收音機原理及歷史簡析

1、春理z A電A絳Changchun University ol Science and Technology電工電子實習(xí)資料查詢報告學(xué)院：光電工程學(xué)院專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程（工）學(xué)號：140212413姓名：張帥摘要：對于普通老百姓來說，收音機是一件好東西。聽聽新聞、歌曲、評書現(xiàn)在， 很多城市都有著多套廣播節(jié)目，節(jié)目也是越來越精彩。如果你的收音機能夠接收短波和 中波，那么你就真的可以坐在家中聽世界了。收音機的存在豐富了我們生活，在本文中 介紹了收音機的發(fā)展歷史以及常見的收音機原理。 也介紹了除基于雙D觸發(fā)器的電子蠟 燭之外，新興電子蠟燭的電路原理。關(guān)鍵詞：收音機；發(fā)展歷史；原理；電子蠟燭一、

2、收音機一、歷史演變一百多年前，在這一刻一位年僅 31歲的猶太青年科學(xué)家海因里希魯?shù)婪蚝掌?的名字被永遠留駐在了一本名為“科學(xué)”的史書上。他在他的實驗室里證實了電磁波的 存在 !在向偉大的赫茲先生致敬完畢之后我們的文章正式開始。 首先我們將時代拉回到收 音機發(fā)明的前夜那個信息發(fā)布方式落后的年代。當(dāng)時的人們肯定不會想到過了這個漆 黑，寂靜而看似普通的夜晚，他們?nèi)淌芰饲辏彩褂昧饲甑男畔V播方式 （ 報紙）正 在被世界上某個角落里而的一群人改變著。 無論是波帕夫抑或是馬可尼 .波波夫（學(xué)術(shù)界 對收音機的發(fā)明者有爭議 ） 他們或許從來沒有想過這個看似普通的夜晚他們的新發(fā)明會 將人類社會引入一場怎樣

3、的巨大變革之中。在影響人類社會的 100項科技進步中收音機的發(fā)明排在了很靠前的位置僅僅次于火 的使用、車輪、與印刷技術(shù)對人類社會帶來的推動，在有了收音機這種全球通訊用具后， 各國之間的信息交流恍然間加快。我們現(xiàn)在生活中不可或缺得電視機、人造衛(wèi)星、手提 電話全都起源于收音機技術(shù)。1、不用電的收音機1900年的時候，一個叫做 Greenleaf Whi nier Pickard的人制作了世界上第一臺礦石收音機。礦石收音機的誕生宣告著一個時代的開始，一個收音機成為消費品進入千家萬戶的 時代，礦石收音機是一個簡單的無線電接收機，由長導(dǎo)線天線，用于選擇信號頻率的一 調(diào)諧器和由二極管解調(diào)器構(gòu)成的檢波器組成

4、，這種收音機的最大特點是不需要任何的 電池和電能就能夠工作。2、電子管收音機19世紀(jì)20年代初期是電子管收音機瘋狂增長的一個年代，其一在上面已經(jīng)說過了 得益于軍事科技的發(fā)展，其二在 1920年美國匹茲堡KDK電臺作為世界上第一家商業(yè)電 臺面向民眾正式開播之后，人們對信息壓抑百年的渴望如決堤的水壩一樣洶涌而出。在 短短的2年之內(nèi)到1922就以驚人的速度在美國范圍內(nèi)增長到了500家。如果能回到那個時代，你站在美國任何一家電器商店前都會看到蜂擁購買電子管收音機的普通民眾排出了一條龍般的隊伍。電子管收音機的風(fēng)靡程度可見一斑電子管收音機相對于早期的礦石收音機來說， 最大的優(yōu)勢在于其使用方便且.音質(zhì)渾 厚

5、，使用者不需要具有專業(yè)的電子基礎(chǔ)就可以良好的對收音機進行操作，由于采用一單 獨供電及電子管對電路進行放大，對信號強度的要求相對礦石收音機來說要低很多很 多，這一優(yōu)勢為電臺的普及架設(shè)提供了良好的硬件基礎(chǔ)。3、開創(chuàng)半導(dǎo)體時代1954年11月份是收音機發(fā)展史上的又一個節(jié)點，由美國印第安納州的印第安納波 利斯市工業(yè)發(fā)展工程師協(xié)會Rege ncy部研制研制的世界上第一臺超小型晶體管收音機以 高昂的售價投入市場之中，其售價為 49. 95美元（相當(dāng)于2005年的361美元），雖然價 格高的超乎想象（當(dāng)時一臺很好的電子管收音機不過 15美元），但也在一年之間創(chuàng)造了 銷售巧萬套的驚人成績。晶體管收音機的放大單

