矿石收音机的制作与原理.docx
《矿石收音机的制作与原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿石收音机的制作与原理.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
矿石收音机的制作与原理
矿石收音机的制作和原理
矿石收音机
收听广播最简单、最实惠的收音机就是矿石收音机，即使一点没有电学常识的人，也都可以自己动手来做。
它具备着不耗电力、声音清楚、费用俭省等优点，难怪初学无线电的人，开始就是先做矿石机，已学无线电的人，也常常对它恋恋不舍。
目前大家对半导体收音机很注意，说它体积小、耗费少、寿命长；其实矿石机就是半导体收音机，不过它只有半导体检波（检波的道理见后面），没有半导体放大罢了。
虽然有人认为矿石机有声音不响，不能收听远地电台的缺点，但究竟盖不过它的优点。
对于初学习制作的业余爱好者讲还是很有趣的东西。
这里打算谈谈矿石机的简单原理和安装方法，以及怎样可以得到比较优良的成绩。
矿石收音机里的“四大金刚”。
要安装矿石机，必须首先认识组成矿石机的元件和它们的符号，符号同元件的形状有相像。
并且数量也不多，很容易记住。
现在先来谈一谈四个主要元件——天线、地线、矿石和听筒，除此以外，以后安装比较复杂的矿石机。
要加添的元件并不多了。
一，天线的架设
天线安装的例子如图1，
图1.jpg（55.41KB）
2010-2-919:
53
图1上部是天线的符号。
天线是一根用多股细铜丝绞合起来的粗铜线；单根比较粗的铜线，或者有胶皮包着的电线（胶皮不必剥去），也可以用。
长度约20公尺，原则是尽可能长些，短了成绩要差。
天线两端用绝缘子的目的，是为着把天线跟竹竿隔开。
因为直接把天线缚在竹竿上，一到下雨或者天气潮湿，就会减低声音，甚至于收不到。
绝缘子是用瓷或玻璃做的，有各种形状，主要是有两个孔，用绳穿过一个孔缚在竹竿上，另一个孔就缚住天线。
认识了绝缘子的目的，那末如果有合适的代替物如装电灯线用的磁夹板等，都可以应用。
图2.jpg（39.14KB）
2010-2-919:
53
图3.jpg（26.88KB）
2010-2-919:
53
引入线可以比天线细些，最好用有包皮的电线，它跟天线连接的部分，双方的铜都要刮光亮，并且用锡焊牢。
引入线进屋不要迂回曲折，越直接越好，离开墙壁树木等物体至少要有0.3公尺；经过电灯线的地方，更应远离，以免碰线后引入线带电发生危险。
进屋的地方，斜套一个无底长瓶或瓷管，使雨水不会沿线漏入屋内（图2）。
如果不愿意在窗上或门上钻洞，那末可以用一条包香烟的铝箔，夹入薄的腊纸或云母里面，然后粘牢在窗槛上，（如图3），这样窗户仍可以自由启闭。
至于引入线接天线的地方，可以靠近天线的任何一个头上，也可以在它的中间；还可以把天线的一个头延长，在绝缘子的洞里绕一下，引下来作为引入线，这样就不另外需要引入线了。
天线架设的高度，没有一定的呆板尺寸，原则上是高一点比较好。
离地面可在10公尺以上，离屋顶至少2、3公尺。
图4.jpg（47.87KB）
2010-2-919:
53
图5.jpg（39.53KB）
2010-2-919:
53
二，地线的安装
地线安装的例子如图4。
图中右上角像铁锹形的是地线符号。
地线是与大地连通的线，所以跟地接触得越紧密越好。
地线应该埋得深一点，至少两公尺左右，接触面也要广一点，并且要埋在潮湿的地方，因为潮湿是对导电有利的。
如果靠近井或河，就把地线投入井底或河底。
万一泥土干燥，可在地下发放些食盐或者碎木炭，帮助吸收水份。
