收音机原理及历史简析

1、春理z A电A絳Changchun University ol Science and Technology电工电子实习资料查询报告学院：光电工程学院专业：光电信息科学与工程（工）学号：140212413姓名：张帅摘要：对于普通老百姓来说，收音机是一件好东西。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。收音机的存在丰富了我们生活，在本文中 介绍了收音机的发展历史以及常见的收音机原理。 也介绍了除基于双D触发器的电子蜡 烛之外，新兴电子蜡烛的电路原理。关键词：收音机；发展历史；原理；电子蜡烛一、

2、收音机一、历史演变一百多年前，在这一刻一位年仅 31岁的犹太青年科学家海因里希鲁道夫赫兹 的名字被永远留驻在了一本名为“科学”的史书上。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

3、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，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

4、，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，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

5、，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，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Rege ncy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

6、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

7、择了 DSP芯片以软件为核心的收音机称为 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）。DE221、收音机分类体积从体积大小上可基本分为

8、袖珍型、便携式、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同步检波、二次变频。3 .高档类收音机：

9、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5351605kHz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，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

10、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

11、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： 第1路接至TDA2822的2

12、脚，为音频功放集成电路模块供电； 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 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

13、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脚为对应的音频功 放输出端图1中TDA2822X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 扬声器或耳机三、外差式八管收音机外差式八管收音机的

14、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

15、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，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

16、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、低频信号放大、功放驱动等基本工作流程。vn90)1RllVD1-T Cll CLJ loot JOO un f MilRIO220VT5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一本机振荡级、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

17、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

18、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T49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骨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

19、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

20、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。 由中点 o， （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一 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。 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

21、,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。 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

22、R35 R38也接到电源Vcc上，而它的集电极经电阻 R 3z直接接在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。2.5V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。当火熄灭，温度降低，热敏电阻 Rt

23、 阻值升高，处于高阻状态，触发器两输人端R=1,S=1，电路保持上一个状态，LED继续得电发光图五.点亮电路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。其 工作原理为：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，LED不发光，蜡烛熄 灭。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弋替光源，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扬声器丫组成。其