波频率。如前述，AM广播的讯号频率就是载波的频率，所以，只要收音机有办法准确的从众多无线讯号之中挑选出657KHz 的讯号，交给后面的电路做载波滤波的动作，我们就有办法听到中广新闻网了。要达到这个功\能，就必须使用一个”带通滤波器”，何谓带通滤波器呢？我们知道，低通滤波器就是将高频率掉，让低频通过，高通滤波器就是滤掉低频，让高频通过。那么带通滤波器就是滤掉低频以及高频，只留下一段频率范围：

图说：以横轴为频率，纵轴为衰减所画出的坐标图。

如上图(这只是一个示意图，完全不考虑精确性)，假设我们想收听的频率是657Khz，那么这个滤波器的输出就应该滤掉比657KHz高以及比657KHz低的所有讯号，只留下所需要的讯号。在滤波器的数据之中，我们如果想知道它准确的滤波频率，通常都是以”讯号量衰减至-3dB时的频率”为准，此频率就称为-3dB频率(或称为半功\率频率)。

(注：电压增益值dB的计算公式=20 log (Vo/Vi)，也就是当衰减量为-3dB时，电压衰减为0.7倍左右，此增益计算方法无论在衰减或是放大器都是相同的，只是结果有正负号的差别。)

那么，要如何以电路做到这个带通滤波器呢？在图一的电路图中，用的是以下的方式：

图说：此收音机所使用的选频电路。

这个滤波的电路是最早被运用在收音机中的。它的效果并不好，但是却非常的简单。图中L是电感，C是电容。电感的特性是可以让低频通过，留下高频。而电容的特性刚好相反，可以让高频通过，但是会留下低频。将此两种特性的电感以及电容并联，如图所示，在输入端接天线以及地线，则由空气中而来的无线电波会进入此电路中。大部分的低频经由电感流入接地，大部分的高频也经过电容流入接地。

然而，此图中的零件数值都是固定的，当我们想要更换不同的接收频率时，无法调整。如果想要随心所欲的调整接收频率，则图中的电感或电容必须要是可以调整其电容或电感量的。最早期的矿石收音机所

使用的是可变电感，因为可变电感可以自己制作，成本较低，但后来所有的收音机都改为可变电容，可省去制作的麻烦，图一中的电路就是使用可变电容。在收听时只要调整可变电容的数值，就可以改变滤波器输出端的频率了。

电感得自己动手绕

在经过选频以后的无线电波，已经是比较单纯，特定频率的讯号了。如图三，此时即需要做检波的动作。检波最简单的方法，就是经过二极管做半波整流，滤掉其中半个周期的讯号，成为有脉动的直流讯号。因为此处的讯号无论电压电流都非常的小，所以必须采用非常灵敏的二极管。在此选用1N60这个检波专用的二极管。这种二极管在数十年前刚出现时价格非常的惊人，但是随着半导体技术的进步，目前的价格大概是一支NT.2元左右，超级的便宜。经过检波的讯号，已经可以直接接往耳机了收听了。因为耳机本身有电感量存在，所以即使还有高频载波存在，也无法进入耳机。

非常简单的电路，在稍微看懂以后就可以开始动手了。第一个头痛的问题就是电感了….。在以前，许\多的电子材料行有贩卖专门给AM 收音机使用的天线线圈电感，但是现在去哪里找呢？所以只好自己来绕制这个电感。电感中心使用直径约1.5吋的圆管，无论是纸管，塑料管都可以。小弟我使用的是垃圾袋中间的圆管。将圆管切到适当的长度，并且以28号漆包线在上面紧密整齐的缠绕100~110圈：

图说：线圈要紧密，并且依照同一个方向缠绕。

接着，在纸管两端装上两个L型金属片，将漆包线末端的漆刮除，焊