都市里可用地线夹子夹住自来水管子，如图5。
如果买不到地线夹，可以把铜线紧绕在自来水龙头上。
如能把铜线焊在自来水管上就更好，但普通的烙铁是没法焊的。
地线不要太长，不要曲折，也不要跟引入线绞合起来。
上面讲天地线的装法，是提纲挈领，在实际做的时候，可以掌握原则，通过自己的思考，根据具体情况，灵活运用，这是学无线电应当具备的起码条件。
另外，要多研究一些理论，单靠幻想解决不了问题。
例如有人这样想：
矿石机接收无线电波主要是靠天地线，一副天地线听筒里就可以听到声音，那末再装一副天地线，力量加倍，声音一定也加倍了；依此类推，三副、四副……，矿石机可以用喇叭哗啦哗啦地唱了，实际上多装一副天地线，等于天线加长，地线加广，成绩是可以好一些的，但决不能加倍。
图6.jpg（13.5KB）
2010-2-919:
53
三，听筒（耳机）
我们对着有线电话的话筒讲话，话筒里的电流就跟着声音的高低强弱而变动，如图6。
这种电流叫做“单向低频脉动电流”，因为它是向一个方向流动的，没有向反方向，就是没有向零电流线的另一方向流动，所以叫做单向；又因为它有高低起伏，所以叫做脉动；更因为它在一秒钟的时间里，起伏的次数并不多，所以叫做低频率。
单向低频脉动电流实际上是包含着直流电流和低频交流电流，我们把零电流线移上到虚线的地位，很明显地可以看出它是低频交流电流的形状。
讲到这里，要请注意：
电流是电子的运动，曲线也不过表示每秒钟里各点电流振动的大小，并不是像水那样地弯弯曲曲地流动的。
这些电流由电话线输送到对方的听筒里，就还原为声音。
图7.jpg（21.96KB）
2010-2-919:
53
矿石机用的听筒和电话听筒的构造是一样的，（图7）不过矿石机用的听筒电阻大，电话听筒的电阻小罢了。
图7中像眼镜形的是听筒的符号。
靠近磁铁的薄铁片是处在紧张状态中的，但并不被吸住。
当电流经过线圈的时候，磁铁的吸力要起变动，一忽儿强，一忽儿弱。
因此薄铁片随着磁铁磁力的变动而振动，这样就激动空气而成为声音。
为着减小体积，矿石机听筒里面的马蹄形磁铁很小；又因为电流微弱，线圈圈数就比较多。
现在听筒（耳机）有好多种，选择的余地很大。
无线电听筒是很灵敏的，如果有0.044微安的电流经过线圈就能感觉到有声音；如果有3、4个微安的电流，或者说有0.032微瓦的电功率，音乐语言都听得很清楚了。
安是电流的单位，瓦是电功率的单位，“微”字是11,000,000的意思，所以一个微瓦就是一百万分之一瓦。
家庭用的电子管收音机输出约有一瓦，喇叭放出的声音已经是很响了，优等的落地式13灯机输出也不过4—5瓦左右。
图8.jpg（32.51KB）
2010-2-919:
53
四，矿石（最原始的二极管）
矿石的作用就是检波。
市面上有两种矿石出售，一种是固定矿石，一种是活动矿石，见图8。
它们的符号都是一样的。
如果有上品的固定矿石，使用时当然方便，可惜市面上有时买不到，所以还是用活动矿石。
活动矿石也可以模仿自制，矿石可用中药铺里出售的自然铜，成绩往往比方铅矿石好，当然用锗高频二极管更好。
矿石（二极管）有一种单向导电的特性，为着讲清楚这个道理，我们把图8矿石的两头，标上“甲”“乙”。
当“甲”端接上正电压，“乙”端接上负电压，假如通过的电流比较大；那末反过来接，就是“甲”端接负电压，“乙”端接正电压，就应当没有电流通过，但实际上多少还是有一些的。
我们希望矿石从甲端到乙端通过的电流越大越好；从乙端到甲端通过得越少越好，这两者的差数越大，那末矿石就越灵敏，这种单向导电性叫做矿石的检波作用。
图9.jpg（61.04KB）
