简易二极管收音机制作方法

　　收音机简介

　　收音机，由机械器件、电子器件、磁铁等构造而成，用电能将电波信号转换并能收听广播电台发射音频信号的一种机器。又名无线电、广播等。DSP技术收音机的问世，标志着传统模拟收音机将逐渐退出历史舞台。收音机的数字时代已经到来。

　　收音机的构造原理

　　收音机的构造原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机或喇叭变成音波。

　　由于科技进步，天空中有了很多不同频率的无线电波。如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会像处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。

　　收音机的作用

　　收音机最直观的作用就是用来收听广播节目。但是，收音机有着独特的战略意义！例如，汶川、玉树地震发生后，在所有的电视、互联网甚至手机信号全部中断的情况下，收音机的信号却依然可以传播，灾后，国家有关部门都紧急向灾区调拨收音机。收音机里可以收到世界各地的电台，而且在哪里都是免费收听，这一点，是任何媒体都比不了的！再假设家里停电了，电视开不了，电脑打不开，此时，一台小小的收音机就会成为黑暗中最好的伙伴。

　　近年来，无线电广播受到了新兴媒体的冲击，但是，它永远不会消失，因为，在关键的时候，它有着无可替代的战略意义！

　　对于普通老百姓来说，收音机也是一件好东西。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。而且，收音机可以在你洗衣服、做饭的时候收听，不像电视那样看得时候什么也做不了。甚至在户外晨练、散步、旅游的时候都可以带上它。

　　总之，收音机是个很好的东西，即使家中没有人喜欢听收音机，也建议在家中储备一台，以备不时之需。

　　趣味单二极管收音机制作

　　上图电路在20世纪初就被发明，当时人们发现了一些天然矿石具有单向导通的特性，于是就制作出最早的二极管，利用这样的二极管，制成了最早期的收音机，于是就命名为矿石收音机（CrystalRadio或是缩写为X’talRadio）。在解释这个电路之前，必须要先来说明一下AM无线电的基本原理。所谓的AM就是调幅（AmplitudeModulation）广播，也就是讯号的形式是频率固定，只有振幅的变化。这样讲似乎还是很抽象，那么，请看下图：

　　如左上图所示，声音讯号是经由麦克风等设备转换而来的电压讯号，因为是人类所能听到的频率，故一定在20~20KHz之间，此频率是无法做长距离传输的，必须做”混频”的动作，也就是将此声音讯号加上左图下方的高频弦波讯号（称为”载波&rdquo）。两讯号相加，得到右边的讯号，就是可以作为长距离传输的AM讯号了（称为调变讯号）。此讯号的频率是载波的频率，但是其讯号摆幅却是声音讯号。在了解将声音变为AM讯号的过程后，就可以了解要如何将这个讯号还原为我们所能听到的声音了。

　　经过检波，滤波后的讯号。

　　如上图所示。首先，将AM讯号以最简单的方法进行半波整流（在收音机中称为”检波&rdquo），截去讯号的负半周，只留下一半的讯号。然后，只需将高频载波以滤波器滤掉，即可得到我们所要的声音讯号了（但是此声音讯号有一个直流偏移电压，怎么办？。

　　但是，又要面对另外一个问题了。我们所处在的环境中，存在着非常非常多种不同频率不同传输方式的讯号。例如我们可以在同一个地方以收音机听到广播电台，也可以用行动电话传简讯，可能还能用无线网路上DZ去抢购套件，万一没抢到还能去留言板发表一下赌烂的心情……，那么，收音机是如何知道现在它应该把哪个电波抓出来做检波呢？

　　以台北地区来说，中广新闻网是AM657KHz，这个657KHz指的就是此频道的载波频率。如前述，AM广播的讯号频率就是载波的频率，所以，只要收音机有办法准确的从众多无线讯号之中挑选出657KHz的讯号，交给后面的电路做载波滤波的动作，我们就有办法听到中广新闻网了。要达到这个功能，就必须使用一个”带通滤波器”，何谓带通滤波器呢？我们知道，低通滤波器就是将高频率掉，让低频通过，高通滤波器就是滤掉低频，让高频通过。那么带通滤波器就是滤掉低频以及高频，只留下一段频率范围：

