矿石收音机的原理和结构.doc

矿石收音机的原理和结构来源：科技小制作网 作者：皮蛋豆腐 时间：2009-09-18 这是为了配合科技小制作网的第一次活动制作矿石收音机，所作的专题之一：矿石收音机的原理及结构。 1、什么是矿石收音机所谓矿石收音机，就是利用天然矿石作为检波元件的（例如方铅矿），不需要电源的，一种早期的、结构简单的收音机。现在把用检波二极管来代替矿石，但是采用相同电路的也叫做矿石收音机。2、为什么要学习制作矿石收音机 矿石收音机是结构最简单的收音机，通过学习制作，可以很好地理解收音机的原理，即使最复杂的现代收音机，也不过是在此基础上的改进而已。推而广之，一切利用无线电的设备，接收无线信号的基本原理，都不过如此。因此学习制作矿石收音机，是无线电技术的入门功课之一。 3、通过学习制作矿石收音机，我们能够学到什么 a.无线电信号的发射、接收原理； b.什么是谐振回路，如何调谐； c.二极管检波电路； 下图是一种典型的使用二极管的矿石收音机，只有4个器件，当然要让它发声，通常还需要一根二、三十米长的天线： 这样简单的一套装置，就能收听到远方的无线电信号？我们平常见到的收音机可不是这样的啊！如果您还有所怀疑，且听我们从无线电信号的基本原理讲起，最终让大家彻底理解矿石收音机是如何工作的。 1、什么是无线电波 在中学学习过电磁学，就会知道竖直导体棒如果通过电流，周围就会环绕着磁场，如果通过导体的电流是周期性变化的，那么环绕它的磁场也会相应地发生周期性的变化。 如下图所示，如果电流变化的频率足够高，就会在空气中发生连锁反应，这个变化的磁场感生出另外一个变化的电场，而变化的电场又感生出另外一个变化的磁场循环往复，我们说形成了电磁波，在特定的频率内，我们叫这根导体棒发射出了无线电波。 2、如何接收无线电波 我们以矿石收音机常用的中波无线电为例，发射天线是一个几十米高的铁塔，可以看成是一根巨大的竖直导体棒。根据上面的描述，我们知道它产生的电场方向是上下的，磁场方向与电场垂直，是水平的。 根据电磁学的知识，我们知道一个线圈里有变化的磁场，就会感应出电流来。假如我们用一个圆环状的线圈做天线，把它放在无线电波的周期性变化的磁场里，那么线圈里就会感应出相应的电流，也就是说接收到无线电信号了。 为了让线圈能够接收到尽可能多的信号，线圈平面应该与磁场方向垂直，也就是说线圈必须竖直放置，“侧身”对着发射塔。 3、声音信号是如何通过无线电波发射和接收的 人类能够听到的声音频率在20到20000赫兹之间，这个频率远远低于无线电波的频率，例如中波无线电频率在545-1605KHz之间，也就是最低也要超过50万赫兹。声音信号因为频率太低，不能通过天线直接发射出去。 但是我们可以把无线电波当成马，让人类的声音信号“骑着”无线电波出去。如下图，无线电波的频率不变，但强度随着声音信号的变化而变化。 我们用天线接收到这种强弱不断变化的无线电波，通过收音机还原成声音信号，就可以用耳朵听了。 4、矿石收音机是如何工作的 矿石收音机有两个功能：a:接收无线波；b:将其还原成声音信号。 我们首先来说明如何接收无线电波。 首先应该有一个天线，我们以上面说到的圆环型天线为例，如下图，但是光有一个天线还不行，天线线圈两端还并联有一个电容。 我们平常使用收音机调台，调的就是这个电容，它也因此被叫做调谐电容。 声学里有个“共振”的概念，电磁学里同样也有。一个音叉的频率是1000赫兹，另一个音叉要与它共振，频率也要是1000赫兹。同样，1000千赫兹（1000KHz）的电磁波，要求接收天线的频率也是1000千赫兹。 决定音叉共振频率的因素有2个：它的材料和形状。铜和铁发出的声音频率当然不同，这是材料的影响；长条的和圆球的共振频率也不一样，这是形状的影响。决定无线电发射、接收装置频率的也有2个因素：线圈和电容器。我们用电感L来表示线圈的特性，电容C来表示电容器的特性。 我们把电容和电感一起组成的电路叫谐振回路，显然不同的电容C和电感L的组合对应不同的频率，假如我们要接收1000KHz的电波，通过调节电容和电感，让谐振回路的频率正好等于1000KHz，那么我们可以说这个回路对于1000KHz的电波调谐了。 一般每个电台都有一个自己的频率，比方中央人民广播电台是中波981KHz，矿石收音机装上天线，通过调谐装置，就能够收到想要的电台了。 再说如何还原无线电波里的声音信号。 天线收到特定频率的电波，把它变成电路里震荡的电流信号，让这个电流信号直接去驱动耳机，会听到声音么？如下图： 答案是不会！我们平常用的耳机里面有个小小的电磁铁，会吸引一个震动膜片。如果通过电磁铁的电流信号发生变化，在它的吸引下，震动片就发出频率和强弱都不同的声音来。我们来看下面这个图： 被音频信号调制过的无线电载波是以横轴对称的，即上下各有一条相反的音频包络线。耳机对高频载波的信号没有反应（即使有反应我们的耳朵也听不出来），只对音频包络线有反应。在T时刻，假设与之对应的上面的包络线上A点的电压是+2V，那下面B点的电压就是-2V，刚好与A点相抵消。这幅图上任意时刻都是如此情形，即音频载波反应在耳机上的电压是零，耳机膜片不会震动，当然就不会响。 可是在电路里串联一只二极管，情况就不同了。如下图： 二极管有个单向导电的特性，即它只允许正方向的震荡电流通过，反方向的时候电路相当于断开。反应在信号示意图上是这样： 即感应电流的下半部分被削去了，只剩下载波和一条音频包络线，这样在不同时刻加在耳机电磁铁上的电压不同，耳机就能发声了。 这就是二极管的检波作用，在二极管没被发明之前，人们发现有些天然的矿石具有单向导电性，可以用来检波，于是矿石收音机就诞生了！ 常规的矿石收音机电路还在耳机旁边并联了一只电容，它的作用是滤波。电容的特性是通高频、隔低频，用作载波的高频信号直接经滤波电容跑掉了，只剩下音频信号经过耳机发声，这样我们听到的声音会清晰一些。前面说了，无线电波不过是借用的马而已，我们真正要的是骑在马上的声