矿石收音机制作详解(修正版)

矿石收音机制作详解

无线电通讯发明至今已经有一世纪的历史了，它在人类文明进步中，扮演着相当重要的角色。藉由通讯技术的发达，一切知识的传播不再有障碍，使得科技进步一日千里。在今天，无论是出门人手一支的行动电话或是越来越流行的无线网络及蓝芽接口(Blue Tooth)都是无线通讯的应用范围。其中，最早融入人们生活中的无线电技术，应该就属于收音机广播了。

收音机，这个古早以前被视为"有钱人的象征"的"高科技产品"，到现在已经是超级平民化的东西了(甚至有公司行号大量制作印有自己品牌的迷你收音机作为具有广告效果的礼品)。本装机报告所讲解的就是一台最简单的收音机。当然，这个机器并非DZ的套件，其破烂的音质更与Hi-End音响没有任何关联，纯粹是好玩而已，如果您追求的是完美的音响系统，那么不妨可以略过这篇吧。

超级简单的电路架构

小弟我喜欢听收音机广播，晚上睡不着觉，就喜欢拿出放在床边的迷你收音机来听，有时听听警广DJ那流畅到惊人的路况报导，有时候听听中广新闻网午夜的广播剧，或是转到非常具有乡土味的"健康食品介绍节目"，听听DJ用非常有趣的台语介绍着产品或是和听众聊天....收音机就这么陪伴着我度过无数个漫长的夜晚。自从开始接触音响DIY以后，任何与音响有关的机器都想要自己动手来装一下，当然，收音机也不例外，于是我跑了几趟图书馆，逛了一些网站，决定来装一台简单的收音机玩玩！

图说：没错，就是这么简单！

您一定开始怀疑了..收音机的电路有这样简单吗？

所以说才是最简单的收音机啊！这机器最特别的一点就是它根本不需要供应电源！看到这个电路，相信或许\勾起一些火腿老前辈们的回忆吧.....。这个电路在20世纪初就被发明，当时人们发现了一些天然矿石具有单向导通的特性，于是就制作为最早的二极管，利用这样的二极管，制成了最早期的收音机，于是就命名为矿石收音机(Crystal Radio或是缩写为X’tal Radio)。

在解释这个电路之前，必须要先来说明一下AM无线电的基本原理。所谓的AM就是调幅(Amplitude Modulation)广播，也就是讯号的形式是频率固定，只有振幅的变化。这样讲似乎还是很抽象，那么，请看下图：

图说：AM广播的讯号示意图。

如左上图所示，声音讯号是经由麦克风等设备转换而来的电压讯号，因为是人类所能听到的频率，故一定在20~20KHz之间，此频率是无法做长距离传输的，必须做”混频”的动作，也就是将此声音讯号加上左图下方的高频弦波讯号(称为”载波”)。两讯号相加，得到右边的讯号，就是可以作为长距离传输的AM讯号了(称为调变讯号)。此讯号的频率是载波的频率，但是其讯号摆\幅却是声音讯号。在了解将声音变为AM讯号的过程后，就可以了解要如何将这个讯号还原为我们所能听到的声音了。

图说：经过检波，滤波后的讯号。

如上图所示。首先，将AM讯号以最简单的方法进行半波整流(在收音机中称为”检波”)，截去讯号的负半周，只留下一半的讯号。然后，只需将高频载波以滤波器滤掉，即可得到我们所要的声音讯号了(但是此声音讯号有一个直流偏移电压，怎么办？后面再说)。

但是，又要面对另外一个问题了。我们所处在的环境中，存在着非常非常多种不同频率不同传输方式的讯号。例如我们可以在同一个地方以收音机听到广播电台，也可以用行动电话传简讯，可能还能用无线网络上DZ去抢购套件，万一没抢到还能去留言板发表一下赌烂的心情……，那么，收音机是如何知道现在它应该把哪个电波抓出来做检波呢？

以台北地区来说，中广新闻网是AM657KHz，这个657KHz指的就是此频道的载波频率。如前述，AM广播的讯号频率就是载波的频率，所以，只要收音机有办法准确的从众多无线讯号之中挑选出657KHz的讯号，交给后面的电路做载波滤波的动作，我们就有办法听到中广新闻网了。要达到这个功\能，就必须使用一个”带通滤波器”，何谓带通滤波器呢？我们知道，低通滤波器就是将高频率掉，让低频通过，高通滤波器就是滤掉低频，让高频通过。那么带通滤波器就是滤掉低频以及高频，只留下一段频率范围：