　　以横轴为频率，纵轴为衰减所画出的座标图。

　　如上图（这只是一个示意图，完全不考虑精确性），假设我们想收听的频率是657Khz，那么这个滤波器的输出就应该滤掉比657KHz高以及比657KHz低的所有讯号，只留下所需要的讯号。在滤波器的数据之中，我们如果想知道它准确的滤波频率，通常都是以”讯号量衰减至-3dB时的频率”为准，此频率就称为-3dB频率（或称为半功率频率）。

　　（注：电压增益值dB的计算公式=20log（Vo/Vi），也就是当衰减量为-3dB时，电压衰减为0.7倍左右，此增益计算方法无论在衰减或是放大器都是相同的，只是结果有正负号的差别。）

　　那么，要如何以电路做到这个带通滤波器呢？在图一的电路图中，用的是以下的方式：

　　此收音机所使用的选频电路。

　　这个滤波的电路是最早被运用在收音机中的。它的效果并不好，但是却非常的简单。图中L是电感，C是电容。电感的特性是可以让低频通过，留下高频。而电容的特性刚好相反，可以让高频通过，但是会留下低频。将此两种特性的电感以及电容并联，如图所示，在输入端接天线以及地线，则由空气中而来的无线电波会进入此电路中。大部分的低频经由电感流入接地，大部分的高频也经过电容流入接地。

　　然而，此图中的零件数值都是固定的，当我们想要更换不同的接收频率时，无法调整。如果想要随心所欲的调整接收频率，则图中的电感或电容必须要是可以调整其电容或电感量的。最早期的矿石收音机所使用的是可变电感，因为可变电感可以自己制作，成本较低，但后来所有的收音机都改为可变电容，可省去制作的麻烦，图一中的电路就是使用可变电容。在收听时只要调整可变电容的数值，就可以改变滤波器输出端的频率了。

　　电感得自己动手绕

　　在经过选频以后的无线电波，已经是比较单纯，特定频率的讯号了。如图三，此时即需要做检波的动作。检波最简单的方法，就是经过二极体做半波整流，滤掉其中半个周期的讯号，成为有脉动的直流讯号。因为此处的讯号无论电压电流都非常的小，所以必须采用非常灵敏的二极体。在此选用1N60这个检波专用的二极体。这种二极体在数十年前刚出现时价格非常的惊人，但是随着半导体技术的进步，目前的价格大概是一支NT.2元左右，超级的便宜。经过检波的讯号，已经可以直接接往耳机了收听了。因为耳机本身有电感量存在，所以即使还有高频载波存在，也无法进入耳机。

　　非常简单的电路，在稍微看懂以后就可以开始动手了。第一个头痛的问题就是电感了…。。在以前，许多的电子材料行有贩售专门给AM收音机使用的天线线圈电感，但是现在去哪里找呢？所以只好自己来绕制这个电感。电感中心使用直径约1.5吋的圆管，无论是纸管，塑胶管都可以。我使用的是垃圾袋中间的圆管。将圆管切到适当的长度，并且以28号漆包线在上面紧密整齐的缠绕100~110圈。

　　线圈要紧密，并且依照同一个方向缠绕。

　　以蜡油固定。

　　电感制作完成，就来考虑电容了。可变电容这个零件在现在是越来越少见了。现在一般电子材料行有可能买的到的可变电容，大概是这样子的：

　　接着，在纸管两端装上两个L型金属片，将漆包线末端的漆刮除，焊接固定在上面。并且滴一点蜡烛的蜡油在线圈的两端，以避免松脱。

　　现在较容易买到的可变电容。

　　这种可变电容所使用的介质是云母片或塑胶片，体积相当的小。本电路中可变电容的电容量最大应该要有360pF以上，如果不确定自己买到的可变电容容量，可以用电容表测量。如容量不足可以将一个以上的可变电容器并联使用。如果您比较讲究一些，那么可以试着寻找较古老的一种可变电容，其金属片之间直接用空气当作介质，故体积较大，金属片也较多：

