收音机原理及历史简析

1、电工电子实习资料查询报告 学院： 光电工程学院 专业： 光电信息科学与工程(工) 学号： 140212413 姓名： 张帅 摘要：对于普通老百姓来说，收音机是一件好东西。听听新闻、歌曲、评书现在，很多城市都有着多套广播节目，节目也是越来越精彩。如果你的收音机能够接收短波和中波，那么你就真的可以坐在家中听世界了。收音机的存在丰富了我们生活，在本文中介绍了收音机的发展历史以及常见的收音机原理。也介绍了除基于双D触发器的电子蜡烛之外，新兴电子蜡烛的电路原理。关键词：收音机；发展历史；原理；电子蜡烛一、收音机 一、历史演变 一百多年前，在这一刻一位年仅31岁的犹太青年科学家海因里希·鲁道夫&

2、#183;赫兹的名字被永远留驻在了一本名为“科学”的史书上。他在他的实验室里证实了电磁波的存在! 在向伟大的赫兹先生致敬完毕之后我们的文章正式开始。首先我们将时代拉回到收音机发明的前夜那个信息发布方式落后的年代。当时的人们肯定不会想到过了这个漆黑，寂静而看似普通的夜晚，他们忍受了千年，也使用了千年的信息广播方式(报纸)正在被世界上某个角落里而的一群人改变着。无论是波帕夫抑或是马可尼.波波夫(学术界对收音机的发明者有争议)他们或许从来没有想过这个看似普通的夜晚他们的新发明会将人类社会引入一场怎样的巨大变革之中。在影响人类社会的100项科技进步中收音机的发明排在了很靠前的位置仅仅次于火的使用、车轮

3、、与印刷技术对人类社会带来的推动，在有了收音机这种全球通讯用具后，各国之间的信息交流恍然间加快。我们现在生活中不可或缺得电视机、人造卫星、手提电话全都起源于收音机技术。1、不用电的收音机1900年的时候，一个叫做Greenleaf Whi nier Pickard的人制作了世界上第一台矿石收音机。矿石收音机的诞生宣告着一个时代的开始，一个收音机成为消费品进入千家万户的时代，矿石收音机是一个简单的无线电接收机，由长导线天线，用于选择信号频率的一调谐器和由二极管解调器构成的检波器组成，这种收音机的最大特点是不需要任何的电池和电能就能够工作。2、电子管收音机19世纪20年代初期是电子管收音机疯狂增长

4、的一个年代，其一在上面已经说过了得益于军事科技的发展，其二在1920年美国匹兹堡KDK电台作为世界上第一家商业电台面向民众正式开播之后，人们对信息压抑百年的渴望如决堤的水坝一样汹涌而出。在短短的2年之内到1922就以惊人的速度在美国范围内增长到了500家。如果能回到那个时代，你站在美国任何一家电器商店前都会看到蜂拥购买电子管收音机的普通民众排出了一条龙般的队伍。电子管收音机的风靡程度可见一斑。电子管收音机相对于早期的矿石收音机来说，最大的优势在于其使用方便且.音质浑厚，使用者不需要具有专业的电子基础就可以良好的对收音机进行操作，由于采用一单独供电及电子管对电路进行放大，对信号强度的要求相对矿石

5、收音机来说要低很多很多，这一优势为电台的普及架设提供了良好的硬件基础。3、开创半导体时代1954年11月份是收音机发展史上的又一个节点，由美国印第安纳州的印第安纳波利斯市工业发展工程师协会Regency部研制研制的世界上第一台超小型晶体管收音机以高昂的售价投入市场之中，其售价为49. 95美元(相当于2005年的361美元)，虽然价格高的超乎想象(当时一台很好的电子管收音机不过15美元)，但也在一年之间创造了销售巧万套的惊人成绩。晶体管收音机的放大单元使用晶体管代替了电子管，因而比电子管收音机更小巧，更省电。1950年代典型的便携式(电子管)收音机大小如同午餐盒，内置多个大型电池:一个或者多个