2010-2-919:
53
检波就是“检”无线电波中音频信号，图9：
（甲）和图6一样，是单向低（音）频脉动电流，这是广播电台里的话筒受到声音的激励而产生的。
（乙）是高频等幅电流，是由电台里发射机高频振荡器的电子管产生的。
（丙）是广播电台把（甲）（乙）混合以后发出来的无线电波，这种波叫做调幅波。
原来（甲）必须寄托在（乙）里才能发送到远地去，矿石机接收的就是这种波。
图10.jpg（25.01KB）
2010-2-919:
53
如果把听筒直接接入天地线间是听不到声音的，必须用矿石检波后才能听到。
图10是检波后的电波形状，听筒的薄铁片是跟虚线那样振动的。
图11.jpg（17.62KB）
2010-2-919:
53
检波的道理，有人用这样一个譬喻来说明：
有一个每秒钟摆动1次的钟摆，如图11，两边各用一个小槌去敲击它，每秒钟敲1,000次，两边敲下去的时间和所用的力，完全相同，因此互相抵消，摆是不起振动的。
这说明高频等幅波不能使听筒薄铁片振动的道理（其实即使振动，频率太高，人耳也听不到）。
如果敲时两边的力量相等，但同时有轻重的变化，每秒钟仍是敲1,000次，重的时候两边一样重，轻的时候一样轻，完全合拍一致，摆还是不动。
这说明调幅波也不能使薄铁片振动的道理。
如果一边不敲，光是一边敲，每秒钟还是1,000次，前半秒重，后半秒逐渐减轻，摆就振动了。
这说明检波后的电波可以使薄铁片振动的道理。
五，一架简单矿石机的制作和它的收音原理
图12.jpg（19.65KB）
2010-2-919:
53
图13.jpg（34.85KB）
2010-2-919:
53
图12是一架简单矿石机的线路图，图13是实体图，它是上面谈到的四个主要元件——四大金刚——所组成的。
线头与线头连接的地方，要刮得清洁，缠得紧密，最好用锡焊牢。
缠绕的方法，打个比方：
要像藤与藤相绞那样，不要像藤绕树那样，因为藤绕树，树还是成一直线的，两者接触面不多。
再打个比方：
不要像大人抱小孩那样，是要像久别重逢的亲人互相拥抱那样。
天地线由于电磁波的感应，使矿石两端出现高频电压，一忽儿甲点是正，乙点是负；一忽儿甲点是负，乙点是正。
矿石的甲点是正时就起检波作用，单向低频脉动电流就从甲点到乙点，经过听筒回到甲点，如箭头所示。
这里有一点须特别注意：
必须像图中那样有一条回路，电流才能流动。
现在我们用直流微安表（是测量直流电流的仪器）代替听筒，那末电表的正极必须跟乙点相连，表针才向正确方向挥动，否则就会倒走。
图中虚线是表示高频电压所产生的高频电流的回路，实线是单向低频脉动电流的回路。
如果把矿石反转来接，那末微安表也要反过来接。
作者在首都北城试验：
天线的长度仅5公尺，离地面的高度约6公尺，都是不够标准的。
矿石是自然铜的活动矿石，在收听中央人民广播电台时，测得单向低频脉动电流的平均值为50微安。
电表的内阻为75欧（欧是电阻的单位），矿石的内阻约500欧，整个回路的电阻共约600欧，所以矿石两端的电压约有30,000微伏（伏是电压的单位）。
凡是矿石两端有10,000微伏的电压，就可以清晰地听到播音，现在增多了3倍，当然听起来很响亮，但这架矿石机试验时，除听到中央台第一种节目外，还混有第二种节目。
如果用听筒代替微安表，听筒电阻约2,000欧，电路里的电流要减少，但矿石两端的电压是不会改变的，所以经过听筒的电流约12微安，或者说约0.29微瓦的电功率，足够使听筒的薄铁片发出响亮的声音了。
有些书里把简单矿石机的线路画成图14的样子，这是错误的，因而装好后也收不到声音。
