羅姝堯

摘 要：我在高一的時(shí)候上了一個(gè)學(xué)期的集成電路課，自己動(dòng)手組裝了一臺(tái)收音機(jī)，本文是我學(xué)習(xí)成果的一個(gè)總結(jié)。目前的收音機(jī)還是以調(diào)頻式、調(diào)幅式為主流，都采用超外差式，因?yàn)椴捎贸獠钍降氖找魴C(jī)具有調(diào)諧靈敏度高，工作穩(wěn)定，選頻性能好，失真度小等優(yōu)點(diǎn)?！巴獠睢钡漠a(chǎn)生受到兩個(gè)元素影響，包括指天線(xiàn)輸入信號(hào)與本機(jī)振蕩信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)在工作中會(huì)促使固定的中頻信號(hào)出現(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)了“外差”。中頻信號(hào)可以由中頻放大器接收，然后向外擴(kuò)散。所以其工作時(shí)，先進(jìn)行變頻和中頻放大，然后進(jìn)行檢波，最后音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低頻放大送到揚(yáng)聲器。本文內(nèi)容為簡(jiǎn)單分析了超外差式收音機(jī)電路的工作原理以及其組裝。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；超外差式收音機(jī)；組裝

1 無(wú)線(xiàn)電的發(fā)送與接收過(guò)程

人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)能力以赫茲為單位，大多數(shù)人類(lèi)的可聽(tīng)范圍在20Hz-20kHz之間，聲波在空氣中傳播的速度較慢（340m/s），并且衰減很快。為了能夠?qū)⒙暡▊鬟f的更遠(yuǎn)，一般需要通過(guò)話(huà)筒將其轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào)，即為調(diào)制信號(hào)，然后利用此信號(hào)調(diào)制一個(gè)等幅的高頻振蕩的載波。載波經(jīng)過(guò)調(diào)諧功率放大器放大后，由發(fā)射天線(xiàn)輻射到空間，從而實(shí)現(xiàn)聲波的遠(yuǎn)距離傳輸。下圖1.1為聲音廣播發(fā)送的組成部分示意圖。

聲波會(huì)通過(guò)信號(hào)進(jìn)行傳遞，在傳遞過(guò)程中聲波載體為電磁波，而進(jìn)入調(diào)制器后電磁波被還原成調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)進(jìn)入音頻放大器，之后發(fā)出聲音。無(wú)線(xiàn)電接收作為接收聲波的方式，可以選擇應(yīng)用超外差收音機(jī)，組成方式如1.2圖。首先收音機(jī)內(nèi)部包含一個(gè)本機(jī)振蕩器，其主要功能為產(chǎn)生一個(gè)頻率為f0的正弦型號(hào)作為外差信號(hào)。當(dāng)收音機(jī)接收到高頻信號(hào)fs時(shí)，兩個(gè)信號(hào)一起添加到混頻器中，通過(guò)混頻器工作能夠計(jì)算出差頻信號(hào)，差頻信號(hào)顯示為f1=f0-fs，該信號(hào)就是需要利用到的中頻信號(hào)，通過(guò)中頻放大器放大后，再進(jìn)行檢波，便能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器還原聲音信號(hào)。

2.1 輸入回路

主要功能：過(guò)濾掉接收器中所有無(wú)用的無(wú)線(xiàn)電波，將需要的無(wú)線(xiàn)電波挑選出來(lái)。

輸入回路的組成，如圖2.3（a），輸入回路共有三個(gè)部分：線(xiàn)圈L1、雙聯(lián)可變電容的輸入聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償電容C。圖2.3（b）顯示的是電磁波產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的等效圖，在圖中能夠明顯看出電磁波的出發(fā)點(diǎn)是線(xiàn)圈L1，線(xiàn)圈L1可以通過(guò)電波輸出電動(dòng)勢(shì)，借助電路產(chǎn)生電磁波。輸入回路中的電路會(huì)產(chǎn)生系列信號(hào)，其中有fc=fs的信號(hào)，一旦在眾多信號(hào)中選定fc=fs的信號(hào)，輸入回路會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振。此時(shí)，線(xiàn)圈的兩端會(huì)達(dá)到最大電壓值，影響其他信號(hào)傳遞，此時(shí)各個(gè)信號(hào)的諧振曲線(xiàn)會(huì)發(fā)生變化，如圖2.3（c）。在眾多信號(hào)中，被鎖定的信號(hào)就會(huì)進(jìn)入收音機(jī)，調(diào)節(jié)C1a即可改變諧振頻率，這樣就能收聽(tīng)想要的節(jié)目。

2.2 變頻級(jí)

作用：將天線(xiàn)接受到的高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為固定的中頻信號(hào)。