6、A型电池负责加热电子管灯丝，剩下的45-90伏特“B”型电池给其他电路供电。而一个晶体管收音机完全可以装到口袋里，重量不过250克，用手电筒的电池或者单节9V电池供电。4、DSP收音机DSP是一种独特的微处理器,（类似于电脑CPU那样的集成电路芯片）。采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上,直接用软件编程实现收音机的各种功能。包括接收、中频处理等。这种收音机无需调试，一致性很好。可扩展至SSB，同步检波，二次变频等高级功能。这种选择了DSP芯片以软件为核心的收音机称为DSP收音机。此类收音机打破了传统收音机的电路模式，采用美国SILICON LABS 的数字信号处理(DSP)芯片，

7、对模拟广播信号进行数字化转换，并利用现代软件无线电原理对其进行处理和解调，极大的提高了灵敏度、选择性、信噪比和抗干扰能力。由于采用了数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，直接用软件编程便可实现收音机的各种功，包括接收、中频处理等。这种收音机无需调试，一致性很好，可扩展至SSB，同步检波，二次变频等高级功能，不需要人工调校（传统的调幅/调频解决方案可能需要4个阶段的手动调校）。二、收音机分类体积从体积大小上可基本分为袖珍型、便携式、台式收音机。波段从波段上基本分为调频与中波二波段收音机、短波与调频二波段收音机、短波与中波二波段收音机、3-4多波段收音机（调频|中波|1-2短波）、5-

8、14多波段收音机（调频|中波|3-12个短波）、全波段。市场上单波段、二波段收音机较少，融调频、中波与短波为一体的多波段收音机为多。功能从功能上可以基本分为传统机械指针式收音机、非存储模拟调谐数显收音机、能存储电台频率的PLL合成数字调谐收音机、DSP电子数调机。价格和性能1低档类收音机：50元以内的收音机。2中档类收音机：具有下列2个特点以上的收音机：全波段、数字调谐、DSP、同步检波、二次变频。3高档类收音机：具有下列不少于下列2个特点的收音机：全波段、航空、SSB、二次变频、同步检波、调频RDS、存储电台、定时开机、数字显示。三、实验原理1、六管收音机六管收音机是中波段调幅袖珍式半导体收

9、音机。频率覆盖范围为 5351605kHz，输出功率，不失真功率为 50mW；最大功率为 150mW。该收音机的电路组成如图 一所示。它主要包括接收回路、高频放大与变频电路、中频放大、检波、音频放大（含功率放大）等。其各部分电路功能如下。1.1 接收回路由磁棒线圈 L1 和可变电容器 C1a串联而构成。当接收回路与空中电台的频率信号发生串联谐振时，回路中的电流最大，此信号能通过 L2 耦合到变频级进行处理，而未发生谐振的电台信号被抑制而进不了收音机。所以接收回路又称为选台电路。1.2.高频放大与变频电路由接收回路选择出的电台信号通过 L2 耦合到VT1 的基极，并经放大后与由其发射极输入的本机

10、振荡信号进行变频后，由串接于集电极中的中周谐振器 B3 选择出中频信号（f=465kHz），送入下一级中频放大器。1.3.两级中放 VT2、VT3进一步对中频信号进行选择和放大。1.4 检波电路它是由 VT3 的非线性及低通滤波完成的。作用是检出音频调制信号（有用信号），去掉中频载频信号，再经电阻 R6 将音频信号送至音量电位器 W，再经电容器 C8 送至前置放大器 VT4 的基极。电容器C5、C6 是中频信号的旁路电容。1.5. 音频前置放大器VT4 为音频前置放大器。其功能是把输入的音频信号加以放大并用输入变压器次级分成极性相反的两组信号输入推挽功率放大器。1.6. 音频功率放大器由 VT

