图解经典电路之六管调幅收音机

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图解经典电路之六管调幅收音机
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今天闲来无事,带大家来分析一个经典电路。如题,就是伴随我们整个童年的收音机,常用的收音机按照工作原理来说主要分为FM(调频)和AM(调幅)两种。AM收音机最经典的电路要数六管调幅收音机。今天,我们就来分析一下六管收音机的工作原理。
变速轮首先,拆开收音机,看看里面都有些啥。
图一 收音机拆解图
完整的电路图如下:
图二 完整电路图
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(1)收音机是什么?
收音机是一个能够接收无线电台广播信号,并把节目内容通过扬声器播放出来的终端设备。
(2)收听广播电台需要什么条件?
首先,既然收音机是用来接收无线广播电台的设备,那么首先得有正常工作的无线广播电台,然后手里有一台工作正常的收音机。我们通过调频旋钮来选择我们要收听的电台。
图三 无线广播系统
(3)收音机的原理是什么?
首先,我们思考一下声音和电信号的关系。虽然声音和电信号是两种不同的东西,但是可以通过一定方式实现两者之间的相互转化。比如。
声音 ---> 电信号(麦克风可以将声音震动的机械能转化成电能)预埋螺母
电信号 ---> 声音 (扬声器,俗名喇叭,可以将电信号转化成声音信号)
图四 电信号和声音信号相互转换
既然这样,如果电台到听众之间的距离很近的话,我们完全可以通过把麦克风产生的电信号通过电线传送到听众那里,然后使用放大器将电信号加以放大,推动喇叭发出声音。结构如下:
图五 有线传输电台信号
但是,一个广播电台不可能只服务于它周边的少数听众,且每个听众接根线收听电台实在是不方便。所以,无线电台出现了。无线和有线区别在哪里那? 顾名思义,无线电台就是把电台原本需要通过电线传输的电信号,先转换成电磁波,发往空中,然后接收端通过天线接收到该电磁波,天线把接收到的电磁波转换成电信号,加以放大,推动扬声器发出声音。结构如下:
图六 无线传输电信号
然而,我们人类听觉范围只有20Hz~20KHz,多数人声的频率范围在340Hz~3.4KHz之间。根据理论分析,电信号转换成电磁波的能力跟频率和天线长度有关系,即,频率越高,天线越长,电信号越容易转换成电磁波,通过天线发射出去。定量来看,固定频率下,天线的长度要大于该电信号波长的1/4时才能有效的发射出去。这样,如果我们直接把人声转化来的电信号发射出去需要的天线长度:
L = 1/4 * c /f = 1/4 * 3*10^8/340 = 220KM (c为光速,f为人声下限)
这么长的天线着实吓人,在地球上建造一根220KM的天线简直时开玩笑。但是,聪明的人类没有选择狗带。既然电信号转化成电磁波的能力跟频率和天线长度都有关,天线长度有限制,那就提高频率嘛。就这样,伟大的人类选择了将低频声音信号调制到高频载波上去,然后通过天线转换成电磁波发送出去。所谓载波,顾名思义,就是运载声音信号的高频电磁波,它可以把有用的声音信号包含进去,发送到听众收音机上,然后收音机通过解调,把声音信号取出来,加以放大,最后推动扬声器发声。举个例子,你在某宝上买了个脚踏车,老板肯定不会亲自骑着它给你送过来(老板蛇精病除外),而是选择发物流。整个流程就是,老板把你的脚踏车打包给物流公司,通过大货车给你送到家门口,你从大货车上卸载下你要的脚踏车。
图六 高频载波无线传输系统
声音信号叠加到载波上的过程叫做信号调制(等价老板打包装车),听众收音机把音频信号取出来的过程叫做解调(等价你从大货车上卸载包裹)。载波就是大货车,起到运载作用。
根据原理不同,调制分为FM(频率调制)和AM(幅度调制)两种模式。
化纤抽丝频率调制: 即调制频率,也就是使用音频信号幅度按照线性关系控制高频载波的频率。假设,规定没有声音的时候,载波频率最低1M, 声音最大的时候,载波频率最大1.1M。
图八 调频方式
幅度调制:即调制幅度,也就是使用音频信号幅度按照线性关系控制高频载波的幅度。假设,规定没有声音的时候,载波的信号幅度为1V,声音最大的时候,载波的幅度为10V。两者的关系如下:
图九 调幅方式
本文主要讲述AM调幅收音机的工作原理,根据上述讨论结果,我们可以大体知道一台收音机的基本框架了。如图十描述,一台收音机包括:天线,输入调谐电路,放大器,解调器(检波),功放,喇叭等几大功能模块。
图十 AM调频收音机基本功能框图
从原理上讲,以上模块已经可以实现接收电台的功能了,但是因为电路要能够处理不同频道(载波频率不同),不同的信号强度(距离电台的远近,电台信号发射塔与接收者之间是否有障碍物)的情况, 所以,实x际电路设计中,增加了混频器和AGC(自动增益控制)模块。功能如下:
混频器:作用是通过把接收到的不同频率电台信号与本机振荡器产生的本振信号混合,然后通过选频电路把两者的差值频率信号选择出来,从而实现载波信号的频率迁移。只要我们保证本机振荡频率始终比接收到的信号频率高一个固定值,就可以保证载波信号迁移到一个固定频率。这样,后续电路处理该固定频率的载波信号就会简单很多,大大简化了电路。在AM调频收音机中,这个固定频率值是455K。我们把变频之后的这个455k载波调制信号叫做中频信号,后续的一级放大器叫做中频放大器。
AGC:自动增益控制电路。因为各种原因导致了收到的不同电台信号强度差异很大,为了避免这种问题,我们加入了AGC电路,当接收到的信号很弱时,AGC自动提高中频放大电路的增益;相反,当收到的信号很强时,AGC自动降低中频放大电路的增益。从而使得不同电台,不同场景下,电台音量保持稳定。
直流无刷风扇增加了上述功能后,整个系统框架基本就完善了,具体见图十一:
图十一 AM调幅收音机完整功能框图
天线接收到各个电台的电磁波,转换成电信号,通过调节输入调谐电路(选频网络)选择出我们想要收听的电台频率,输入到混频单元,同时本机振荡器产生一个比输入电台频率高455kHz的信号也输入到混频电路,由于混频电路是通过使晶体管工作在非线性区域,产生两个信号之间的乘积项,该乘积项可以分解成多项式,其中包括两个输入信号的频率差信号(固定频率差值为455k),从而实现载波频率转移(变频),该差值频率信号被称为中频信号。紧接着一级中频放大电路放大该中频信号,然后通过检波电路检出需要的音频信号,送往音频放大电路进行功率放大,最终推动喇叭发出声音。AGC电路根据检波出来的音频信号强度自动控制中频放大电路的增益,确保每个电台能够稳定工作。

本文发布于:2023-06-25 10:48:43,感谢您对本站的认可!

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