標題：致小白：詳解調幅收音機的原理 #媽媽再也不用擔心我不懂收音機啦！
作者： Pleiades_Antares
出品： BDF元培調查組-北京市內包小組
版權聲明：本作系完全原創，他人不得在原作者不知情或不同意的條件下私自轉載，歡迎轉發。部分圖片來源於網絡，侵刪
（后期會出收音機制作手冊的電子版，喜歡的可以自己去打印，本文僅介紹調幅收音機的原理，其組裝、調試以及焊接的全方位指導請參閱《小白手冊》）
（原作品為精修小冊子+論文，文字精簡，請仔細閱讀嗷）
收音機的介紹
收音機，是一種由機械器件、電子器件、磁鐵等構造而成，用電能將電波信號轉換並能收聽廣播電台發射音頻信號的機器。自1904年收音機被發明后，無線電廣播成為一種主要的信息傳播和宣傳方式。它作為無線電傳媒的鼻祖，雖然之后又發明了電視等其它媒體，但是直到今天它仍是一種不可或缺的傳媒方式，廣泛的存在於我們的生活之中。
收音機的原理
廣播電台始於20世紀初，最早用於小部分科技迷之間的娛樂，后轉為針對大眾的新聞傳播媒介和娛樂方式。它傳播區域廣，覆蓋面積大。通過廣播電台，人們可以聽到百里之外甚至千里之外的聲音。
目前使用最廣泛的廣播主要為調幅廣播（AM)與調頻廣播（FM），調幅廣播主要分為主要針對中距離的中波和針對遠距離的短波廣播，調頻廣播的頻率更高，傳播距離更短，適於在城市環境使用。下圖詳細的說明了廣播的過程。
圖2-1 調幅廣播的工作過程示意圖
1.廣播電台發送聲音的流程
廣播電台的一大特點便是利用電波信號傳輸聲音，其過程並不復雜。我們聽到的聲音是通過空氣振動進行傳播，因此可以通過麥克風（話筒）將這種機械振動轉換為電信號，傳到遠處，再重新通過揚聲器（喇叭）轉換為機械振動，發出聲音。如此一來，如果廣播電台與聽眾之間的距離比較近，可以通過將麥克風產生的電信號用放大器放大之后通過電線使其傳到聽眾處，再使用放大器將信號放大推動揚聲器播放即可。這種有線電台還在有些場合使用，例如學校教室的播音系統。
圖2-2 有線廣播電台工作示意圖
但有線電台的缺點為必須通過電線相連。自無線電波被發現后，科學家們就提出了用無線電進行廣播的方案。如下圖所示，將原來用電線傳輸的信號轉化為電磁波，通過信號塔發送，聽眾只需安裝天線接收電信號即可。
圖2-3 無線傳輸電信號示意圖
但這種方式又帶來了新的難題，人類聽覺范圍為20 Hz-20 kHz，多數人聲的頻率范圍在340 Hz到3.4KHz之間。如果都使用這個頻率范圍傳輸，就會互相干擾，而且根據理論分析，天線長度與波長成正比，即頻率越低，波長越長，則所需的天線越長，發射功率越低。
若想解決這個問題，可將原來的方案進一步改進。將發射的信號的頻率調高，就可以用不同頻率發射和接收信號，傳輸多個頻道的內容，而且所需天線長度也使人可接受。但是，人耳無法聽到高頻率的聲音，若需使用這些更高頻率的電波傳輸人類所需的音頻信息，則需用到調制的辦法，在發送信號前將低頻的聲音信號調制到高頻的無線電波（載波）上，然后再發送出去。相應的，聽眾在收聽前再進行“解調”，將低頻的聲音信號從高頻載波上分離出來。調制的辦法有“調幅”和“調頻”等。
圖2-4 高頻載波無線傳輸系統示意圖
載波，是一種運載聲音信號的高頻波，本身不傳遞有效信息，但頻率很高。