11、5 和 VT6 组成推挽功率放大器。其中 VT5放大音频信号的正半周，VT6 放大音频信号的负半周，并用输出变压器的次级把音频信号正负半周合起来推动喇叭发声。图一2.调频收音机的基本原理 图二为以C'D9088为核心的集成调频收音机电路图。本实验从电源供电电路、CD9088单片调频接收电路和TDA2822音频功率放大电路3个功能模块出发，重点内容为调频模块。2.1电源供电电路.本收音机为3V直流电源，分三路向整机供电:第1路接至TDA2822的2脚，为音频功放集成电路模块供电;第2路以R7为限流电阻，接至C'D9088的4脚，为单片调频接收模块供电第3路以R9为限流电阻，向LE

12、D(Light Emitting Diode)发光二极管供电，为整机供电正常提供指示.2.2CD9088单片调频接收电路.内部集成了中心频率为70 kHz的混频器、中频滤波、中频放大和检波、本地振荡、自动频率控制的电子调谐以及静音控制模块，能完成从射频输入到鉴频输出的功能CD9088外围引脚与外接元件功能由天线接收到的调频无线信号，经11,12脚进入混频器，与本地振荡信号做混频，得到70 kHz的中频信号;经中频滤波器去掉杂波后，该信号在中频放大器内做限幅放大，再由鉴频器获得音频信号，最后由2脚输出。2.3 TDA2822音频功放电路.该集成电路为双声道音频功率放大器，最低工作电压为1. 8

13、V，内部包含两路完全相同的放大器，不仅可以用于立体声音频功放模式，而且可以串接形成桥式单声道功放模式，其中，2脚为供电端，4脚为接地端，6,7脚分别为两路放大器的音频信号同相输入端，5,8脚为对应的反相输入端，3,1脚为对应的音频功放输出端.图1中TDA2822工作在桥式单声道模式，音频信号经波段开关选择输入，再由R6,C18祸合至音量开关，经7脚输入TDA2822，放大的音频信号由3脚和1脚输出至扬声器或耳机.图二三、外差式八管收音机外差式八管收音机的电路是在传统的六管收音机的基础上进行了性能的改造与升级。差式八管收音机的电路原理图如图三，在电路中C1a与C1b两个电容为双联电容，在收音机选

14、台的时候C1a与 C1b两个电容的大小同时发生改变，其并联的两个电容C1at与C1bt是两个微调补偿电容，在原理分析的时候不做考虑。C 1 a 与变压器 T 1 的初级线圈组成的就是一个高频电子线路中非常典型的LC谐振回路，在收音机中，主要就是通过本谐振回路的频率来达到选择空间电台信号频率的作用。空间的无线电信号经过初级线圈选频变成了在初级线圈中的感应电动势，经过T1耦合到三极管VT1的基极。C1b与变压器T2的初级线圈组成了 LC谐振回路，通过电容C2耦合到VT1 的射极，其谐振频率收到C1b的影响，因为在收音机选台的时候C1a与C1b两个电容的大小同时发生改变，所以两个谐振回路的频率之间保

15、持两个回路频率之间的差值为定值，按照国家的规定，这差值465kH z，通由此，不管收音机收取的是多少频率的电台信号，最终都变成了固定的 465kHz的信号。基于这样的工作原理的收音机就被称为外差式收音机，电台信号与本振信号经过VT1 混频输出后，经过以VT2以及T4等组成一级中频放大之后，再次送入 VT3 以T5组成的选频放大电路进行放大。两次中放之后的信号通过变压器耦合至VT4为核心的二阶检波电路，检波之后的低频信号由电位器 R P 取样输出，送至以V 5、VT为核心的二级低频信号放大，最后通过变压器T6耦合至OTL功率放大电路进行放大，驱动扬声器发声。总体来分析，外差式八管收音机的工作原理

16、可以概括为由输入调谐回路、本振电路、混频电路、中频选频谐振放大、低频信号放大、功放驱动等基本工作流程。图三 四、ULN-2204A 集成收音机 集成电路块就是把收音机的各部分本机振荡级、混频级(调幅波部分)、中频放大级、检波级、自动增益控制、自动频率控制以及功率放大级和稳压电路等部分都集中做在同一块芯片卜.成为一块完罄的收音机集成电路。 4.1功率放大级 图四的右半部分即晶体管T53、T54, T48和T42、T49。等为该集成电路的功率放大级。其中，中功率晶体管T42和T49组成典型的互补对称推挽输出电路;放大后的功率信号由管脚12即T42和T49的中点“0"输出，经外部电解电容C

