超外差式收音機的組裝

羅姝堯

摘 要：我在高一的時候上了一個學(xué)期的集成電路課，自己動手組裝了一臺收音機，本文是我學(xué)習(xí)成果的一個總結(jié)。目前的收音機還是以調(diào)頻式、調(diào)幅式為主流，都采用超外差式，因為采用超外差式的收音機具有調(diào)諧靈敏度高，工作穩(wěn)定，選頻性能好，失真度小等優(yōu)點?！巴獠睢钡漠a(chǎn)生受到兩個元素影響，包括指天線輸入信號與本機振蕩信號，兩個信號在工作中會促使固定的中頻信號出現(xiàn)，在這個過程中出現(xiàn)了“外差”。中頻信號可以由中頻放大器接收，然后向外擴散。所以其工作時，先進行變頻和中頻放大，然后進行檢波，最后音頻信號經(jīng)過低頻放大送到揚聲器。本文內(nèi)容為簡單分析了超外差式收音機電路的工作原理以及其組裝。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；超外差式收音機；組裝

1 無線電的發(fā)送與接收過程

人類聽覺能力以赫茲為單位，大多數(shù)人類的可聽范圍在20Hz-20kHz之間，聲波在空氣中傳播的速度較慢（340m/s），并且衰減很快。為了能夠?qū)⒙暡▊鬟f的更遠，一般需要通過話筒將其轉(zhuǎn)化為音頻電信號，即為調(diào)制信號，然后利用此信號調(diào)制一個等幅的高頻振蕩的載波。載波經(jīng)過調(diào)諧功率放大器放大后，由發(fā)射天線輻射到空間，從而實現(xiàn)聲波的遠距離傳輸。下圖1.1為聲音廣播發(fā)送的組成部分示意圖。

聲波會通過信號進行傳遞，在傳遞過程中聲波載體為電磁波，而進入調(diào)制器后電磁波被還原成調(diào)制信號，調(diào)制信號進入音頻放大器，之后發(fā)出聲音。無線電接收作為接收聲波的方式，可以選擇應(yīng)用超外差收音機，組成方式如1.2圖。首先收音機內(nèi)部包含一個本機振蕩器，其主要功能為產(chǎn)生一個頻率為f0的正弦型號作為外差信號。當收音機接收到高頻信號fs時，兩個信號一起添加到混頻器中，通過混頻器工作能夠計算出差頻信號，差頻信號顯示為f1=f0-fs，該信號就是需要利用到的中頻信號，通過中頻放大器放大后，再進行檢波，便能夠驅(qū)動揚聲器還原聲音信號。

2.1 輸入回路

主要功能：過濾掉接收器中所有無用的無線電波，將需要的無線電波挑選出來。

輸入回路的組成，如圖2.3（a），輸入回路共有三個部分：線圈L1、雙聯(lián)可變電容的輸入聯(lián)、并聯(lián)補償電容C。圖2.3（b）顯示的是電磁波產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的等效圖，在圖中能夠明顯看出電磁波的出發(fā)點是線圈L1，線圈L1可以通過電波輸出電動勢，借助電路產(chǎn)生電磁波。輸入回路中的電路會產(chǎn)生系列信號，其中有fc=fs的信號，一旦在眾多信號中選定fc=fs的信號，輸入回路會產(chǎn)生串聯(lián)諧振。此時，線圈的兩端會達到最大電壓值，影響其他信號傳遞，此時各個信號的諧振曲線會發(fā)生變化，如圖2.3（c）。在眾多信號中，被鎖定的信號就會進入收音機，調(diào)節(jié)C1a即可改變諧振頻率，這樣就能收聽想要的節(jié)目。

2.2 變頻級

作用：將天線接受到的高頻信號轉(zhuǎn)化為固定的中頻信號。

正如前文所述，為了產(chǎn)生特定頻率的正弦外差信號，需要電路中包含一個振蕩器，其通過一個晶體管實現(xiàn)，如圖2.4所示。所以此調(diào)諧回路對于本無法在本機產(chǎn)生多項振蕩信號時發(fā)揮作用，對其阻抗能力較弱，本振信號在不同容量時會發(fā)生改變，例如在圖2.5中，此時C3、C4兩處的容量變大，會影響本振信號，此時該階段電路可看作是短路。從圖中會看出L1、L2是電路中的重要組成部分，其實質(zhì)上就是振蕩變壓器B2，此時能夠得到C=C5（C1b+C1b）/（C5+C1b+C1b），實質(zhì)上現(xiàn)在該電路是作為一級共基極電路存在的?；祛l是利用晶體管輸入特性曲線實現(xiàn)，因此需慎重選擇關(guān)鍵點。

2.3 中頻放大器

主要作用：是將中頻信號進行放大。

中頻放大器電路圖如2.6所示。其主要依靠中頻變壓器B4和電容C8組成的并聯(lián)諧振電路來實現(xiàn)對中頻信號的放大。由于其諧振回路的中心頻率為中頻信號，因此對于中頻放大器的增益最高，中頻信號的阻抗最大，而對于其他頻率成分的信號進行衰減和抑制。

2.4 檢波

電磁波經(jīng)過接收器會轉(zhuǎn)換為信號，眾多調(diào)制信號會共同作為調(diào)幅波存在，此時選擇其中的調(diào)幅波，即被視為檢波。檢波過程中需要利用接收端，此時接收端選擇調(diào)幅波也被成為借調(diào)。我們通過一個二極管來構(gòu)成檢波電路，如圖2.7所示。耦合線圈的一邊表示中頻變壓器B，另一端是含有檢波二極管D的電路。對調(diào)幅波的第一個正半周二極管D導(dǎo)通對Cl充電，由于二極管導(dǎo)通時內(nèi)阻很小，因此Cl很快充電到Ui的峰值，正弦波峰過后Cl向檢波負載Rl放電，而放電時間常數(shù)較大，Cl放電速度比中頻信號的變化速度慢，檢波二極管D截止，Cl經(jīng)Rl放電，當中頻信號的第二個正半周到來時Ui>Uo時，D再一次導(dǎo)通對Cl充電，如此重復(fù)的結(jié)果，可以得到調(diào)幅包絡(luò)，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波就可得到原調(diào)制信號。