在調制時將需要調制的信號，也就是廣播電台想要發送出去的聲音，將其與載波結合在一起，得到的就是已調波。已調波頻率高，且包含廣播電台的聲音內容，此時廣播電台將已調波發送出去。而聽眾接收時，只需要進行解調，即分離載波與廣播電台本身的聲音信號，再將廣播電台的聲音信號播放出來即可。
在圖2-5中展示了幅度調制即調幅的原理，最上面（a) 是頻率較低的聲波振動信號，中間（b）是頻率較高的載波，二者相乘得到的就是（c）已調波，它主要是快速振動的載波，但載波振動的幅度在隨時間變化，載波的包絡給出了聲音的信息。
收音機的作用即為接收這種信號，並進行解調，還原出聲音信號。最簡單的收音機是礦石收音機，為了提高接收范圍、聲音大小和質量，人們又發明了更復雜的收音機。早期的收音機使用電子管，半導體三極管發明后，人們普遍改用了半導體收音機（又稱晶體管收音機）。
圖2-5 廣播電台調幅信號示意圖
圖2-6 收音機基本架構框圖
收音機的基本架構如上圖所示，天線接收電波信號，通過輸入調諧選出所需的頻帶。其經過高頻放大后，由檢波電路分離出音頻信號，再經過音頻功率放大器進一步放大，驅動喇叭發出聲音。
2.礦石收音機
礦石收音機是最簡單的一種收音機，不需要使用電源，檢波器元件可以采用天然礦石，因此得名“礦石收音機”。
圖2-7 礦石收音機實裝圖
圖2-8 礦石收音機電路圖
礦石收音機是結構最簡單的收音機，采用電感電容（LC）諧振電路，先通過天線（大約5-6米甚至可能更長）與線圈接收信號，通過調整可變電容器（調諧電容）改變LC電路的諧振頻率以達到“換台”的目的，接着通過礦石做成的二極管來檢波，也就是解調。如果直接用高頻載波的信號驅動喇叭，由於振盪太快，喇叭幾乎沒有反應（即使有反應我們的耳朵也聽不出來）。因此，檢波——也叫解調——這一手段出現了。這一手段主要需要的是一個二極管和一個電容。二極管擁有單向導電的特性，即只允許正方向的振盪電流通過，反方向電流遇到時將會斷開，因此加裝二極管后電流的下半部分被削去了，只剩下上半部分的載波（見圖2-9加二極管時的情形）。檢波之后，還要再通過一個旁路電容才能到達揚聲器。這個電容的作用就是把波平滑化，濾掉快速變化的載波，這樣輸出的電壓就是音頻包絡線，驅動揚聲器振動發聲。
注意這里二極管和電容都是需要的，如果僅有二極管而沒有電容，那么振盪頻率仍然很高，而且某些地方信號突變，聽起來就是一些斷斷續續的聲音。如果僅有電容而沒有二極管，由於調幅的載波是以橫軸對稱的，即上下各有一條相反的音頻包絡線，那么電容平滑信號后正負對稱，A點和B點剛好互相抵消，無法產生所需的音頻包絡信號。
圖2-9 檢波工作信號示意圖
這就是二極管的檢波作用。最初人們發現有些天然的礦石具有單向導電性（比如通常使用的黃鐵礦晶體），可以用來充當二極管作檢波用，這一類使用天然礦石充當二極管的收音機便被稱為“礦石收音機”。不過大部分現在所謂的礦石收音機已經名不副實，大多采用了2AP9，1N60這兩種二極管而不是天然礦石。