17、(470F)耦合推动扬声器。 晶体管T54,T48为复合管，复合后组成了功率推动级。其作用是信号倒相和向功放管提供基极推动电流。在该电路中，增加晶体管T48，的目的在于减小对推动管T54放大倍数的要求，从而缩小了T54在芯片上的面积。 晶体管T41，和二极管D8及电阻R5O、R47组成恒流源电路，作推动管T54的集电极负载，并为功放级提供稳定的直流工作点，使功放级即使在低电压的情况下，仍能保证稳定的输出。 晶体管T53为射级跟随器，它的放大倍数近似1(前置级放大后的音频信号即加在T 53的基极上)，并由发射极输出，音频信号一路经电阻R43直接祸合到T54的基极，另一路直接耦合至T49的基极。T

18、53的作用在于利用射极输出器的高输入阻抗和低输出阻抗把前面的前置放大级和后面的功率放大级隔离开。 4.2前置放大级 图z的左半部分为该集成电路的前置放大级。置放大级由射极跟随器T43差分放大器T44. T45和射极跟随器Ts，以及反馈电路等部分组成。 1.由音量电位器W滑臂取出的检波后的音频信号由管脚输入(电位器w为外接元件)加到射极跟随器T43的基极上，再由T43的发射级直接祸合到差分放大器中晶体管Tao的基极，射极跟随器T 43也起着隔离的作用 从图2看出:T43的基极未加直流偏置，它的直流工作点是靠音频信号在音频电位器W上的直流压降而取得的，从而减少了前置级的直流噪声。T43基集极所并联

19、的0.001F外接电路作音频信号旁路用。 2.差分放大器T44、T45为双端输入、单端输出的差分放大器，检波后的音频信号在本级放大后，由T44的集电极输出至T45的基极，T52也是射极跟随器，由发射极输出、至T43的基极。从而完成了由前置级到功率放大器的信号主通道。在差分放大器的另一输入端(Ta s的基极)上加有各种反馈信号，构成电路的反馈网络(详见下述)。 T50和二极管D7为差分放大器的恒流源负载。 3.反馈电路部分:前置放大级的各种反馈信号均加在T45的基极和发射极上。 由中点o，(管脚)引入的反馈信号.一路经R36加在T53的基极上;另一R33和R31分压后加在T46的基极上，T46也

20、是射极跟随器，由发射极输出，再把反馈信号加在差分放大器另一输入端T45的基极上，这两路反馈都起着改善音质抑制音频信号的波形的功能。晶体管T47和二极管D 9、D8、D10、电阻R47、R46、R44等组成分压式恒流源电路。T47的集电极经R32接到T47的基极上，为T47提供基极工作偏压而T47,的集电极还接到管脚，外接47 N F的电容器到地。起着滤波旁路作用。从图2看到，对差分放大器起全反馈作用的晶体管T49的集电极还分别接到晶体管T36、T38、T35的基极上。a) T36的发射极经电阻R34、R38接到电源VCC(管脚)上，由图可见T36为差分放大器的共发射极交流负反馈信号源，受控于T

21、46。b)晶体管T39，的发射极经R37、R38也接到电源Vcc上，其集电极接在T52的发射极上。T39及相应的电阻成为T52的发射极的信号源，从而可以反馈性的调整T52对T53的信号输出，T33也为T53提供了基极偏压。晶体管T39也受控于T46。c)晶体管T3，的发射极经电阻R35、R38也接到电源Vcc上，而它的集电极经电阻R 3z直接接在T46的基极上，为T4。提供基极工作电流和起着交流负反馈控制作用，T38也受控于T49这样，以晶体管T9s为中心，由T36. T38.T39及相应的电阻构成了前置级的全反馈网络。图四 五、总结 用XMll文音机收听卫星广播节目或在互联网的网络电台土点播