图说：以横轴为频率，纵轴为衰减所画出的坐标图。

如上图(这只是一个示意图，完全不考虑精确性)，假设我们想收听的频率是657Khz，那么这个滤波器的输出就应该滤掉比657KHz高以及比657KHz低的所有讯号，只留下所需要的讯号。在滤波器的数据之中，我们如果想知道它准确的滤波频率，通常都是以”讯号量衰减至-3dB时的频率”为准，此频率就称为-3dB频率(或称为半功\率频率)。

(注：电压增益值dB的计算公式=20 log (Vo/Vi)，也就是当衰减量为-3dB时，电压衰减为0.7倍左右，此增益计算方法无论在衰减或是放大器都是相同的，只是结果有正负号的差别。)

那么，要如何以电路做到这个带通滤波器呢？在图一的电路图中，用的是以下的方式：

图说：此收音机所使用的选频电路。

这个滤波的电路是最早被运用在收音机中的。它的效果并不好，但是却非常的简单。图中L是电感，C是电容。电感的特性是可以让低频通过，留下高频。而电容的特性刚好相反，可以让高频通过，但是会留下低频。将此两种特性的电感以及电容并联，如图所示，在输入端接天线以及地线，则由空气中而来的无线电波会进入此电路中。大部分的低频经由电感流入接地，大部分的高频也经过电容流入接地。

然而，此图中的零件数值都是固定的，当我们想要更换不同的接收频率时，无法调整。如果想要随心所欲的调整接收频率，则图中的电感或电容必须要是可以调整其电容或电感量

但后来所有的收音机都改为可变电容，可省去制作的麻烦，图一中的电路就是使用可变电容。在收听时只要调整可变电容的数值，就可以改变滤波器输出端的频率了。

电感得自己动手绕

在经过选频以后的无线电波，已经是比较单纯，特定频率的讯号了。如图三，此时即需要做检波的动作。检波最简单的方法，就是经过二极管做半波整流，滤掉其中半个周期的讯号，成为有脉动的直流讯号。因为此处的讯号无论电压电流都非常的小，所以必须采用非常灵敏的二极管。在此选用1N60这个检波专用的二极管。这种二极管在数十年前刚出现时价格非常的惊人，但是随着半导体技术的进步，目前的价格大概是一支NT.2元左右，超级的便宜。经过检波的讯号，已经可以直接接往耳机了收听了。因为耳机本身有电感量存在，所以即使还有高频载波存在，也无法进入耳机。

非常简单的电路，在稍微看懂以后就可以开始动手了。第一个头痛的问题就是电感了….。在以前，许\多的电子材料行有贩卖专门给AM收音机使用的天线线圈电感，但是现在去哪里找呢？所以只好自己来绕制这个电感。电感中心使用直径约1.5吋的圆管，无论是纸管，塑料管都可以。小弟我使用的是垃圾袋中间的圆管。将圆管切到适当的长度，并且以28号漆包线在上面紧密整齐的缠绕100~110圈：

图说：线圈要紧密，并且依照同一个方向缠绕。

接着，在纸管两端装上两个L型金属片，将漆包线末端的漆刮除，焊接固定在上面。并且滴一点蜡烛的蜡油在线圈的两端，以避免松脱。

图说：以蜡油固定。

电感制作完成，就来考虑电容了。可变电容这个零件在现在是越来越少见了。现在一般电子材料行有可能买的到的可变电容，大概是这样子的：

图说：现在较容易买到的可变电容。

这种可变电容所使用的介质是云母片或塑料片，体积相当的小。本电路中可变电容的电容

如容量不足可以将一个以上的可变电容器并联使用。如果您比较讲究一些，那么可以试着寻找较古老的一种可变电容，其金属片之间直接用空气当作介质，故体积较大，金属片也较多：

图说：古董可变电容以及它的包装纸盒。

这种可变电容感觉上确实比较复古，且拿起来非常有份量，又比塑料外壳的可变电容耐用(古代真空管收音机中的可变电容大多使用这种，许\多到现在仍然可以使用)。不过除了不容易买到以外，它的价格也不低。如果您很幸运的买到了，那么建议可以用这个电容来试试看。当然，不管用哪一种电容，只要电容量适当，电路功\能应该都是正常的。

图说：左边是用来比较尺寸的6922真空管。

上图是这次所使用的1N60二极管，这是一个承受电流电压都相当低的二极管，专门用来作为讯号检波。因为这个收音机输出的电压电流都相当低，所以使用的耳机必须要特别挑选：

图说：要用适当的耳机，否则这么低的电压电流是无法听到声音的。

这种耳机的阻抗相当高，是专门为这种低电压电流的情况下设计的。因为没有任何放大的装置，必须靠无线电波的能量来发出声音。

零件准备好了，就开始装机器了。因为零件实在很少，所以要不要机箱就看个人了。我找了一个小Case来把它装在里面，主要是因为我使用的可变电容是大型的那种，不找个机箱实在不好固定。

