无线电广播和收音机基本原理-hhj

1、无线电广播和收音机原理简介青岛大学师范学院物理系韩会景2012.10.26初中物理教师培训一、无线电和收音机简史一、无线电和收音机简史 无线电是谁发明的? 西方公认是马可尼, 俄罗斯只 承认波波夫。这个问题争论了一个多世纪, 至今还没有完全统一。 西方国家认为发明把信号载在电波上进行电信传输的人是意大利电气技师马可尼。第一次试验是在1894年，这成为无线电技术的开端。 俄国人认为1894年，波波夫制成了一台无线电接收机，他第一次在接收机上使用了天线。这也是世界上的第一根天线。 1902年，美国人史特波斐德使用自制的矿石收音机完成无线电广播实验；1904年英国物理学家发明了世界上第一只电子二极;

2、 1906年，美国发明家德福斯特组装了第一个真空管放大器，这种放大器立即就被用来与马可尼的无线电发明相结合，利用无线电传送人的声音，于是产生了收音机。加拿大人雷金纳德奥布里费森登在马萨诸塞州的布兰特罗克建立试验广播台，该台在1906年圣诞节前夕播送了第一个广播节目。 1910年，第一家每日无线电广播台创始于加利福尼亚州圣约瑟查尔斯赫罗尔德广播学校。它是世界上最久的一直没有中断的广播电台。1920年，第一个现代商业无线电广播台在匹兹堡成立，它于1920年11月2日正式开播。 二十多年后，调频广播诞生，直到1962年才出现调频立体声广播。二、无线电广播和接收原理1.无线电波概述无线电波概述速度频率

3、波长电磁波电磁波中波：中国10 kHz 美国 9 kHz 短波：10 kHz （数字式收音机按5 kHz调谐）调频：200 kHz （数字式收音机按100 kHz调谐）波段名称 波长范围 频率范围 频段名称 主要用途超长波 108104 m 3Hz30kHz VLF(甚低频) 音频、电话、数据终端 长波 104103 m 30300kHz LF(低频) 导航、信标、电力线通信 中波 103102m 300kHz3MHz MF(中频) AM广播、业余无线电 短波 10210 m 330MHz HF(高频) 移动电话、短波广播、业余无线电 米波(超短波) 101m 30300MHz VHF(甚高频

4、) FM广播、TV、导航移动通信 分米波 10010cm 300M3GHz UHF(超高频) TV、遥控遥测、雷达、移动通信 厘米波 101cm 330GHz SHF(特高频) 微波通信、卫星通信、雷达 毫米波 101mm 30300GHz EHF(极高频) 微波通信、雷达、射电天文学无线电波无线电波(频频)段的划分及其用途段的划分及其用途 名称简称频率长波SW150200 KHz中波中波MW5351605 KHZ短波 120 mSW 120 m23002490 KHz短波 90 mSW 90 m32003400 KHz短波 75 mSW 75 m39004000 KHz短波 60 mSW 6

5、0 m47505060 KHz短波 49 mSW 49 m59506200 KHz短波 41 mSW 41 m71007300 KHz短波 31 mSW 31 m95009775 KHz短波 25 mSW 25 m1170011975 KHz短波 19 mSW 19 m1510015450 KHz短波 16 mSW 16 m1770017900 KHz短波 13 mSW 13 m2145021750 KHz短波 11 mSW 11 m2560026100 KHz调频广播调频广播FM88108 MHz无无线线电电广广播播的的波波段段划划分分无线电波的传播无线电波的传播1 地面传播(地波)2 电离

6、层反射(天波)3 直射传播(直射波)4 散射传播(散射波)5 卫星转播 长波长波传播特点是：长波以天波或地波的形式传播。地面对它吸收弱，白天和晚上传播，变化较小，比铰稳定。但地波传播的最大距离不超过三至四千公里，所以一般长波传播方式仍以天波为主。 短波短波传播特点是：地面对短波吸收极强，沿地球表面只能传播几十公里。它的传播主要是依靠地球外的电离层与地面间的来回反射，因此可以传得很远。由于短波依靠电离层反射，所以受季节、日夜、气候变化影响比较大，信号强弱变化显著，声音常常一会儿大，一会儿小。短波多用于远距离广播。 中波中波传播特点和长波大体相似，但地面对中波吸收较强，所以沿地球表面传播路程不远。

7、一般夜里收听效果比白天好，白天收听不到的电台，夜间可能听到。中波适用于传播距离不太远的电台，我国国内广播一般用中波。 超短波超短波一般只能在空间直线传播，因此它的传播距离较近，电视和调频广播都用超短波。调幅无线电广播调幅无线电广播调频无线电广播调频无线电广播三、收音机发展简介三、收音机发展简介 从器件上从器件上：电子管晶体管集成电路 从广播制式上从广播制式上： 直接放大式超外差式（AM/FM）调频立体声 从技术上：从技术上： 模拟式数字式（数字调频收音机）矿石收音机电子管收音机晶体管收音机集成电路收音机DPS收音机未来收音机发展历程发展历程矿石收音机电子管收音机1904年，世界上第一只电子管在