6、元使用晶體管代替了電子管，因而比電子管收音機更小巧， 更省電。1950年代典型的便攜式（電子管）收音機大小如同午餐盒，內(nèi)置多個大型電池 一個或者多個A型電池負責(zé)加熱電子管燈絲，剩下的 45-90伏特“B”型電池給其他電 路供電。而一個晶體管收音機完全可以裝到口袋里，重量不過250克，用手電筒的電池或者單節(jié)9V電池供電。4、DSP收音機DSP是一種獨特的微處理器,（類似于電腦CPU那樣的集成電路芯片）。采用數(shù)字信 號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，直接用軟件編程實現(xiàn)收音機的各種功能。 包括接收、中頻處理等。這種收音機無需調(diào)試，一致性很好?？蓴U展至SSB同步檢波,二次變頻等高級功能。這種選

7、擇了 DSP芯片以軟件為核心的收音機稱為 DSP收音機。此類收音機打破了傳統(tǒng)收音機的電路模式，采用美國SILICON LABS的數(shù)字信號處理（DSP）芯片，對模擬廣播信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，并利用現(xiàn)代軟件無線電原理對其進行 處理和解調(diào)，極大的提高了靈敏度、選擇性、信噪比和抗干擾能力。由于采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，直接用軟件編程 便可實現(xiàn)收音機的各種功，包括接收、中頻處理等。這種收音機無需調(diào)試，一致性很好， 可擴展至SSB同步檢波，二次變頻等高級功能，不需要人工調(diào)校（傳統(tǒng)的調(diào)幅 /調(diào)頻解 決方案可能需要4個階段的手動調(diào)校）。DE221、收音機分類體積從體積大小上可基本分為

8、袖珍型、便攜式、臺式收音機波段從波段上基本分為調(diào)頻與中波二波段收音機、短波與調(diào)頻二波段收音機、短波與中 波二波段收音機、3-4多波段收音機（調(diào)頻|中波|1-2短波）、5-14多波段收音機（調(diào) 頻|中波|3-12個短波）、全波段。市場上單波段、二波段收音機較少，融調(diào)頻、中波與 短波為一體的多波段收音機為多。功能從功能上可以基本分為傳統(tǒng)機械指針式收音機、非存儲模擬調(diào)諧數(shù)顯收音機、能存 儲電臺頻率的PLL合成數(shù)字調(diào)諧收音機、DSP電子數(shù)調(diào)機。價格和性能1. 低檔類收音機：50元以內(nèi)的收音機。2中檔類收音機：具有下列2個特點以上的收音機：全波段、數(shù)字調(diào)諧、DSP同步檢波、二次變頻。3 .高檔類收音機：

9、具有下列不少于下列 2個特點的收音機：全波段、航空、SSB 二次變頻、同步檢波、調(diào)頻RDS存儲電臺、定時開機、數(shù)字顯示。三、實驗原理1、六管收音機六管收音機是中波段調(diào)幅袖珍式半導(dǎo)體收音機。頻率覆蓋范圍為5351605kHz輸出功率，不失真功率為 50mW 最大功率為150mW該收音機的電路組成如圖 一所示。它主要包括接收回路、高頻放大與變頻電路、中 頻放大、檢波、音頻放大（含功率放大）等。其各部分電路功能如下。1.1接收回路由磁棒線圈L1和可變電容器C1a串聯(lián)而構(gòu)成。當(dāng)接收回路與空中電 臺的頻率信號發(fā)生串聯(lián)諧振時，回路中的電流最大，此信號能通過L2耦合到變頻級進行處理，而未發(fā)生諧振的電臺信號被