原因是高频电流很难通过听筒，但还可以通过听筒线圈所形成的电容器（电容器的解释见后）；它的主要错误是：
单向低频脉动电流的回路不通，这就使听筒线圈里没有电流经过，薄铁片也不起作用。
如果照图15的接法，再加一只听筒乙，那末两只听筒都有较弱的声音，电流的流向也可以在图中看出。
如果用一根电线代替听筒乙，那末天地线短路，就是直接碰头，高频电流直接通地，听筒里也不会有声音。
如果用一个高频扼流圈（是一个能阻止高频电流通过的线圈，无线电料行有售）来代替听筒乙，那末听筒甲的发音就响亮，因为整个回路里的电阻，对单向低频脉动电流来讲是减少了。
图14.jpg（9.21KB）
2010-2-919:
53
图15.jpg（19.32KB）
2010-2-919:
53
为着奠定进一步研究矿石机的基础，我们先谈这些；其实上述这架简单矿石机跟有调谐回路（见后）的矿石机去比，声音要低约三分之二，并且没有分隔电台的本领，这种本领无线电里叫做选择性。
线圈和电容器。
如果离开广播电台相当远，或者当地有两座广播电台，那么上面说过的简单矿石机是不合适的，必须加添两个元件——线圈和电容器。
无论那一类型的收音机里，都可以看到线圈和电容器搭配在一起工作，它们好像唱双簧的两个角色，如果表演起来合拍一致，就会使观众（也可以说听众）叫好。
线圈线圈的符号和实物见图16，它们是矿石机里不可缺少的元件。
在线路图里是常常用“L”这个字母来表示。
图16甲是空气心单层密绕圆管形线圈，左边是抽头的，右边是不抽头的。
抽头就是绕到一定的圈数，不可剪断，把线绞合成双股，伸出一个头来，然后继续再绕。
线圈管可以用胶木管，也可以用厚纸板自制，制成后在蜡里煮一下。
绕线圈用的漆包线，直径在0.4公厘左右的都可以用，粗的比较细的成绩好些。
图16.jpg（71.67KB）
2010-2-919:
53
图16乙是蛛网形线圈，符号跟圆筒形线圈一样。
蛛网板是蜡浸过的厚纸板，内径约30公厘左右。
齿数有11、13、15等。
每隔两齿一上一下地绕线。
现在我们先来绕线圈：
选直径50公厘，长约110公厘的圆筒一个，用0.4l公厘直径的漆包线，从离开顶头5公厘处绕起，共绕80圈。
如果要抽头，那么先绕20圈，以后每线10圈都抽出一个头来，共有七个线头和一个线尾。
如果用蛛网板的话，那么圈数可以打一个九折，约70圈。
先绕2O圈，以后每绕10圈，也都抽出一个头来，共有六个线头和一个线尾。
图17.jpg（23.11KB）
2010-2-919:
53
线圈有了抽头，可以随时增减圈数。
为着接线方便，可以应用一个分线器（图17）。
所有线圈的头都接在分线器的铜钉上，多余的铜钉，可以空着不用。
线路里要接线头的那一个头接到旋臂上。
旋动旋臂，可以跟无论哪一个铜钉接触，所以分线器实际上是一个单刀多掷开关，应当装在板面上，把柄伸出在面板前面，用一个旋钮转动，旋钮见图18。
图18.jpg（10.71KB）
2010-2-919:
53
无论圆管形或蛛网形的线圈，在绕制和安装方面要注意下列各点：
（1）要绕得紧密，要绕得整齐；
（2）线头线尾要固定，不使松脱；（3）安装时可以用各种支架，但支架不要跟线圈相碰；（4）全部接线尽可能地短。
绕成后的线圈，圈数多，电感量大，反之则小。
电感量的单位叫亨，接收广播用线圈的电感量很小，通常以百万分之一亨（微亨）来表示。
电感量除与线圈多少有关外，还跟线圈的形状，如圆管形、蛛网形等；线圈的绕法，如间绕、密绕、叠绕等；线圈绕好后的长度；所用漆包线的直径；圆管的直径；圆管里面的物质等有关。
线圈和电容器的搭配，实际上是线圈的电感量和电容器的电容量的搭配。