8、英国物理学家弗莱明的手下诞生。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。电子管是电子时代的鼻祖，电子管发明以后，使收音机的电路和接收性能发生了革命性的进步和完善。1930年以前，几乎所有的电子管收音机都是采用两组直流电源供电，一组作灯丝电源，一组作阳极电源，而且耗电较大，用不了多长时间就需要更换电池，因此收音机的使用成本较高。1930年前后，使用交流电源的收音机研制成功，电子管收音机才较大范围地走进人们的家庭。但是由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源

9、利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。电子管收音机国货！国货！晶体管收音机晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能（金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料最常见的便是锗和硅两种）。1947年12月23日，第一块晶体管在美国贝尔实验室诞生，这是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声,从此人类步入了飞速发展的电子时代。晶体管收音是一种小型的基于晶体管的无线

10、电接收机。1954年10月18日，世界上第一台晶体管收音机投入市场，仅包含4只锗晶体管。在晶体管出现以后，收音机才开始真正普及。1958年，我国第一部国产半导体收音机研制成功。晶体管收音机以其耗电少，不需交流电源，小巧玲珑，使用方便而赢得人民的喜爱，并逐渐在市场上占据了主导地位，并成为最普及和廉价的电子产品。晶体管是现代历史中最伟大的发明之一，晶体管发明以后,电子学取得了突飞猛进的进步。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。晶体管收音机集成电路收音机1958年9月12日，基尔比研制出世界上第一块集成电路。从此，集成电路逐渐取代了晶体管，使微处理器的出现成

11、为了可能，奠定了现代微电子技术的基础，也为现代信息技术奠定了基础，开创了电子技术历史的新纪元，让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能。在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起，作为一个具有一定电路功能的器件来使用的电子元件，叫做集成电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。本质上，集成电路是最先进的晶体管，集成电路使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。

12、集成电路收音机DSP收音机DSP技术收音机就是无线电模拟信号由天线感应接收后，在同一块芯片里放大，然后转化为数字信号，再对数字信号进行处理，然后还原成模拟音频信号输出的新型收音机。DSP技术的本质是用软件无线电代替硬件无线电，它大大降低了收音机制造业的门槛。2006年美国芯科实验室首次研发出DSP技术收音机芯片，同年，全球规模最大的收音机制造商：深圳凯隆电子有限公司与美国芯科实验室合作，开发出世界上第一台DSP收音机：KK-D48L。2007年，深圳凯隆电子有限公司在深圳与上海组建DSP技术研发实验室。2009年，完全具有自主知识产权的中、低端性能国产DSP收音机芯片诞生，从此，DSP技术收音

13、机进入普及时代。深圳凯隆电子有限公司也因此颠覆性创新成果获得了国家级高新技术企业殊荣。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。DSP收音机最简单最简单DSP收音机收音机Designed byZHANGLEI收音机的主要质量指标收音机的主要质量指标1. 灵敏度灵敏度 灵敏度说明收音机接收微弱信号的能力灵敏度说明收音机接收微弱信号的能力。通常用毫伏/米( mV/ m)表示用磁性天线的收音机的灵敏度，用微伏(V)表示装外接天线或拉杆天线的收音机的灵敏度。它们的数值越小，灵敏度越高。2. 选择性选择性 选择性是表示收音机挑选电台的能力。选择性是表示收音

14、机挑选电台的能力。选择性用分贝(db)表示，在满足频带宽度的前提下，分贝值越大，选择性越好。 3. 保真度保真度(失真度失真度) 收音机输出的信号波形，应与原来传送的信号一致，保真度表示了收音机保持原来信号波形的能力。保真度表示了收音机保持原来信号波形的能力。它主要用频率失真和非线性失真的大小来表示。4. 频率范围频率范围(波段覆盖波段覆盖) 说明收音机能够收听波段的频率范围说明收音机能够收听波段的频率范围，而且在整个波段范围内应能满足主要指标。5. 额定输出功率额定输出功率(不失真输出功率不失真输出功率) 表示在一定非线性失真条件下，收音机输出功率的大表示在一定非线性失真条件下，收音机输出功

15、率的大小小，通常用毫瓦( mW)或瓦(W)表示，输山功率越大，声音越响。四、收音机工作原理四、收音机工作原理 从工作原理上讲，收音机经过了矿石检波式矿石检波式、直接直接放大式放大式和超外差式超外差式的转变。 矿石式收音机是最简单的收音机，它是由美国科学家邓伍迪和皮卡尔德发明的。1910年，邓伍迪和皮卡尔德发现方铅矿石具有检波作用，如果将其与几种简单的元件相连接，就可以接收到无线电台放送的广播节目。 1.矿石收音机矿石收音机 靠天线接收电波，机内装有简单的调谐电路，可将接收到的电波按所需的波长选择出来输送给矿石检波器，从电波中分检出记载音频信号的电流，然后通过耳机将电流转换成声音。矿石收音机无需