图说：先将可变电容以及电感固定。

将可变电容器以及电感固定。要注意这种大型的可变电容外框金属就是电容的其中一极，

图说：配线相当的简单。

因为配线很少，所以我决定采用1920年代收音机很流行的配线方式。采用粗的单心铜线以架空的方式进行配线。上图中的机器是没有装输出端的10uF电容，这颗电容是用来隔离直流的，但是不装也可以，对声音不会有甚么影响。如果要装，则不管采用电解电容或是金属膜电容都可以。

把天线搭起来吧

在配线完成后，就可以开始收听了。将耳机插上，接着装上地线以及天线。天线的部分，如果您居住的地方距离AM电台的发射站非常的近，或是窗外非常的空旷，没有任何障碍物阻挡，那么不妨试试看直接用一条粗铜线拉直当作天线，也许\可以收的到讯号。否则，天线的部分可以单独架设室外天线，或是与电视天线共享(或是直接接往有线电视Cable也可以)。地线的部分，就找一支粗铜棒，去地上打个孔然后………

“别闹了，只是想听个收音机而已，还要去外面做工？”

好吧，说的也是….要这么大费周章的话，不如买个现成的收音机算了。在说最近金属价格飙涨，今天打的接地棒，搞不好明天就被人家挖出来A走…..。那么，找个替代的方案吧。

图说：将接地线固定。

如上图，将接地线以鳄鱼夹夹在家里窗户的窗台的金属部分。或是在墙上打个钉子夹上去，或是直接固定在水龙头上面效果更好。(当然这些都不如去打一支真正的接地棒到地下)。一切接线完成，戴上耳机，调整电容器，试试看能不能听到声音吧。如果居住的地方建筑物较多，那么收讯效果较差，反之可能可以收到较多的电台。

收音机就这样完成了，但是它的名字既然叫做矿石收音机，现在却用半导体零件来制作，感觉总是怪怪的…..要就做的夸张一点，矿石收音机就真的用矿石吧！

图说：真正的矿石。

的单向导通特性，于是将它制作成最早的二极管，就是矿石检波器。现在就用它来制作矿石检波器。

图说：以简单的方式制作的矿石检波器。

找一个可以固定矿石的夹子，将一小块方铅矿夹在中间，另外以非常细的单心裸铜线轻轻接触在方铅矿上面(接触的力量要很小心的控制)，并且取代机器中原本二极管的位置，极性的部分可以不必在意(事实上这个电路中二极管无论接哪个方向都可以动作)，接着慢慢的调整裸铜线接触矿石的位置。

图说：以矿石代替二极管。

同一个位置，那么检波的能力会变差，此时就要重新调整位置，相当不方便，但是这却是最复古的矿石收音机了…..。以实用的角度来看，还是装上二极管吧！当然，如果您觉得这个收音机的音量不足或是手边没有符合需求的耳机的话，也可以将收音机的输出端接往扩大机。直接输入后级如果还是不理想，就试着加入前级，总之，只要有适当的放大电路，这个收音机会更实用。不过它的频率选择性很差，在选择频道时，很容易一次混入好几个电台的声音，这是此选频电路最大的缺点。

这种收音机发明至今已经一百年了。在这一个世纪中，这个电路曾经为战乱以及贫穷的人们带来新知以及一点点的娱乐—因为它的材料容易取得，成本极低，而且不用电池。它曾经是中学生的实习作业，但是在今天它恐怕只能在一些通讯系统的课本中出现了。时代在进步，电子电路技术进步更是迅速。在DZ这个讨论着无数现代音响技术的地方，我们回头看看这个最初被视为”音响器材”的简单机器……想想看，自己接触音响技术，所追求的是甚么呢？

好吧，夜深了，关掉机器睡觉去吧。矿石收音机是没有电源开关的，希望它停止的时候，只要拔掉天线就好了。

图说：”一世纪的隔阂”—矿石收音机 VS. 具有收音机功\能的MP3随身碟)。

实验矿石收音机参数：

中波波段。

圆纸管直径80mm，高100mm。漆包线线径为1mm，在圆纸管上绕60圈，配365pf空气可变电容器。检波二极管用2AP9，4000欧姆高阻抗耳机。

图中的空气双连可变、4个接线柱和2AP9由地老虎先生提供，致谢！

此线圈没有抽头，建议通过试验选择二极管接线圈抽头的位置，兼顾灵敏度和选择性。

我最近制作了一架矿石机，它的灵敏度与选择性均能令人满意，见图1 。我住在上海北站附近，接上连引入线共约15 公尺的天线（水平部分约十公尺），地线接自来水管，上海市各电台均可一一分清，声音宏亮。

