转帖-收音机思考

　本人对收音机的不成熟思考(三)——对指针收音机的不完全思考

　　9)对指针机的思考

　　 收音机的发明到现在，尽管元器件从电子管，晶体管到集成电路，再到现在的dsp,基本的原理大致是没有本质的变化。现在的收音机都是所谓的

　　

　　超外差式收音机，原理是天线感应的电台信号f1，与收音机的本机振荡器产生的频率f2,借助非线性元件（电子管，晶体管等）的伏安特性产生了载

　　

　　波频率不同但是调制内容相同的频率成分，通过一个固定频率(比如fm 10.7Mhz,am 455khz,的选频电路选取其中的f2-f1的载波频率进入中频放大器

　　

　　然后进行解调，只要本机振荡频率变化，f2-f1的频率不变，f1的频率会随着f2的频率变化而变化，实现了调谐。

　　 无论是传统的指针收音机，数字显示收音机，还是数字调谐收音机，除非是dsp电路，基本的原理是一样的，如果按照统一指标设计，数显机、数

　　

　　调机未必会比指针机的性能强，相反，我个人更认为可能指针机会略为占优。从感情上说，只有指针收音机才真正具有“收音机”的味道！

　　 和数字调谐的收音机相比，指针机有如下特点：

　　 a）同样指标的指针机会比数调机省电。和指针机比，数字调谐收音机需要额外一套PLL电路来实现数字调谐功能，PLL电路除了实现本机振荡的压

　　

　　控振荡器(VCO)外，还有一个晶体振荡器做基准频率，这些电路的工作电压范围比较苛刻，其正常工作的电压要高音一般的指针机，其次，数调机的

　　

　　VCO是通过改变振荡器的变容二极管的电压来改变结电容大小实现频率改变，这个相当于普通指针收音机的本机振荡器改变可变电容的动片来改变电

　　

　　容大小实现频率变化,而且要让变容二极管工作在合适的工作点，结电压往往是高于实际电源的电压，往往需要一个逆变器来把电源电压提高至变容

　　

　　管的工作电压(逆变器相当于交流点的变压器，不同的是可以实现直流电流的升压），这个逆变器的电路往往耗电很大（国产的收音机多是用晶体管

　　

　　来实现，结果耗电很大，而进口高档收音机采用场效应管电路实现，耗电相对会比用晶体管要小）。此外，PLL电路不能单独实现调谐，而是需要一

　　

　　些配套的控制电路，比如单片机来实现。因此，同样指标的电路数调机的耗电是远比指针机要大。

　　 b）同样指标的指针机内部噪声要比数调机要小。对于指针机来说，其内部只有一个工作振荡器，即使是二次变频也至多两个工作的振荡器，这些

　　

　　振荡器即使波形产生失真，顶多是产生一些镜像干扰或者假响应干扰,不会产生很严重的噪声。而对于数调机而言，除了VCO，还有其他内部干扰源，

　　

　　比如PLL最重要的部分是可变分频器和鉴相器，都是工作在开关电路状态，开关电路的谐波比较多，会带来噪声,而为变容管工作服务的逆变器本身是

　　

　　一个振荡器，同样有谐波产生,带来噪声。而作为收音机本机振荡的VCO(压控振荡器）是一个不断受到鉴相器通过比较基准振荡频率与分频器分频所

　　

　　得的频率产生的直流电压控制。而且这个直流电压并不是固定不变的，而是在不断变化的，就相当于用手不断微调指针机的可变电容，即使是PLL把

　　

　　VCO的相位/频率锁定到与基准频率振荡器一致的时候，其相位差也不是严格的90度，而是一个相对固定的度数（否则比较频率与基准频率的相位差是

　　

　　完全90度的话，VCO的变容管的电压就变成0了，那么频率又变化了)而鉴相器比较输出的直流电压是一个脉冲波形，需要低通滤波器过滤。这些脉冲

　　

　　波形也有可能带来干扰，会产生所谓的相位噪声!

　　 c) 同样指标的指针机，其调谐的速度是比数调机要快。因为数调机的PLL电路的从分频器的分频比的变化，到压控振荡器的频率锁定，需要一定

　　

　　的时间，数调机的调谐是不断经历了分频比变化到锁定频率的重复过程，如果vco的频率没有锁定，vco就无法提供准确的频率，这样是找不到电台的

　　

　　，所以从分频比变化到频率锁定的间隙中要么要静音，否则就产生比较难听噪声。而指针机则不一样，从可变电容的角度改变到振荡器的频率“锁定

　　

　　”下来基本上是“刹那间”的,也不会产生难听的噪声。不过，实际上PLL的锁定速度在ms为单位应该不易被人察觉的。但是数字显示屏的变化就跟不

　　

　　上分频器的分频比变化了，而指针机的模拟指针虽然不太精确，但是还是能直观看到频率变化的过程。从操作上来说，指针机的调谐速度是比数调机

　　

　　要快。

　　 指针机的性能上其实一点也不逊色于数调机，但是，好多时候人们会觉得用数调机收的台比指针机多。造成这些感觉，我觉得是这样:

　　 a)可变电容的精度问题。因为可变电容是机械加工制造，受到成本限制，当平滑改变调谐旋钮时,实际可变电容的角度变化未必是平滑的，可能

　　

　　是有微小的颤动，而可变电容的金属片也不是完全光滑，也会有点不平整。这样，调谐过程中的电容变化的微小颤动，造成了调谐不够精确，要想准

　　

