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回忆矿石收音机(译)

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发表于 2024-1-9 02:37:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

作者:David Goodsell
from:https://www.nutsvolts.com/magazine/article/remembering-the-crystal-radio

在 1952 年,我 12 岁的时候,制作了一台矿石收音机。那是一个来自芝加哥联合广播公司的套件,售价 2.5 美元。我花了很多时间待在地下室里,头戴耳机,小心翼翼地调整可变电容器,以接收附近和远处的电台。有些电台信号非常微弱,以至于我年幼的想象力让我觉得自己可能在收听秘密信息。

如今,你只需要让 Alexa 调到任何一个电台,就可以收听他们的节目。再也不用忍受不舒服的酚醛塑料耳机了。在这篇文章中,我想分享 20 世纪 50 年代和 60 年代那些原始的矿石收音机的工作原理,希望能唤起你们中那些也制作过这些神秘收听设备的人的遥远记忆。顺便说一句,Etsy 网站上出售许多复古风格的矿石收音机套件,它们是由真正的木头制成的,而不是塑料!无需电池。

记忆恢复

图1展示了我在 eBay 上找到的一台非常熟悉的矿石收音机的修复过程。

图1. 这台来自芝加哥联合广播公司的修复后的矿石收音机套件在 20 世纪 50 到 60 年代售价 2.5 美元。

事实上,它和我几十年前最初制作的那个模型完全一样。我不记得我的旧收音机发生了什么;也许是我把它留在阁楼里,然后我妈妈把它扔掉了。图 2 展示了我收到的未经修复的收音机。它显然需要一些温柔和关爱。

图 2. 这台未经修复的矿石收音机是在 eBay 上找到的,附带一个耳机。它需要一些爱护。

关于制作第一台收音机,我记忆犹新的一件事是,我烧坏了 1N34A 锗二极管。那时,我们家只有一个巨大的 100 瓦 Weller 烙铁,而我严重过热了那个可怜的小二极管。更换一个要花费 0.43 美元。幸运的是,这些年来,我的焊接设备和技术都有所提高。小时候,我在绕大线圈时也遇到了麻烦。每当我绕线时,它就会松开,所以我爸爸耐心地帮我把它绕紧。

简单的原理图,长长的天线

晶体收音机通过使用简单的解调方案来接收调幅(AM)电台。原理图如图3所示。

图 3. 早期的晶体收音机使用天然方铅矿矿石而不是锗二极管来检测音频调制。

直径为 1.5 英寸的线圈和可变电容器形成一个谐振电路来选择频率,二极管对调制后的射频载波进行整流(解调)。如果没有二极管,调制会同时产生相等且相反的交变电压,这在耳机中会平均为零。没有声音。

二极管剥离了一个极性,耳机对产生的脉动直流电作出响应。波形图包含在图3的原理图中。更深入的解释,请参阅维基百科上关于矿石收音机和矿石检测器的精彩条目。

联合广播公司的手册中有一个建议的 50 英尺倒 L 型天线配置的图表。我决定完全按照手册和图 3 中的描述重新创建它。图 4 展示了我在我最喜欢的网站上找到的复古绝缘子和避雷器。请注意避雷器包装盒的“不完美”状态。

图 4. 室外天线使用避雷器进行保护,并使用玻璃绝缘子将接收线与地面隔离。

提高效率就是诀窍

矿石收音机的隐藏魔力在于,它们能够捕获来自遥远发射台的几乎无穷小(纳瓦到微瓦)的功率,并有效地将其转换为我们的耳朵能听到的声音。无需电池。无需放大器。

联合广播公司的设计通过使用感应耦合变压器和 20 匝初级绕组来更好地匹配天线的阻抗,从而最大限度地提高了效率。

次级在检测二极管处接点,这样可以减少对调谐电路的负载,并改善与检测器的阻抗匹配。

最后,高阻抗耳机将解调后的音频信号转换为声音。

让我们用 LCR 表检查元件

为了好玩,我想测量一下调到 960 千赫电台时谐振电路元件的大致值。我使用了互联网上广告的那种小型 LCR 元件测试仪。它们的售价仅为 19 美元或更低,而且相当准确。

图 5 展示了测量的次级线圈。

图 5. 当调到 960 千赫时,直径为 1.5 英寸的线圈和调谐电容器的测量值为 0.18 mH 和 154 pfd。

它显示为 0.18 mH,这与在线电感计算器的结果非常接近。在线计算器显示,对于那么大尺寸的线圈,电感应该是 0.176 mH。非常准确。

最后,我测量了调到 960 千赫电台时的可变电容器:154 pfd。

谐振频率:
$$ \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} $$

因此,0.18 mH(L)和154 pfd(C)= 956 kHz(相对于 960 kHz 的广播频率)。非常接近!

探索方铅矿矿石

有些早期的矿石收音机使用一种特殊的检波器,称为方铅矿矿石。方铅矿是结晶矿物硫化铅(PbS)的另一种名称。图 6 显示了一小块方铅矿矿石,它埋在一个小的低温焊锡制成的圆锭中,上面有一根触须与表面接触。

图 6:方铅矿矿石需要用一根微小的“触须”在其表面周围来回移动,以找到接收效果好的区域。

它不像 1N34A 那样是一个密封的单元。事实上,你必须在方铅矿的不规则表面上用细小的触须轻轻地来回移动,才能使其工作。只有某些区域才能作为整流结并表现出二极管特性。

图 7 显示了我从方铅矿矿石、1N34A、1N914B 和 1N4007 获得的二极管曲线轨迹。

图 7:各种二极管的曲线轨迹表明,方铅矿和锗二极管在此应用中的性能优越。

硅二极管不能很好地作为检波器,因为它们的拐点发生在电压过高的情况下,无法检测到矿石收音机中的微弱信号。一个视频显示我在方铅矿矿石周围来回移动以寻找最佳的收音机接收效果,可以在 https://youtu.be/auz64mtoVLY 找到。

收听电台的乐趣

还有最后一件事。我碰巧有一个小型电池供电的 RadioShack 音频放大器,所以我把它接在耳机的位置。哇!其中一个电台轰鸣声大作。非常大声!

我在谷歌上查了一下,发现广播天线距离我的位置只有四英里,白天它的功率达到了 5000 瓦!难怪这么大声!幸运的是,该电台每晚将其功率降低到 20 瓦,我能够调到其他几个电台。

即使在这么多年之后,调谐波段并看看我能接收到多少电台仍然令人兴奋。也许我会架起一个更长的 T 型天线,做一些真正的远程通信。

总的来说,我很享受重温我年轻时的激动时刻,并希望你们能考虑向你们的孩子和/或孙子介绍矿石收音机的世界。请随时通过 dsgoodsell@verizon.net 与我联系,提出任何意见或分享你们的经历。

附言:如果你仍然有一个老式的矿石收音机藏在壁橱里,你会得到一颗金星。请告诉我。NV


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