檢視收音機的原理與實作的原始碼

[[分類:選修與社團]]
==概述==
收音機分成兩部分：
#調諧電路：負責產生與電台相近頻率的本地振盪，以便與電台天線產生「共振」。不須額外的電源。
#放大電路：負責將收集到的振盪訊號放大。須外加電源。
===一、調諧電路===
<div class='tright'><img src='http://jendo.org/files/study/調諧電路圖.png' width='200' height=* /></div>
「調諧」是「調變諧振」的意思，即可以調整產生可變頻率的振盪，以與電台天線發出的電磁波諧調成共振狀態。

實作上只需要：
#一個同時包含電感與電容的迴路。
#天線。
#接地。

右圖即為一個調諧電路，其中諸零件為：
:2:可變電容
:3:電感(線圈)
:4:接地
:5:電容(可省略)
:6:天線(長金屬物體)

電感-電容迴路中，電壓的振盪頻率遵守 <img src='http://jendo.org/files/study/調諧公式.jpg' />。控制頻率的方法有兩種：
#固定電感值大小，而改變電容，如右圖。
#固定電容大小，而改變電感，如本頁中所附「火材盒收音機」。

其詳細原理請見本頁「調諧線路的原理與實作」段落。

===二、放大電路===
<div class='tright'><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/NPN_common_emitter.svg' width='150' height=* /></div>
放大電路的主要零件為電晶體，以 NPN 三極體為例，訊號由基極(B)導入(I<sub>B</sub>)，其電流變化會導致射極(E)與與集極(C)間形狀相同但卻放大十數倍至數十倍的電流(I<sub>C</sub>,I<sub>E</sub>)。

在工作電壓範圍時，射極與與集極的迴路中即使加上電阻，電流也不會變小，只是會使得電池消耗得更快而已。

詳細的訊號放大機制，請見本頁「電晶體電壓訊號放大原理」。

將第一個電晶體的輸出再導入第二個電晶體的基極，可將放大的訊號再次放大。

===三、連接調諧電與與放大電路並提供電源===
<img src='http://jendo.org/wiki1231/images/thumb/2/2d/收音機電路圖.png/800px-收音機電路圖.png' />

==調諧線路的原理與實作==
串接「電容」與「電感」，然後兩端加上電位差。
*電感(線圈)：以字母「L」標記，單位是亨利(henry)，標記為「H」。1 H = 1 Wb/A (1 亨利 = 1 韋伯/安培) 
*#電感＝單位時間內，想有單位電流的變化時，所產生的感應電動勢。
*#感應電動勢想要抵銷磁通量的變化(電感不希望流經它的電流發生變化)，並正比於磁通量的變化量。。
*#電感兩端電壓的變化，超前電流的變化。當線圈的電流將要發生改變前，電感便會形成感應電動勢來減緩電流的變化；不是電流已經發生改變了以後，才形成感應電動勢來減緩其變化。
*電容(兩塊平行金屬板)：標記為「C」，單位是法拉(farad)，標記為「F」。常用微法拉(μF,10<sup>− 6</sup>法拉)。1 F = 1 Q/V (1 法拉 = 1 庫倫/伏特)
*#電容兩端的電壓(電位差)與所儲存的電荷量成正比。
*#電容兩端電流的變化超前電壓變化。
*<img src='http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/rlc/rlc.gif' />
*:<font color='#FF0000' size='+1'>紅色為電源電壓曲線</font>，<font color='#FFFF00' size='+1'>黃色為電阻電壓曲線</font>，<font color='#0000FF' size='+1'>藍色為電感電壓曲線</font>，<font color='#00FF00' size='+1'>綠色為電容電壓曲線</font>。請注意藍綠兩色波幅相反，總和始終為 0。
*#由於線路上即將會形成電流的變化，於是會在電感兩端形成感應電動勢，並形成電流。
*#電流便會在電容兩端充電，而逐漸形成電位差，
*#電感兩端的電位差便逐漸減少，同時，電流逐漸增加使得電容電壓逐漸增加
*#電感電壓為零時，電流也增至最大，此時電容兩端的電壓等於電源的電壓。
*#電流繼續使電容充電，電容兩端電壓大於電源電壓。
*#由於電流的減少使得電感兩端形成負的電位差。
*#電容電壓＋電感電壓＝電源電壓。
*#當回路電流變為零，此時電感兩端有最大的負電壓，電容兩端有最大的正電壓。
*#上述過程以特定的頻率周而復始繼續變化，此特定的頻率<img src='http://jendo.org/files/study/調諧公式.jpg' />。
*#由於線路中存在電阻，能量會逐漸損耗，實際的最大電流/電壓都會逐漸減少而歸於沈寂。
*#若要變化繼續維持，可以加上交流變化的正弦電壓訊號。當外加的電壓信號頻率 與 原來振盪頻率越接近時，其電壓/電流也會越大。這種現象稱為「共振」。