10、抑制而進不了收音機。所以接收回路又稱為選臺電 路。1.2. 高頻放大與變頻電路由接收回路選擇出的電臺信號通過 L2耦合到VT1的基極，并經(jīng)放大后與由其發(fā)射 極輸入的本機振蕩信號進行變頻后，由串接于集電極中的中周諧振器 B3選擇出中頻信 號（f=465kHz），送入下一級中頻放大器。1.3. 兩級中放VT2、VT3進一步對中頻信號進行選擇和放大。1.4檢波電路它是由VT3的非線性及低通濾波完成的。作用是檢出音頻調(diào)制信號（有用信號）， 去掉中頻載頻信號，再經(jīng)電阻 R6將音頻信號送至音量電位器 W,再經(jīng)電容器C8送至 前置放大器VT4的基極。電容器C5 C6是中頻信號的旁路電容。1.5. 音頻前置放

11、大器VT4為音頻前置放大器。其功能是把輸入的音頻信號加以放大并用輸入變壓器次級 分成極性相反的兩組信號輸入推挽功率放大器。1.6. 音頻功率放大器由VT5和VT6組成推挽功率放大器。其中 VT5放大音頻信號的正半周，VT6放大 音頻信號的負半周，并用輸出變壓器的次級把音頻信號正負半周合起來推動喇叭發(fā)聲。圖一2. 調(diào)頻收音機的基本原理圖二為以CD9088為核心的集成調(diào)頻收音機電路圖。本實驗從電源供電電路、CD9088 單片調(diào)頻接收電路和TDA2822音頻功率放大電路3個功能模塊出發(fā)，重點內(nèi)容為調(diào)頻模 塊。2.1電源供電電路.本收音機為3V直流電源，分三路向整機供電： 第1路接至TDA2822的2

12、腳，為音頻功放集成電路模塊供電； 第2路以R7為限流電阻，接至CD9088的4腳，為單片調(diào)頻接收模塊供電 第3路以R9為限流電阻，向LED(Light Emitting Diode) 發(fā)光二極管供電，為整 機供電正常提供指示2.2CD9088單片調(diào)頻接收電路內(nèi)部集成了中心頻率為70 kHz的混頻器、中頻濾波、 中頻放大和檢波、本地振蕩、自動頻率控制的電子調(diào)諧以及靜音控制模塊，能完成從射 頻輸入到鑒頻輸出的功能CD9088外圍引腳與外接元件功能由天線接收到的調(diào)頻無線信 號，經(jīng)11,12腳進入混頻器，與本地振蕩信號做混頻，得到70 kHz的中頻信號；經(jīng)中頻 濾波器去掉雜波后，該信號在中頻放大器內(nèi)做

13、限幅放大，再由鑒頻器獲得音頻信號，最 后由2腳輸出。2.3 TDA2822音頻功放電路.該集成電路為雙聲道音頻功率放大器，最低工作電壓為1.8 V，內(nèi)部包含兩路完全相同的放大器，不僅可以用于立體聲音頻功放模式，而且可 以串接形成橋式單聲道功放模式，其中，2腳為供電端，4腳為接地端，6,7腳分別為兩 路放大器的音頻信號同相輸入端，5,8腳為對應(yīng)的反相輸入端，3,1腳為對應(yīng)的音頻功 放輸出端圖1中TDA2822X作在橋式單聲道模式，音頻信號經(jīng)波段開關(guān)選擇輸入，再由R6,C18禍合至音量開關(guān)，經(jīng)7腳輸入TDA2822放大的音頻信號由3腳和1腳輸出至 揚聲器或耳機三、外差式八管收音機外差式八管收音機的

14、電路是在傳統(tǒng)的六管收音機的基礎(chǔ)上進行了性能的改造與升差式八管收音機的電路原理圖如圖三，在電路中C1a與C1b兩個電容為雙聯(lián)電容，在收音機選臺的時候 C1a與C1b兩個電容的大小同時發(fā)生改變，其并聯(lián)的兩個電容 C1at與C1bt是兩個微調(diào)補償電容，在原理分析的時候不做考慮。C 1 a與變壓器T 1的初級線圈組成的就是一個高頻電子線路中非常典型的LC諧振回路，在收音機中，主要就是通過本諧振回路的頻率來達到選擇空間電臺信號頻率的作用。空間的無線電信 號經(jīng)過初級線圈選頻變成了在初級線圈中的感應(yīng)電動勢，經(jīng)過T1耦合到三極管VT1的基極。C1b與變壓器T2的初級線圈組成了 LC諧振回路，通過電容 C2耦合