正如前文所述，為了產(chǎn)生特定頻率的正弦外差信號(hào)，需要電路中包含一個(gè)振蕩器，其通過(guò)一個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)，如圖2.4所示。所以此調(diào)諧回路對(duì)于本無(wú)法在本機(jī)產(chǎn)生多項(xiàng)振蕩信號(hào)時(shí)發(fā)揮作用，對(duì)其阻抗能力較弱，本振信號(hào)在不同容量時(shí)會(huì)發(fā)生改變，例如在圖2.5中，此時(shí)C3、C4兩處的容量變大，會(huì)影響本振信號(hào)，此時(shí)該階段電路可看作是短路。從圖中會(huì)看出L1、L2是電路中的重要組成部分，其實(shí)質(zhì)上就是振蕩變壓器B2，此時(shí)能夠得到C=C5（C1b+C1b）/（C5+C1b+C1b），實(shí)質(zhì)上現(xiàn)在該電路是作為一級(jí)共基極電路存在的?；祛l是利用晶體管輸入特性曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，因此需慎重選擇關(guān)鍵點(diǎn)。

2.3 中頻放大器

主要作用：是將中頻信號(hào)進(jìn)行放大。

中頻放大器電路圖如2.6所示。其主要依靠中頻變壓器B4和電容C8組成的并聯(lián)諧振電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻信號(hào)的放大。由于其諧振回路的中心頻率為中頻信號(hào)，因此對(duì)于中頻放大器的增益最高，中頻信號(hào)的阻抗最大，而對(duì)于其他頻率成分的信號(hào)進(jìn)行衰減和抑制。

2.4 檢波

電磁波經(jīng)過(guò)接收器會(huì)轉(zhuǎn)換為信號(hào)，眾多調(diào)制信號(hào)會(huì)共同作為調(diào)幅波存在，此時(shí)選擇其中的調(diào)幅波，即被視為檢波。檢波過(guò)程中需要利用接收端，此時(shí)接收端選擇調(diào)幅波也被成為借調(diào)。我們通過(guò)一個(gè)二極管來(lái)構(gòu)成檢波電路，如圖2.7所示。耦合線(xiàn)圈的一邊表示中頻變壓器B，另一端是含有檢波二極管D的電路。對(duì)調(diào)幅波的第一個(gè)正半周二極管D導(dǎo)通對(duì)Cl充電，由于二極管導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻很小，因此Cl很快充電到Ui的峰值，正弦波峰過(guò)后Cl向檢波負(fù)載Rl放電，而放電時(shí)間常數(shù)較大，Cl放電速度比中頻信號(hào)的變化速度慢，檢波二極管D截止，Cl經(jīng)Rl放電，當(dāng)中頻信號(hào)的第二個(gè)正半周到來(lái)時(shí)Ui>Uo時(shí)，D再一次導(dǎo)通對(duì)Cl充電，如此重復(fù)的結(jié)果，可以得到調(diào)幅包絡(luò)，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波就可得到原調(diào)制信號(hào)。

2.5 自動(dòng)增益控制

所謂自動(dòng)增益控制，即應(yīng)對(duì)接收到的信號(hào)過(guò)強(qiáng)或者過(guò)弱時(shí)電路會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的控制。當(dāng)接收的信號(hào)過(guò)弱時(shí)，使得中頻放大器放大程度增高；當(dāng)接收到的信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)，使得中頻放大器放大程度降低。此外，當(dāng)接收到的信號(hào)波動(dòng)較大，它還可以起到檢波的作，使得輸出穩(wěn)定。因?yàn)樽詣?dòng)增益控制模塊，使得收音機(jī)可以抵抗時(shí)間、溫度等變化帶來(lái)的信號(hào)不穩(wěn)定，自此收音機(jī)能夠平衡掌握信號(hào)。

自動(dòng)增益控制是收音機(jī)的較為重要的功能，該功能主要通過(guò)對(duì)音頻信號(hào)產(chǎn)生的平均值進(jìn)行掌握，此時(shí)收音機(jī)接收端進(jìn)行檢波后會(huì)輸出適當(dāng)音頻信號(hào)，選擇適當(dāng)音頻信號(hào)值，經(jīng)由收音機(jī)中頻放大器的增益即可實(shí)現(xiàn)控制。音頻信號(hào)與基極電壓成反比，隨音頻信號(hào)增多，電路基極電壓會(huì)減少，即Au減小，反之Au增大，從而使檢波器的輸出保持穩(wěn)定。