16、电池，结构简单，几乎所有的无线电爱好者可自己装配制做。但它需要良好的天线和地线，而且音量很小，只能供一人收听，选择性也很差。 检波调谐回路矿矿石石收收音音机机2.直接放大式收音机直接放大式收音机 直接放大式直接放大式收音机收音机在矿石收音机的基础上增加了高频放大和低频放大部分，性能较矿石式收音机有所改进。最简单的有放大能力的收音机最简单的有放大能力的收音机 直接放大式收音机通常在高频放大器中加入正反馈正反馈，在电路不产生自激振荡的前提下，使放大后的信号部分地返回到谐振回路进行再生放大再生放大。再生放大可以大幅度地提高谐振回路输出信号的强度，提高灵敏度和选择性，直接放大式收音机又常称为再生式收音

17、机再生式收音机。 为节约成本，直接放大式收音机中也常将检波后的低频信号重新送到检波前的高频放大晶体管中再进行一次低频放大(来复放大来复放大)，故直接放大式收音机又常称为来复式收音机复式收音机 。 最简单的再生来复式收音机是晶体管单管再生来复收音机，简单廉价体积小，不需天线和地线，用耳机接收本地强台的广播。再生来复式单管收音机再生来复式单管收音机 比较成熟的晶体管再生来复式收音机采用4只晶体管，分别用作再生来复式高放、低放和推挽功放。四管再生来复式收音机四管再生来复式收音机 再生来复式收音机电路简单，但高频放大容易产生振荡，放大倍数不能很大，使灵敏度受到限制灵敏度受到限制，且频率低端与高端增益相

18、差较大，整个频段内灵敏度不灵敏度不均匀均匀；另一方面，由于谐振回路少，选择性也普遍较选择性也普遍较差差。但在中等房间里接收本地强台仍可以获得比较满意的效果。 再生来复式收音机一般只能在城市中用于接收本地强台。3. 超外差式收音机超外差式收音机 超外差式收音机最大的特点是通过变频器把接收到超外差式收音机最大的特点是通过变频器把接收到的高频载波转化为固定的较低频率的中频载波，再对中的高频载波转化为固定的较低频率的中频载波，再对中频信号进行放大。频信号进行放大。由于中频信号的频率较低且保持固定(我国为调幅收音机465 kHz，调频收音机中频为10.7 MHz)，可以采用多级中频放大，提高收音机的灵敏

19、度提高收音机的灵敏度；在中频放大器中采用谐振回路作为负载，可以大大提高提高收音机的选择性。收音机的选择性。 现在世界上99以上的收音机、电视机、无线电话机、卫星地面站等都是超外差式的。 中频 f1 f0 = 465 kHz变频(混频)检波低频放大功率放大中频放大输入调谐回路f0本机振荡回路f1（1）输入回路。）输入回路。从天线接收进来的高频信号首先进入输入调谐回路。输入回路的任务是： 1.） 通过天线收集电磁波，使之变为高频电流；2）.选择信号。在众多的信号中，只有载波频率与输入调谐回路相同的信号才能进入收音机。（2）变频和本机振荡级。）变频和本机振荡级。从输入回路送来的调幅信号和本机振荡器产

20、生的等幅信号一起送到变频级，经过变频级产生一个新的频率，这一新的频率恰好是输入信号频率和本振信号频率的差值，称为差频。本机振荡频率输入信号频率中频例如，输入信号的频率是535kHz，本振频率是1000kHz ，那么它们的差频就是1000 kHz 535 kHz 465kHz；当输入信号是1605kHz时，本机振荡频率也跟着升高，变成2070kHz。也就是说，在超外差式收音机中，本机振荡的频率始终要比输入信号的频率高一个465kHz。这个在变频过程中新产生的差频比原来输入信号的频率要低，比音频却要高得多，因此我们把它叫做中频。不论原来输入信号的频率是多少，经过变频以后都变成一个固定的中频，然后再

21、送到中频放大器继续放大，这是超外差式收音机的一个重要特点。以上三种频率之间的关系可以用下式表达： 本机振荡频率-输入信号频率=中频“超外差式超外差式”名称的由来：名称的由来： 1. 本机振荡频率超超过外外来信号频率，两者之差差即为中频。 2. 根据电路设计不同，在变频器中，本机振荡和混频各用一只电子管或晶体管的称为“外差外差”；共用一只电子管或晶体管的称为“自差自差”。 在此基础上，增加了中频放大器（中频放大器不是必须的）的则称为“超超”。收音机的发展变化收音机的发展变化矿石收音机矿石收音机收音机的发展过程是新新科技取代收音机的发展过程是新新科技取代旧的技术的过程，也是一个旧的技术的过程，也是一个不断创新的过程。不断创新的过程。1910年由美国科学家邓伍迪和皮卡尔德发明，主要利用矿石的检波作用真空管收音