礦石收音機原理簡單，但其聲音很小，音質差，處理不穩定，且天線長，一般作為初學者DIY使用。為何處理不穩定？礦石收音機屬於直放式收音機，直接放大式收音機電路簡單，容易成功。但這種收音機能收到的電台不多，它的靈敏度和選擇性都很差。直放式收音機的靈敏度和選擇性比較差的症結究竟在什么地方呢？要想提高收音機的靈敏度，就得增加高頻放大的級數，或者說增加總的高放增益。可是，高頻增益過高，后級輸出信號產生的電磁場只要有一點點泄露，被前級接收，就會引起自激。顯然頻率越高，輻射電磁波的能力就越強，高頻放大級的工作就越不容易穩定。選擇性的好壞又取決於什么因素？選擇電台的任務是由LC諧振回路來完成的，LC回路越多選擇性就越好。可增加LC回路帶來一個問題，每個回路的工作頻率不同，設計的電路很難對不同頻率都有良好的工作性能。如果給每個LC回路都單獨設計優化一套放大電路，系統又過大且昂貴。為了解決這個問題，大部分商品收音機采用了超外差設計。
3.超外差收音機
不論接收什么頻率的信號，超外差接收型收音機都首先通過變頻把它的頻率變換成某一特定的頻率，通常把它稱為“中頻” ，我國的工業標准規定調幅收音機的中頻為465kHz。由於中頻是固定的，設計具有良好性能的放大電路相對來說就容易多了，而且為了提高選擇性完全可以多加幾個LC回路，因為被放大的頻率是固定不變的，所以LC回路僅僅只需要在裝機時一次調准就可以了，以后改換電台時，這個中頻是不變的，相應的中頻調諧回路也無須重復調整。本次我們將安裝的就是一種超外差收音機，下圖顯示其完整架構。
圖2-10 超外差收音機完整功能框圖
先看本機振盪與混頻器。本機振盪與混頻器的目的是將天線接收的信號頻率轉化為中頻。假設接收的信號為cosωt，本振信號為cosω0t，混頻器給出二者乘積，根據三角函數乘積定理可得：
**cosω0t * cosωt=[cos(ω0+ω)t+cos(ω0-ω)t]/2**
可見，原波（未經處理的頻率）與本機振盪通過混頻器混合后得到了（ω0+ω）與（ω0-ω）兩個頻率，一般來說會使用一個濾波器將（ω0+ω）頻率過濾掉，剩下的（ω0-ω）頻率的信號傳輸給中頻放大電路。通過調整本機振盪頻率（ω0）使（ω0-ω）等於ωIF（中頻）。
將以上公式改寫為中文，為：本機振盪頻率-輸入信號頻率=中頻
舉個例子，若輸入信號的頻率（廣播電台的頻率）是535KHz，那么本振頻率就是535KHz+465KHz=1000KHz；輸入信號的頻率是1605KHz，本振頻率就是1605KHz+465KHz=2070KHz。只要保證本機振盪頻率始終比接收到的信號頻率高一個固定值465KHz（我國工業標准），就可以保證載波信號遷移到一個固定頻率。這樣，后續電路處理該固定頻率的載波信號就會簡單很多，極大程度上的的簡化了電路。
圖2-11 電路圖的功能划分示意圖
從原理上講，以上模塊已經可以發出聲音並比礦石收音機的聲音要好一些了，但由於電路要處理不同的頻道（換台）、不同的信號強度（距離每個電台的遠近）的各種情況，導致了收到的不同電台信號強度差異很大，在有些收音機的實際電路中，還有自動增益控制（AGC）模塊，當接收到的信號很弱時，AGC自動提高中頻放大電路的增益；相反，當收到的信號很強時，AGC自動降低中頻放大電路的增益。從而使得不同電台，不同場景下，電台音量保持穩定。
為了實現上述功能，需要進行電路設計，選擇合適的電路元件，優化參數，使其能正常工作。我們選購的一種六管收音機組裝套件電路和功能划分如圖所示。
了解原理后，下一步就是實際組裝啦！接下來我們將會帶着你一步一步安裝這個復雜的收音機~
35元留言贊助我們購買哦~（送完整收音機組件，可自己拼裝）（逗你的這是學術研究）