不管有些矿石收音机多么小巧花哨,但都离不开巨大啰嗦的天线、地线系统。因为矿石机没有电源,所有的能量都来自空气中的无线电波,而空气中无线电的能量密度又是很小的(大了人也受不了),因此需要巨大的天线来搜集能量。同时还要有地线系统,来构成回路。
天线一般是一根长度至少20米的导线,架设在建筑物顶端3米以上,因为建筑物多少都能导电,特别是现在的钢筋混凝土建筑,会挡住无线电波,所以天线要远离建筑物。住楼房的,可以从楼顶扯一根导线下来(底层),或者用重物垂一根导线下去(高层),但要一定要离开楼房墙壁一定距离。地线可以把一根1米长的铁管敲进地里,或者用自来水管、暖气管代替。
但是这种天线、地线系统会产生很多问题。
天线:架设在建筑物顶端,有时会导致雷击;顺着楼房墙壁,会与电线什么的纠缠,发生危险。
地线:现在很多水管都改成塑料的,根本不导电;铁管在地下会很快锈蚀,丧失效能,换成铜管又成本很高。而且不要以为自己随便缠个地线就很安全,大楼的避雷针都有自己的地线,如果你的地线离避雷针的地线很近,那么就会有引雷上身的危险。
基于上述理由,我们采用一种不使用天地线系统的方案:大环形线圈矿石机。
图片里外国人身边的两个方框型的大家伙就是环形线圈,就是一根导线绕成一个大圆圈而已,之所以绕成方框形状的,是因为方框的支架最容易做。
方框截面积越大,接收到的能量就越多,从制作的角度越容易成功。从图片里我们还能看到,每一圈导线之间都留有很大的间距,因为导线是走信号的,这样可以避免导线之间的信号互相影响。
这是我们采用的电路图:
可变电容的一端与线圈的第一圈连接,另一端是个鳄鱼夹,可以夹在任何一圈上,方便调节电感量。我们知道,线圈的电感L和可变电容C,共同决定这个电路的谐振频率,也就是收音机的接收频率。电感和电容都做成可调的,选台的范围大大增加了,也就增加了自制矿石机成功的几率。 这是我买到的部分元件:检波二极管2AP9(进口型号叫1N60),3000PF(皮法)滤波电容,塑料外壳的可变电容,耳机插座。这种可变电容是双联的,引脚0和1之间是一个电容,0和2之间是另一个,可以单独使用其中任何一个,也可以把1和2并联,形成一个2倍容量的可变电容。
这是我专门买的电感、电容两用表,有了这个就不难确定电路参数了,保证了制作的成功。你没有这个也不用着急,参照我的试验结果就可以了。
这是我做的第一个实验品。制作过程非常简单:找两根长度1米的细木方,钉成十字架形状,4个顶端各钉一根大钉子,然后往上一圈一圈绕导线。我用的是学生实验那种细导线,你可以去五金店买电灯上用的双股电线,拆开来用,比这个粗,效果也比这个好。细木方是建材商店买的,5块钱4米长的一根,也可以买两根木头拖布把代替,杂货店有,在农村就好说了,随便弄两根树枝就行。
侧面图可以看到,线圈一共16圈,每隔4圈剥开一段导线,方便夹鳄鱼夹。我在导线裸露的部分上了些焊锡,为的是让导线硬一些,防止鳄鱼夹的尖齿把细铜丝夹断,不上焊锡也没什么大不了的。我用1个压电陶瓷的小喇叭发声,因为压电陶瓷片本身具有很大的电容,因此滤波电容省略掉了,电路更简单。这个小喇叭是多年前一天晚上我在马路上捡到的,音乐贺卡上用的,搬家也没丢,没想到这次用上了。我家在一楼,窗户上装了防盗网,而且周围全是高层建筑,所以家里信号非常不好。电路接好后无论如何调节都听不到声音,我以为实验失败了,打算把这东西丢到阳台上时,突然听到压电陶瓷喇叭里传来了模糊的声音。当时心里这个激动啊,跑到小区院子里,声音大起来,能分辨出确实是电台的声音。分别把鳄鱼夹夹在4、8、12、16等线圈上的各个点上,调节可变电容,转动线圈角度,终于能听到清晰的电台的声音,正在卖药!
这时已经是半夜12点了,我扛着线圈在大街上走,换个地方试验一把,发现最多能听到4、5个电台,其中2个是比较清晰的,不过都是在买药,这下知道为啥现在听收音机的少了……
经验总结:
1、线圈不需要这么多,我把鳄鱼夹夹在第4圈上声音最大,后来重新绕了个总共8圈的,在第六圈上声音最大;
2、线圈面积越大,获得到的无线电波能量越多,成功的可能性也就越大,所以尽量做大的线圈吧!
