收音机原理及历史简析Word文档格式.docx

1、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、与印刷技术对人类社会带来的推动

2、，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的一个年代

3、， 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，

4、对信号强度的要求相对矿石收音 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

5、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 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

6、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，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

7、、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- 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

8、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音机。频率覆盖范围为 535 1605kHz，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，

9、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

10、 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 VT5 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 CD9088 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

11、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 :1第 1 路接至 TDA2822的 2 脚，为音频功放集成电路模块供电 ;2第 2路以 R7为限流电阻，接至 CD9088的 4脚，为单片调频接收模块供电3第 3 路以 R9 为限流电阻，向 LED（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

12、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 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

13、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

14、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，

15、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

16、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（470F）耦合推动扬声器。晶体管

17、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 T

18、49的基极。 T53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

19、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。1由中点 o，

20、（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 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。2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。3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

21、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 T46。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

22、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

23、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。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

24、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

25、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 US2.5V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

26、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。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。 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，

27、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， 可以让气氛更加多彩绚丽。 在电路后期可以加人音乐模块和 扬声器，蜡烛亮灭同步播放音乐， 以扩展电路功能。扩展电路由音乐模块， 开关 管 Q2，扬声器 Y组成。 蜡烛点亮时， Q4基极电压升高，同时， Q5 基极电压降低， Q5导通，播放音乐。蜡烛熄灭时， Q4基极电压降低，同时， Q5 基极电压升高， Q5截止，停止播放音乐。根据音乐模块选曲不同，生态蜡烛可 以用于婚礼、生日宴会等不同场合。图七. 整体电路四、参考文献1张木源,王新

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