　　古董可变电容以及它的包装纸盒。

　　这种可变电容感觉上确实比较复古，且拿起来非常有份量，又比塑胶外壳的可变电容耐用（古代真空管收音机中的可变电容大多使用这种，许多到现在仍然可以使用）。不过除了不容易买到以外，它的价格也不低。如果您很幸运的买到了，那么建议可以用这个电容来试试看。当然，不管用哪一种电容，只要电容量适当，电路功能应该都是正常的。

　　左边是用来比较尺寸的6922真空管。

　　上图是这次所使用的1N60二极体，这是一个承受电流电压都相当低的二极体，专门用来作为讯号检波。因为这个收音机输出的电压电流都相当低，所以使用的耳机必须要特别挑选：

　　要用适当的耳机，否则这么低的电压电流是无法听到声音的。

　　这种耳机的阻抗相当高，是专门为这种低电压电流的情况下设计的。因为没有任何放大的装置，必须靠无线电波的能量来发出声音。

　　零件准备好了，就开始装机器了。因为零件实在很少，所以要不要机箱就看个人了。我找了一个小Case来把它装在里面，主要是因为我使用的可变电容是大型的那种，不找个机箱实在不好固定。

　　先将可变电容以及电感固定。

　　将可变电容器以及电感固定。要注意这种大型的可变电容外框金属就是电容的其中一极，要注意和外壳绝缘的问题（不过在习惯上会把这一极接往接地端）

　　配线相当的简单。

　　因为配线很少，所以我决定采用1920年代收音机很流行的配线方式。采用粗的单心铜线以架空的方式进行配线。上图中的机器是没有装输出端的10uF电容，这颗电容是用来隔离直流的，但是不装也可以，对声音不会有甚么影响。如果要装，则不管采用电解电容或是金属膜电容都可以。 把天线搭起来吧

　　在配线完成后，就可以开始收听了。将耳机插上，接着装上地线以及天线。天线的部分，如果您居住的地方距离AM电台的发射站非常的近，或是窗外非常的空旷，没有任何障碍物阻挡，那么不妨试试看直接用一条粗铜线拉直当作天线，也许可以收的到讯号。否则，天线的部分可以单独架设室外天线，或是与电视天线共用（或是直接接往有线电视Cable也可以）。地线的部分，就找一支粗铜棒，去地上打个孔。

　　将接地线固定。

　　如上图，将接地线以鳄鱼夹夹在家里窗户的窗台的金属部分。或是在墙上打个钉子夹上去，或是直接固定在水龙头上面效果更好。（当然这些都不如去打一支真正的接地棒到地下）。一切接线完成，戴上耳机，调整电容器，试试看能不能听到声音吧。如果居住的地方建筑物较多，那么收讯效果较差，反之可能可以收到较多的电台。

　　收音机就这样完成了，但是它的名字既然叫做矿石收音机，现在却用半导体零件来制作，感觉总是怪怪的，要就做的夸张一点，矿石收音机就真的用矿石吧。

　　这是方铅矿与黄铁矿的共生天然矿石。在一百年前就有人发现这两种矿石具有类似二极体的单向导通特性，于是将它制作成最早的二极体，就是矿石检波器。现在就用它来制作矿石检波器。

　　以简单的方式制作的矿石检波器。

　　找一个可以固定矿石的夹子，将一小块方铅矿夹在中间，另外以非常细的单心裸铜线轻轻接触在方铅矿上面（接触的力量要很小心的控制），并且取代机器中原本二极体的位置，极性的部分可以不必在意（事实上这个电路中二极体无论接哪个方向都可以动作），接着慢慢的调整裸铜线接触矿石的位置。