3、试验的时候如果不响,不一定是你的电路没接好,把线圈扛到高处或开阔地带试试;
4、转动线圈,你会发现线圈方向对信号的影响是多么大;
5、线圈贴在楼房墙壁上一点都听不到声音,离开大约半米影响就不大了;
6、如果怎样都不响,而且保证元件都没问题,电路也接的很好,那就是你那里无线电信号实在是太弱了,或者花力气做个上面图片里老外那种超级巨大的线圈,或者另外再扯天线吧!
这是使用压电陶瓷喇叭的实际电路,可变电容两端的鳄鱼夹分别接线圈,检波电路里就串联了二极管跟喇叭,非常简单。
这是使用耳机收听的实际电路,原先压电陶瓷喇叭的位置用一个220伏变12伏的变压器代替,变压器的输出端再接耳机。为什么不能直接接耳机呢?这要涉及到“阻抗”的概念,可以近似理解为耳机的电阻太小,而电路里电阻越小的元件得到的能量也就越小,矿石收音机本来能量就十分微弱,耳机又分到很少的一份,甚至不足以让它发声。
以前用磁带或光盘的随身听都配有变压器,估计早就被MP4代替了,扔在角落里也没用,可以从那里拆出变压器线圈使用。根据经验,220伏变12伏的变压器效果最好,我用的是个上网用的“猫”上的9伏的,感觉声音没有用压电陶瓷喇叭大,随身听上3伏的效果应该更差。 以上是最基本的矿石收音机教程,如果大家试验成功了,想继续做个效果更好的,那么请看下集。
前面我们已经成功地制作了一架矿石收音机,什么?声音太小?那么我们来做个更大线圈、声音更响的!
可是简单重复是不行的,这次我们要增加点难度,进行一点理论计算。我们都知道并联谐振回路的谐振频率f跟电容C和电感L有关,它们之间的关系用下面公式表示:
可见随着电感L和电容C的增大,f变小。
不要被这个公式吓住,我们不管它是怎么来的,只不过要利用它计算一下线圈的电感量而已。
根据上面公式,线圈的电感量为:
中波无线电广播的频率为545~1605KHz,已知我们使用的可变电容在5~270pF之间可调,为了使我们的矿石机能够覆盖整个中波频段,那么把
带入上面公式,得
可见,经过理论计算得知,我们将要制作的线圈电感量以370μH为宜。理论计算完毕,再转回到实践中来。我这次制作线圈,选用对角线长1.4米的木方,也就是说方框型线圈的边长为1米。在木方相应位置钉4只大钉子,绕10圈导线。导线是我在五金店买的双股电灯线,20米花了25块钱,拆开接在一起正好是40米,能绕10圈线圈。
可是怎么才能知道,这个线圈的电感量是不是符合上面的理论计算得到的数值呢?我们可以算出来!
再给介绍大家一个经验公式,设线圈直径为D(假设线圈是圆筒形的),长度为l,匝数为N,那么它的电感L符合下面公式:
我们的边长1米的方框型线圈,可以近似当成直径1米的圆筒形线圈来计算,如下图所示:
我们将自己制作的线圈的数据:D=100厘米,l=6厘米,N=10圈带入公式,得到线圈电感量的计算值:
L=200μH
我用电感表测得的值为220μH,可见这个公式计算的蛮准确的。
可是理论要求线圈的电感量为370μH,是不是说我们的矿石机使用这个线圈,就不能覆盖整个中波频段了?其实也不是,因为虽然线圈的电感量有些小,可是由于其它的因素,线路上会多一些电容量,弥补了电感的不足,对这个问题我们不作详细说明。实际上这个大方框线圈在第6圈上最响,也就是说甚至根本无需绕满10圈。
对于初学者来说,最难的就是电感线圈的制作,往往电路没有问题,只是调谐频率跑出了范围,导致收不到台。有了上面的理论做依据,心里就踏实多了,另外我们这次依旧选用电感和电容同时可调的电路,保证能够一次成功。
下面是做好的线圈,每隔1圈剥开一小段绝缘外皮,作为用鳄鱼夹选择线圈圈数的抽头,接上调谐和滤波电路,就能够响了。可是我觉得这个线圈太大了,不方便携带,于是做了一些小改动。在线圈的四角上,用特制的木头夹子,把每一根导线都紧紧夹住。
然后把框架上四角的钉子拔下来,只留下导线,就成了便携式的软线圈了。后来我嫌有点乱,木头夹子之间又用细线编了几道。
这样的线圈放在家里不占地方,出去玩的时候也方便携带,想用的时候,找两根木棍撑起来,挂在树上就可以了!
由于这个线圈截面积比上个大,导线也粗,所以声音大多了。美中不足是稍微有一点串台,我们下面还有改进。