2.6 揚(yáng)聲器

揚(yáng)聲器的功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成為聲音。收音機(jī)通常使用恒磁動(dòng)圈式紙盆揚(yáng)聲器作為換能器件還原聲音信號(hào)。例如，攜帶音頻信號(hào)電流穿過(guò)永久磁鐵產(chǎn)生恒信號(hào)電流中會(huì)載有音頻信號(hào)，音頻信號(hào)借助電流流向磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中音頻信號(hào)會(huì)逐漸從電流中聚集，受到磁場(chǎng)內(nèi)部磁力的影響和作用，此時(shí)音頻信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)形成就會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)作用于周?chē)埮?，紙盆受到音頻信號(hào)振動(dòng)帶領(lǐng)，利用空氣傳播出聲音。

3 收音機(jī)的安裝制作

焊接過(guò)程主要使用電烙鐵和焊錫進(jìn)行。使用它們進(jìn)行元件的焊接，可以固定零件，也可以保證電路連通。所以焊接質(zhì)量的好壞，對(duì)于收音機(jī)使用的體驗(yàn)和壽命息息相關(guān)。

接通電源后，電烙鐵溫度會(huì)緩慢上升，當(dāng)電烙鐵加熱到一定程度時(shí)，我們給電烙鐵頭部上焊錫，焊錫便會(huì)融化成小液滴聚集在電烙鐵頭部，此時(shí)我們便可以使用其進(jìn)行焊接工作了。一般左手拿焊錫絲，右手拿電烙鐵。當(dāng)烙鐵接觸焊點(diǎn)時(shí)

完成下一步內(nèi)容。在焊接過(guò)程中，需要兩手并用，同時(shí)將電烙鐵和焊錫絲拿在手上，通常電烙鐵在右，焊錫絲在左，焊接時(shí)要把握時(shí)間和數(shù)量，在接觸焊點(diǎn)時(shí)立刻加入焊錫。

焊錫的量需要保持在適中范圍，焊錫過(guò)多影響焊接正常進(jìn)行，甚至出現(xiàn)搭焊短路現(xiàn)象，焊錫過(guò)于稀少會(huì)影響焊接質(zhì)量，造成元件自身出現(xiàn)不牢固等問(wèn)題。焊接時(shí)切忌將烙鐵頭在焊點(diǎn)上來(lái)回移動(dòng)，也不可用力下壓。要是焊接處溫度適宜，此時(shí)焊接接觸點(diǎn)如果不能得到適宜溫度，也會(huì)影響焊接的元件的質(zhì)量，比如說(shuō)焊接點(diǎn)的熱量供應(yīng)達(dá)不到焊接需要的溫度，就會(huì)使元件質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，常常形成需焊和假焊的現(xiàn)象，在使用中元件容易破損，其使用壽命會(huì)大大縮短。

而溫度過(guò)高焊錫易流散，使焊點(diǎn)錫量不足，也會(huì)不牢固，還可能出現(xiàn)燙壞印刷電焊錫流散后會(huì)使接觸點(diǎn)的焊錫數(shù)量達(dá)不到焊接要求，此時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧喜煌瑫r(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)溫度過(guò)高還會(huì)燙壞印刷電路板及電子元件，造成損失。所以在焊接過(guò)程中，需要掌握正確的焊接方法，確保焊接時(shí)能夠控制焊錫數(shù)量和焊接熱量供應(yīng)。等到焊接結(jié)束后，還要稍微冷卻，使元件更加牢固。

焊接過(guò)程的實(shí)物展示如下圖3.2圖：

4 總結(jié)與反思

這次對(duì)收音機(jī)組裝的實(shí)訓(xùn)，使我學(xué)習(xí)到了很多關(guān)于收音機(jī)電路組成模塊的原理知識(shí)，第一次從電路的層面了解了收音機(jī)。學(xué)習(xí)了其基本電路組成后，我不禁感嘆道如此常見(jiàn)的簡(jiǎn)單的收音機(jī)竟然蘊(yùn)含了如此深?yuàn)W的電路知識(shí)，也使得我對(duì)電路知識(shí)更加充滿(mǎn)興趣。在裝配收音機(jī)的過(guò)程中，我鍛煉了我的動(dòng)手能力，考驗(yàn)我的觀察能力。雖然我只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)收音機(jī)，但在這次實(shí)訓(xùn)中，受益匪淺，不僅認(rèn)識(shí)了各種電路元件，而且還學(xué)會(huì)了電烙鐵。在這次實(shí)驗(yàn)中，我也有焊接失敗的時(shí)候，但我并沒(méi)有放棄進(jìn)行了及時(shí)的補(bǔ)救，將未焊接好的元件重新焊接好。當(dāng)遇到不了解的地方時(shí)，我主動(dòng)請(qǐng)教老師和周?chē)耐瑢W(xué)，最終一個(gè)個(gè)問(wèn)題全部順利解決。這次的收音機(jī)裝配實(shí)驗(yàn)是我學(xué)習(xí)成長(zhǎng)道路上的一堂深刻的課程，以后的我將會(huì)繼續(xù)保有這種鍥而不舍，不懂就問(wèn)的正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。

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