22、自己喜欢的广播节自，这些已经基本实规。我们的MP3、随身听、手机、PDA甚至电脑都可以是收音机了。AM不因为FM的出现而消失，FM也不会因为XM而消失，无论使用哪冷濒道，我们的收音机还是会存在，只是巧年后，它会变成什么样? 也许15年前我们也问过同样的问题，如果当时的回答是“将和现在一样”那么现在回答这个问题可就没这么容易了。如此繁多的新技术贯穿着这个时代，每时海刻都会有新产品出现，就算像收音机这样的小东西，也会赋予人们无边的想像力。商场里的收音机专卖区，各种各样的收音机琳琅满目。除了型号和功能，收音机还被做得千奇百怪。在日本有一款能当枕头用的收音机十分流行，它的喇叭装在枕头两，可以边睡觉边听

23、广播，通过对脉搏的监测发现使用者睡着后，它可以自动关闭。 为了适应网络电台的发展方向，市场上出现了不需要电脑而能够独立收听网络电台流媒体节目的收音机，这种网络收音机同样支持Wi-Fi无线网络技术。一人们可以将支持Wi-Fi的网络收音机同样带在身上，随时随地都可通过Wi-Fi收听广播节目。技术上的改进还有更大的一步。由于使用Wi-Fi连接互联网会受到网络信号覆盖范围的限制，有人想到了更先进的无线网络技术WiMax技术。当网络收音机配有WMax技术时，所有的网络电台可以通过WiMax传输到世界每个角落。无线技术将不再局限于现有的几种终端产品，而凭借WiMax收音机将再次风靡世界。二、电子蜡烛模拟电

24、子蜡烛具有“火柴点火，风吹火熄”的仿真性，设计原形来源于现实生活情节：蜡烛的使用，电路改造后可以用于生日晚会。该电路多数利用双D触发器4013中的一个D触发器，接成R-S触发器形式。这里介绍一个基于Multisim11_0的生态蜡烛设计 电路设计思想源于既节能、无污染又模拟真实点、吹蜡烛的情境。整机电路分为:电源电路、点亮电路、吹灭电路三部分。电源电路采用，V直流电供电。电源可采用蓄电池等独立电源提供，简单、任意随意并携带方便。 2.1点亮电路 用火点亮蜡烛，电路主要由芯片74LS00构成的RS触发器、负温度系数热敏电阻Rt、储能电容C1及发光二极管LED、开关管Q4组成。 其工作原理为:未通

25、电时，Q4基极无电压，三级管截止，LED不发光。接通电源,V直流电经R9,R1。串联分压，在万端获得US>2.5V的电压，并向电容C1充电。同时，热敏电阻Rt处于高阻状态，触发器两输人端均接高电平:R=1, S=1，电路保持原状态，Q4基极无电压，LED不发光。 用火点燃“烛芯”，热敏电阻感温，阻值降低，R端短路接地。触发器两输人端:R=0，S =1，电路处于置零状态，Q4基极电压升高，饱和导通，LED得电发光。当火熄灭，温度降低，热敏电阻Rt阻值升高，处于高阻状态，触发器两输人端R=1,S=1，电路保持上一个状态，LED继续得电发光。图五.点亮电路 2.2吹灭电路 用嘴吹灭蜡烛，电路主要由驻极体话筒MIL，两级放大电路、开关管Q3组成。其工作原理为:当嘴对着MIL吹气时，MIL感应出微弱电信号经Q1.Q?两级放大后加人Q3基极。Q3基极电压升高，饱和导通，储能电容C1放电，触发器在歹端瞬间获得低电压，R=1,S=0。，电路处于置1状态，Q4基极电压降低,三极管截止，LED不发光，蜡烛熄灭。图六.吹灭电路 2.3整机电路及扩展二 整机电路，如图1所示。电路真实再现用火点燃，用嘴吹灭蜡烛的场景，用各色LED代替光源，可以让气