如果电容量是不变的，那么要达到搭配的目的，必须变动电感量，就是要增减线圈的圈数，这就是为什么线圈要抽头的道理。
电容器电容器有两种：
固定的和可变的（图19）。
在线路图里电容器常常用“C”这个字母来表示。
电容器是两片或两组金属薄片相对放置，中间用绝缘物如空气、云母、蜡纸等隔开，不可相碰。
如果放置的地位是不变动的，叫做固定电容器，用云母做绝缘的叫做云母固定电容器，质量较好，但价格较贵；用蜡纸绝缘的叫做纸质固定电容器。
如果电容器两组金属片的相对位置可以变动，叫做可变电容器。
可变电容器一组固定不动的片子叫定片；一组可以在定片中间转进转出，互不相碰的叫动片。
电容器的电容量单位叫“法”，这个单位太大，常用的是百万分之一法，10－6法（μF），叫做微法，有时也用更小的单位微微法（10-12mm法）表示。
矿石机里常用固定电容器的电容量为0.002—0.006微法。
可变电容器的电容量为0.00036微法，这是指动片完全旋进到定片里时的电容量，即最大电容量。
电容器跟线圈的搭配，实际上是电容器的电容量跟线圈的电感量的搭配。
为着跟电感量固定的线圈来搭配，电容量必须变动；要变动电容量，必须变动构成电容量的因素，即增减动片和定片相对的位置，这就是为什么可变电容器的动片做成能在定片间转进转出的道理。
电容器和线圈组成的回路叫做调谐回路。
我们调节线圈，或者调节电容器，或者两个都调节，来接收各种不同的电磁波，这个手续叫做调谐。
恰好调到某一频率的电磁波，这叫做和这个频率的电磁波谐振。
谐振
矿石机里的线圈和电容器必须调谐到与需要收听的电磁波发生电的谐振，才能接收这个电磁波的最大能量。
比如说某广播电台所用的电感量是4，电容量也是4，那么两者相乘的积是16，就是说频率是16。
我们如果要接收这个广播电台的播音，矿石机里的电感量可以是2，电容量可以是8；或者电感量是8，电容量是2；或者电感量是4，电容量也是4；总之：
只要它们的积和电台所用的频率数目一样，就会得到谐振，收到声音。
当然实际上频率的高低并不仅仅等于电容和电感的乘积，这里不过是为了说明谐振的道理吧了。
一般来说，矿石机里常用0.00036微法的可变电容器，它跟上述的线圈配合，可以接收全部广播波段——550—1500千周——的电波。
如果可变电容器不是0.00036微法的，也能够另绕一个圈数相当的线圈来搭配（参看封三图表）。
有些人以为多绕线圈可以多收电台，这是错误的。
图20.jpg（60.03KB）
2010-2-919:
58
电容器和线圈的配合方法分为两种：
一种是并联，叫做并联调谐回路；一种是串联，叫做串联调谐回路，见图20。
它们跟矿石和听筒连接成一架矿石机的情形，如图21。
在这两张线路图里，高频电流如虚线所示，只有一个回路，所以叫做单回路式。
实线箭头表示低频脉动电流的回路。
标准单回路式的线路见后。
当图21甲中的L、C调谐到和某一广播电台的频率谐振时，A、B两点间对这个频率的电流说阻抗最大（阻抗的意义见下），两端电压最高，迫使它经矿石检波成为低频脉动电流，使听筒发声。
至于低频脉动电流，因A、B两点间呈现的阻抗很小，可以忽略。
其他不能和L、C谐振的高频电流，大部分就不经过矿石而直接入地。
图21.jpg（34.13KB）
2010-2-919:
58
当图21乙调谐到和某一广播电台的频率谐振时，恰恰和图21甲相反，A、C两点间阻抗最小，电流最大。
但是线圈是有感抗的（感抗的意义见下），当较大的电流经过线圈时，A、B两点间的电压较高，加到矿石上起检波作用。
其他得不到谐振的高频电流，因为电流小，电压也小，听筒就起不了什么作用。