15、到VT1的 射極，其諧振頻率收到C1b的影響，因為在收音機選臺的時候 C1a與C1b兩個電容的 大小同時發(fā)生改變，所以兩個諧振回路的頻率之間保持兩個回路頻率之間的差值為定 值，按照國家的規(guī)定，這差值 465kH z，通由此，不管收音機收取的是多少頻率的電 臺信號，最終都變成了固定的465kHz的信號?；谶@樣的工作原理的收音機就被稱 為外差式收音機，電臺信號與本振信號經(jīng)過VT1混頻輸出后，經(jīng)過以VT2以及T4等組成一級中頻放大之后，再次送入 VT3以T5組成的選頻放大電路進行放大。兩次中 放之后的信號通過變壓器耦合至 VT4為核心的二階檢波電路，檢波之后的低頻信號由 電位器R P取樣輸出，送至

16、以V 5、VT為核心的二級低頻信號放大，最后通過變壓器 T6耦合至OTL功率放大電路進行放大，驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。總體來分析，外差式八管收 音機的工作原理可以概括為由輸入調(diào)諧回路、本振電路、混頻電路、中頻選頻諧振放 大、低頻信號放大、功放驅(qū)動等基本工作流程。vn90)1RllVD1-T Cll CLJ loot JOO un f MilRIO220VT5圖三四、ULN-2204A集成收音機集成電路塊就是把收音機的各部分一本機振蕩級、混頻級（調(diào)幅波部分）、中頻放 大級、檢波級、自動增益控制、自動頻率控制以及功率放大級和穩(wěn)壓電路等部分都集 中做在同一塊芯片卜 . 成為一塊完罄的收音機集成電路。4.1

17、功率放大級圖四的右半部分即晶體管T53、T54, T48和T42、T49。等為該集成電路的功率 放大級。其中，中功率晶體管T42和T49組成典型的互補對稱推挽輸出電路；放大后的 功率信號由管腳12即T42和T49的中點“ 0輸出，經(jīng)外部電解電容C（470F）耦合推動 揚聲器。晶體管T54,T48為復(fù)合管，復(fù)合后組成了功率推動級。其作用是信號倒相和向功 放管提供基極推動電流。在該電路中，增加晶體管T48,的目的在于減小對推動管T54放大倍數(shù)的要求，從而縮小了 T54在芯片上的面積。晶體管T41，和二極管D8及電阻R5O R47組成恒流源電路，作推動管T54的集 電極負載，并為功放級提供穩(wěn)定的直流

18、工作點，使功放級即使在低電壓的情況下，仍 能保證穩(wěn)定的輸出。晶體管T53為射級跟隨器，它的放大倍數(shù)近似 1（前置級放大后的音頻信號即加 在T 53的基極上），并由發(fā)射極輸出，音頻信號一路經(jīng)電阻 R43直接禍合到T54的基 極，另一路直接耦合至T49的基極。T53的作用在于利用射極輸出器的高輸入阻抗和低 輸出阻抗把前面的前置放大級和后面的功率放大級隔離開。4.2 前置放大級圖z的左半部分為該集成電路的前置放大級。置放大級由射極跟隨器T43差分放大器T44. T45和射極跟隨器Ts，以及反饋電路等部分組成。1. 由音量電位器W骨臂取出的檢波后的音頻信號由管腳輸入（電位器w為外接元 件）加到射極跟隨

19、器T43的基極上，再由T43的發(fā)射級直接禍合到差分放大器中晶體管 Tao的基極，射極跟隨器T 43也起著隔離的作用從圖2看出:T43的基極未加直流偏置，它的直流工作點是靠音頻信號在音頻電位 器W上的直流壓降而取得的，從而減少了前置級的直流噪聲。T43基集極所并聯(lián)的0.001F 外接電路作音頻信號旁路用。2. 差分放大器T44、T45為雙端輸入、單端輸出的差分放大器，檢波后的音頻信號 在本級放大后，由T44的集電極輸出至T45的基極，T52也是射極跟隨器，由發(fā)射極輸 出、至 T43 的基極。從而完成了由前置級到功率放大器的信號主通道。在差分放大器 的另一輸入端 （Ta s 的基極）上加有各種反饋