2.5 自動增益控制

所謂自動增益控制，即應(yīng)對接收到的信號過強或者過弱時電路會進行相應(yīng)的控制。當接收的信號過弱時，使得中頻放大器放大程度增高；當接收到的信號過強時，使得中頻放大器放大程度降低。此外，當接收到的信號波動較大，它還可以起到檢波的作，使得輸出穩(wěn)定。因為自動增益控制模塊，使得收音機可以抵抗時間、溫度等變化帶來的信號不穩(wěn)定，自此收音機能夠平衡掌握信號。

自動增益控制是收音機的較為重要的功能，該功能主要通過對音頻信號產(chǎn)生的平均值進行掌握，此時收音機接收端進行檢波后會輸出適當音頻信號，選擇適當音頻信號值，經(jīng)由收音機中頻放大器的增益即可實現(xiàn)控制。音頻信號與基極電壓成反比，隨音頻信號增多，電路基極電壓會減少，即Au減小，反之Au增大，從而使檢波器的輸出保持穩(wěn)定。

2.6 揚聲器

揚聲器的功能是將電信號轉(zhuǎn)化成為聲音。收音機通常使用恒磁動圈式紙盆揚聲器作為換能器件還原聲音信號。例如，攜帶音頻信號電流穿過永久磁鐵產(chǎn)生恒信號電流中會載有音頻信號，音頻信號借助電流流向磁場，在磁場中音頻信號會逐漸從電流中聚集，受到磁場內(nèi)部磁力的影響和作用，此時音頻信號就會產(chǎn)生振動，振動形成就會通過磁場作用于周圍紙盆，紙盆受到音頻信號振動帶領(lǐng)，利用空氣傳播出聲音。

3 收音機的安裝制作

焊接過程主要使用電烙鐵和焊錫進行。使用它們進行元件的焊接，可以固定零件，也可以保證電路連通。所以焊接質(zhì)量的好壞，對于收音機使用的體驗和壽命息息相關(guān)。

接通電源后，電烙鐵溫度會緩慢上升，當電烙鐵加熱到一定程度時，我們給電烙鐵頭部上焊錫，焊錫便會融化成小液滴聚集在電烙鐵頭部，此時我們便可以使用其進行焊接工作了。一般左手拿焊錫絲，右手拿電烙鐵。當烙鐵接觸焊點時

完成下一步內(nèi)容。在焊接過程中，需要兩手并用，同時將電烙鐵和焊錫絲拿在手上，通常電烙鐵在右，焊錫絲在左，焊接時要把握時間和數(shù)量，在接觸焊點時立刻加入焊錫。

焊錫的量需要保持在適中范圍，焊錫過多影響焊接正常進行，甚至出現(xiàn)搭焊短路現(xiàn)象，焊錫過于稀少會影響焊接質(zhì)量，造成元件自身出現(xiàn)不牢固等問題。焊接時切忌將烙鐵頭在焊點上來回移動，也不可用力下壓。要是焊接處溫度適宜，此時焊接接觸點如果不能得到適宜溫度，也會影響焊接的元件的質(zhì)量，比如說焊接點的熱量供應(yīng)達不到焊接需要的溫度，就會使元件質(zhì)量出現(xiàn)問題，常常形成需焊和假焊的現(xiàn)象，在使用中元件容易破損，其使用壽命會大大縮短。

而溫度過高焊錫易流散，使焊點錫量不足，也會不牢固，還可能出現(xiàn)燙壞印刷電焊錫流散后會使接觸點的焊錫數(shù)量達不到焊接要求，此時就會轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧喜煌瑫r出現(xiàn)的問題，同時溫度過高還會燙壞印刷電路板及電子元件，造成損失。所以在焊接過程中，需要掌握正確的焊接方法，確保焊接時能夠控制焊錫數(shù)量和焊接熱量供應(yīng)。等到焊接結(jié)束后，還要稍微冷卻，使元件更加牢固。

焊接過程的實物展示如下圖3.2圖：

4 總結(jié)與反思

這次對收音機組裝的實訓(xùn)，使我學(xué)習(xí)到了很多關(guān)于收音機電路組成模塊的原理知識，第一次從電路的層面了解了收音機。學(xué)習(xí)了其基本電路組成后，我不禁感嘆道如此常見的簡單的收音機竟然蘊含了如此深奧的電路知識，也使得我對電路知識更加充滿興趣。在裝配收音機的過程中，我鍛煉了我的動手能力，考驗我的觀察能力。雖然我只實現(xiàn)了一個收音機，但在這次實訓(xùn)中，受益匪淺，不僅認識了各種電路元件，而且還學(xué)會了電烙鐵。在這次實驗中，我也有焊接失敗的時候，但我并沒有放棄進行了及時的補救，將未焊接好的元件重新焊接好。當遇到不了解的地方時，我主動請教老師和周圍的同學(xué)，最終一個個問題全部順利解決。這次的收音機裝配實驗是我學(xué)習(xí)成長道路上的一堂深刻的課程，以后的我將會繼續(xù)保有這種鍥而不舍，不懂就問的正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，不斷學(xué)習(xí)，不斷進步。

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