什么叫阻抗和感抗呢？
原来电流经过线圈或者电容器时，都会受到抗拒，这抗拒叫做电抗。
线圈的抗拒叫感抗；电容器的抗拒叫容抗。
电抗的大小跟电感量、电容量和电流的性质有关。
电抗的单位也用欧。
如果电路里既有电阻，又有电抗，那么就叫做阻抗，单位也是欧。
总起来说：
线圈和可变电容器配合在一起，当并联谐振的时候，准许不需要的高频电流通过，不准许需要的高频电流通过；当串联谐振的时候，不准许不需要的高频电流通过，准许需要的高频电流通过。
但对于低频脉动电流，则随时准许通过，直流成份通过线圈，交流成份通过线圈和电容器。
单回路、双回路和三回路矿石收音机
图22.jpg（104.69KB）
2010-2-919:
58
图22是一架标准单回路矿石收音机的线路图和实体图。
天地线和听筒可用接线柱装在板面上，这样装卸时可以方便。
图中用的是固定矿石，如果用活动矿石，可在同一地位装于板的前面。
根据作者试验，线圈抽了头，把分线器的旋臂接到合适的一点，电流可以增进10%左右。
听筒两端并联一只0.002微法的固定电容器，使高频电流旁路通地。
单回路矿石机声音较响，不过选择性是不够好的。
图23.jpg（22.25KB）
2010-2-919:
58
图23为双回路矿石机，这里多了一个线圈L1叫初级，原有的线圈L3算作副线圈，或叫次级。
L1用同号线在L3下4公厘处绕40圈，每10圈抽一个头。
如果用蛛网形的，L1另用一块蛛网板绕40圈，也是每10圈抽头，它和次级的距离也是4公厘，在蛛网板的中心穿一套有弹簧的螺丝，把它们固定住。
线圈除线尾和地线直接相连外，其他线头可接在如图25的香蕉插座里，装在板面上。
天线的头装上一个香蕉插子，这样可以改变初级圈数。
图24.jpg（24.05KB）
2010-2-919:
58
图25.jpg（34.14KB）
2010-2-919:
58
图26.jpg（46.89KB）
2010-2-919:
58
如果初级线圈的圈数多，跟次级线圈的距离近，那么灵敏度高，选择性差；反之，初级线圈的圈数少，和次级线圈的距离远，那么选择性好，灵敏度差。
当高频电流在初级线圈里流动时，四周会产生眼睛看不见的磁力线，切割次级线圈，使次级线圈里也发生电流，如图24。
次级线圈和可变电容器组成的电路，粗看好像是并联调谐回路，实际上它是串联调谐回路，线圈L3里通过的电流是比较大的。
由于L3的感抗作用，在A、B两点间的电压较高，使矿石起检波作用。
如果当地有五、六座电台，那么装一架三回路矿石机才能把电台分隔得更清楚，线路见图25，线圈的绕法和装法见图26。
C1和C2是双连可变电容器。
三回路矿石机的选择性很好，但灵敏度比较差些，因为高频电流在单回路里只跑一个回路，双回路里跑两个，三回路里就要跑三个，电能损失较大。
图23的L3和图25的L2与L3，它们的线尾都有虚线跟地线相连，表示这两根线也可以接地。
上面3种型式的矿石机，在装接元件时应注意下列几点：
（1）接线要短和粗；
（2）焊接要牢固；（3）一线可以同时联接2点或3点的，不必剪断。
例如图里的线圈头可以留长一点，接分线钉后再接天线柱，再接定片；（4）元件和元件不要相碰；（5）板底、板面可用木板，最好用胶板；（6）底板的大小，要容纳得下元件。
致于外观式样，可以随心所欲，不受限止。
有人问：
矿石能不能再增加些回路，如四回路、五回路等，为了改善选择性，答案是可以的；不过我们收到的广播电台的信号是很微弱的，它跑过三个回路，已经是长距离赛跑，电能损失很大，再要叫它跑下去，就难望它能推动耳机的膜片发出声音了。
2010年2月23日
升级会员 