20、信號，構(gòu)成電路的反饋網(wǎng)絡(luò) （詳見下述）。T50和二極管D7為差分放大器的恒流源負載。3. 反饋電路部分：前置放大級的各種反饋信號均加在 T45的基極和發(fā)射極上。 由中點 o， （管腳 ） 引入的反饋信號 . 一路經(jīng)R36加在T53的基極上；另一 R33和R31分壓后加在T46的基極上，T46也是射 極跟隨器，由發(fā)射極輸出，再把反饋信號加在差分放大器另一輸入端一 T45的基極上， 這兩路反饋都起著改善音質(zhì)抑制音頻信號的波形的功能。 晶體管T47和二極管D 9、D8 D10電阻R47 R46 R44等組成分壓式恒流源 電路。T47的集電極經(jīng)R32接到T47的基極上，為T47提供基極工作偏壓而T47

21、,的集 電極還接到管腳，外接47 N F的電容器到地。起著濾波旁路作用。 從圖2看到，對差分放大器起全反饋作用的晶體管 T49的集電極還分別接到晶體 管 T36、T38、T35 的基極上。a）T36的發(fā)射極經(jīng)電阻R34 R38接到電源VCC管腳）上，由圖可見T36為差分 放大器的共發(fā)射極交流負反饋信號源，受控于 T46。b）晶體管T39,的發(fā)射極經(jīng)R37 R38也接到電源Vcc上，其集電極接在T52的發(fā) 射極上。T39及相應(yīng)的電阻成為T52的發(fā)射極的信號源，從而可以反饋性的調(diào)整T52對 T53的信號輸出，T33也為T53提供了基極偏壓。晶體管T39也受控于T46。c）晶體管T3,的發(fā)射極經(jīng)電阻

22、R35 R38也接到電源Vcc上，而它的集電極經(jīng)電阻 R 3z直接接在T46的基極上，為T4。提供基極工作電流和起著交流負反饋控制作用， T38也受控于T49這樣，以晶體管T9s為中心，由T36. T38.T39及相應(yīng)的電阻構(gòu)成了前置級的全反 饋網(wǎng)絡(luò)。2.5V的電壓，并向電容C1充電。同時， 熱敏電阻Rt處于高阻狀態(tài)，觸發(fā)器兩輸人端均接高電平:R=1, S=1，電路保持原狀態(tài)， Q4基極無電壓，LED不發(fā)光。用火點燃“燭芯”，熱敏電阻感溫，阻值降低，R端短路接地。觸發(fā)器兩輸人端:R=0， S =1，電路處于置零狀態(tài)，Q4基極電壓升高，飽和導(dǎo)通，LED得電發(fā)光。當(dāng)火熄滅，溫度降低，熱敏電阻 Rt

23、 阻值升高，處于高阻狀態(tài)，觸發(fā)器兩輸人端R=1,S=1，電路保持上一個狀態(tài)，LED繼續(xù)得電發(fā)光圖五.點亮電路2.2 吹滅電路用嘴吹滅蠟燭，電路主要由駐極體話筒 MIL，兩級放大電路、開關(guān)管 Q3組成。其 工作原理為：當(dāng)嘴對著MIL吹氣時，MIL感應(yīng)出微弱電信號經(jīng)Q1.Q?兩級放大后加人Q3 基極。Q3基極電壓升高，飽和導(dǎo)通，儲能電容C1放電，觸發(fā)器在歹端瞬間獲得低電壓， r=1,S=0。，電路處于置1狀態(tài)，Q4基極電壓降低,三極管截止，LED不發(fā)光，蠟燭熄 滅。2.3 整機電路及擴展二整機電路，如圖1所示。電路真實再現(xiàn)用火點燃，用嘴吹滅蠟燭的場景，用各色LED弋替光源，可以讓氣氛更加多彩絢麗。在電路后期可以加人音樂模塊和揚聲器，蠟 燭亮滅同步播放音樂，以擴展電路功能。擴展電路由音樂模塊，開關(guān)管Q2揚聲器丫組成。其