===礦石收音機設計===
<div class='tright'><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Common_crystal_radio_circuit.svg' width='250' heihg=* /></div>
簡稱礦石機，是利用天然礦石或晶體二極體作為檢波元件，加上天線、地線、調諧電路和耳機等製成的收音機。
====火材盒礦石機====
*[http://billydiy.blogspot.tw/2015/09/match-box-crystal-radio.html 設計網頁]
*[https://www.youtube.com/watch?v=_7of69KW-JM youtube 示範講解影片]
====可網購零件礦石機====
*[http://www.icshop.com.tw/product_info.php/products_id/9690 325元礦石機]

==電晶體電壓訊號放大原理==
<table><tr>
<th><img src='http://www.rohm.com.tw/image/image_gallery?uuid=2d8bc375-27a3-4617-b3dc-f85d73593013&groupId=11409&t=1470799115014' /></th>
<th style='width:8%;'></th>
<th><img src='http://www.rohm.com.tw/image/image_gallery?uuid=c20839fa-14c1-46d3-92e8-b62ede7d50f4&groupId=11409&t=1470799115013' /></th>
</tr></table>

首先我們先利用輸入電壓e和偏壓電壓E<sub>1</sub>產生基極－射極間電壓(V<sub>BE</sub>)，並且讓與前述電壓(V<sub>BE</sub>)呈等比例的電流(I<sub>B</sub>)，也就是h<sub>FE</sub>(註1)倍的電流(I<sub>C</sub>)通過集極，當集極電流(I<sub>C</sub>)通過電阻R<sub>L</sub>後，電壓I<sub>C</sub> × R<sub>L</sub>就會出現在電阻R<sub>L</sub>的兩端。所以，輸入電壓e就會被轉換(放大)為電壓I<sub>C</sub>R<sub>L</sub>，並產生輸出。

※註1：h<sub>FE</sub>，電晶體的直流電流放大率

===NPN電晶體電流圖示===
<img src='https://www.renesas.com/zh-tw/media/support/technical-resources/engineer-school/electronic-circuits-02-diodes-transistors-fets/img_05.jpg' />

<img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/NPN_BJT_Basic_Operation_(Active).svg' width='580px' heihgt=* />

<table><tr><th>
<img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/NPN_BJT_-_Structure_%26_circuit.svg' width='180px' heihgt=* />
</th><th>
<div class='tright'><div class='thumbinner' style='width:550px;'><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0e/Current-Voltage_relationship_of_BJT_zh.png/640px-Current-Voltage_relationship_of_BJT_zh.png' width='550px' height=* /><div class='thumbcaption'>三極電晶體的輸出，橫座標為電位差，縱座標為電流。<br/>藍色虛線左邊的區域為飽和區(Saturation)；由藍色虛線、紅色虛線和棕色虛線包圍的區域為主動區(Active)，在這個區域裡，射極電流與基極電流成近似線性關係；紅色虛線下方表示電晶體尚未導通，處於截止區(Cut-off)；I<sub>B0</sub>為開啟電晶體的最小基極電流；圖中棕色虛線為電晶體的最大集極耗散功率，它與兩條坐標軸包圍的區域為安全工作區，與橫軸的交點為最大集極-基極電壓。</div></div></div>
</th></tr></table>