图1 虽有三个回路，其实它都是天线直接交连检波，所以灵敏度很高，又有三个调节回路，所以选择性也很好。

线圈的绕制：L1 的直径是38 公厘，L2，L3 直径都是51 公厘。L2 用0.4 公厘漆包线密绕80 圈，线头接C1 动片，尾接C1 定片，在30 圈处抽出一线头接到分线器的转片和天线接线柱及矿石的一头相连。 L3 用0.4 公厘漆包线密绕90 圈，在第25 、35 、45 、55 、65 和75 圈上共抽取6 个头，L3 的线头接C2 动片，尾接C2 定片，6 个抽头接到分线器上。 L1 用0.4 公厘漆包线密绕45 圈，在15 、25和35 圈上抽3 个头，L1 线头与L2 线头相连，L1 线尾及三个抽头都接到分线器上去。L1 是放置在L2内，并且可以上下移动的，见图2 。L1 在L2 内移动的办法是在L1 的线圈管边上装一个T 形的铁皮架，短的一头用螺丝吃紧在L1 线圈管边上，长的一头钻一小孔，小孔的大小能通过香蕉插头，并可以紧密地和香蕉插头扣住。另外在L2 的旁边用半公厘厚12 公厘宽120 公厘长的铁皮，上面每隔5 公厘钻一个孔，孔的大小与T 形架上的孔一样。变成如图2 的形状，用

这就成了L1 可以在L2 内任意上下移动的支架了。使用时，调节L1 在L2 内的上下距离，到声音最响而杂音最小之处，将L1 管上的T 形铁架的孔与L2 边上支架的孔对准后，用一枚香蕉插头插好。就把L1 固定住了。

装置时应注意各点：

矿石收音机由于矿石本身无放大作用，故所用零件的好坏最足以影响到收音成绩，特别是天线按装得要有足够的长度和高度，绝缘要优良，地线要埋得深，如接自来水管作地线，应用地线夹夹牢水管，并焊接出引线，听筒要选上品，声音才够响亮，有时所用听筒欧数低，或发音太尖，用了C3 后可以改善音色。C3 的容量，一般的从0.001 微法到0.0001 微法都可以，最好在装置时试验决定，矿石用固定或活动的都可以，C1 和C2 必须用单独的两只单联，不能用双连代替。接线应用较粗的漆线或用硬接线，接头都要焊牢焊好。

全机装妥后即可接上天地线和听筒，先将分线器置第一位上，转劫C1 收到一电台，再转动C2调节到既无杂音又有足够的音量。若有杂音，先转动分线器，然后再细心调节C1 和C2，便可得到满意的分隔。

最最简单的收音机只有两个元件：检波二极管和高阻抗耳机，两者并联在一起，接上天地线就可以收听无线电广播。只是由于没有选台的电路，接收到的所有的广播声音都混合在了一起。小时侯做过这个实验，从耳机中听到广播电台播音员声音的那一刻，兴奋异常，没有想到这么简单的电路就能听到广播声。美好的回忆。

文字就看你使用的可变电容的容量大小了（假如你是用可变电容调台的话）。

电感量L的算法是：

L=25330.3/(f*f*C),其中:

L(电感):微亨

f(频率):MHz

C(电容量):pF

当频率取低端值时,电容量取最大值；频率取高端值时,电容量取最小值。

至于圈数，则与线圈的形状、直径的大小、有否磁芯等因素有关，可参考相关书籍上的计算公式。为了得到高Q值的线圈，一般圆筒式线圈的长度直径比是1~1.2：1，蛛网线圈的外径与内径之比为：5：1，这也是选取导线的参考之一。

最近，本村发烧友电戏参照《矿石收音机装修技术》一书装一台三回路的矿石机，我们一同到小村庄寻找到漆包线的卖家，原想购买0.38毫米的漆包线，没想到无货，还好有0.5毫米的漆包线，只好买了。备好材料后，线圈桶用50毫米的塑料落水管，线圈圈数75圈。电戏苦干一天，终于试装成功，室内拉几米电线充当天线，使用设备专用地线，接好天地线和耳机一听收到声音了，还挺大，收4个台，不错不错，然后把地线去掉，声音依旧，把天线再去掉，矿石机出现方向性（把线圈水平放置），声音没减小多少，我俩兴奋了一阵

廊，收不到电台了。后来电戏又加长了室内天线，收到了5个电台。

想一下原因：

1、矿石机线路好。

2、据电台距离近，仅3.4公里，无障碍。

《矿石收音机装修技术》一书已经上传到本论坛，电戏是按照该书45、46页制作的。