　　确调到目标电台，可能需要在目标电台位置附近反复微调，才能让可变电容的参数能“颤动”到正确的位置。

　　 b)刻度变化与频率变化不是线性关系。按照lc频率的谐振公式f=1/(2π*SQRT(L*C),可变电容的旋转角度的改变与容量的变化是成正比，但是与

　　

　　频率变化却不是线性的。当覆盖系数较小时(覆盖系数=(fmax/fmin)^2),刻度的变化线性会大些，但是当覆盖系数较大的时候，频率变化的疏密不均

　　

　　尤为明显。就像现在那些带校园广播的指针收音机，频率覆盖在76-108Mhz,但是校园广播的频带76-88占了刻度盘近2/3的大小，造成88-108的电台非

　　

　　常拥挤，调台十分困难。

　　 c)指针机的频率稳定性较差

　　 因此个人觉得，如果制作一款精品的指针收音机产品，需要改善上述两个问题。

　　 a)要改善调谐机构的抖晃问题。传统指针机更多是采用拉线结构。据说当初收音机之所以采用拉线结构，是因为当时的电子管收音机声音很大，

　　

　　采用齿轮结构容易产生共振，影响收听效果，之后的收音机剧沿用了这种结构。但是这种拉线本身的张力作用会产生形变，进而在调谐过程中有抖晃

　　

　　.现象。如果改用形变少的拉线（比如金属丝），或者改为齿轮传动或者直接调节可变电容的转轴会大大减少这种抖晃现象，提供调谐准确度。

　　 b)把波段的覆盖系数变小。比如说把一个波段分成两个甚至n个波段。这样调谐频率更精细，也可以减轻调谐机构抖晃带来的误差。这就是许多

　　

　　收音机对短波段的展宽电路

　　 c)改善指针机刻度盘的线性。

　　 通常，大部分指针收音机的刻度盘，除了提供各个波段的频率刻度外，旁边还有一个线性均匀的刻度尺，往往是从1-10分为十个均匀的长度，每

　　

　　个长度分成若干份。要调谐准确，除了观看本波段刻度盘的参考频率，而且还有参照着更均匀的刻度尺。有时候参考这个刻度尺的刻度比看波段的参

　　

　　考频率更为靠谱。

　　 虽然，收音机在研发阶段已经搞出了正确的刻度盘，可是到了批量生产由于品质差异造成了误差。加之刻度频率的非线性变化，造成频率指示的

　　

　　角度误差。

　　 通常，中波段的频率覆盖系数较少，频率变化相对线性一些，造成的误差也较少。而fm波段，短波段的覆盖系数较大，造成的误差也较大。而通

　　

　　常而言，短波二次变频的指针机，像德生R9700,Sony的icf-7601的短波刻度相对较为准确，这类二次变频的指针式收音机，第一中频是固定的频率

　　

　　10.7Mhz,用频率固定精确而稳定的晶体振荡器混频后过滤出一个波段的信号送到第二本振电路,而第二混频电路则采取了同步调谐的手段，第二本振

　　

　　的覆盖系数甚至比中波还要小，因此不同的短波波段都能保持相同的调谐覆盖系数，因此其频率指示会比一次变频的收音机准确些。但是由于第一中

　　

　　频的是固定振荡频率的外差式变频，进入第二中频后原来处于波段高端的频率会变成第一中放的波段低端频率，反之波段低端的频率会变成第一中放

　　

　　的波段高端频率，因此其频率刻度与一次变频机器或者同一机器的中波段比较是反过来的，若果要与中波段的刻度方向变化一致，恐怕要特意改一改

　　

　　短波段的调谐机构。

　　 此外，还可以通过技术的手段，把刻度变化变成线性变化，也就是实现调谐旋钮的变化角度与频率变化呈线性变化。据说在某些高档进口收音机

　　

　　已经这样做了。我个人猜测，可能是针对不同波段定制能够与波段内频率变化成线性的可变电容（以现在的cad技术和加工技术应该毫无问题），针

　　

　　对调频，中波，短波各使用一个定制的线性双联可变电容(采用二次变频技术，短波米波段可以实现共用一对可变电容）。或者通过调谐结构的设计

　　

　　，让可变电容的容量变化与对应频率的变化呈线性关系，不过这种手段实现难度太高了，而且，只能用于一个波段。

　　 d)对于指针收音机的刻度，我有一个创新的想法，就是把现在收音机的一维刻度盘改成二维！而指针运动的方向是反应可变电容的旋转角度，作

　　

　　为x轴，而与指针运动方向正交的方向作为y轴标示频率，而且是线性变化的频率刻度，x轴与y轴形成网状图。这样，一个波段的频率变化可以用y-x

　　

　　的曲线来表示，而刻度盘指针与曲线的交点在y轴的投射就是电台频率，这样可以在y轴实现了线性刻度盘！

　　 由于原件的离散性，我觉得这更二维的刻度盘可以交给用户diy。比如通过当地收到的已知电台频率在二维刻度盘的位置，然后借助计算机软件

　　

　　，拟合出收音机的波段频率变化曲线，然后用户自己打印出来安装到收音机的面板上。

　　 又或者，把上述的刻度盘做成一个圆筒或卷尺的形式，然后在收音机面板做一个线性的取景窗，x轴就是圆周部分，y轴就是与圆面正交的方向，

　　

　　这样取景窗与圆筒上的曲线相交就看成一个点，与线形取景窗平衡的地方标示y轴的线性频率刻度，当频率变化的时候，圆筒滚动，取景窗的交点的

　　

　　位置移动，就与频率变化成线性关系。

　　 e)为了使调谐准确，指针机的调谐指示也要下一定的功夫。对am而言，调谐指示的参考电压是来自AGC电路，而调频则是取自鉴频器的直流电压

　　

　　成分。如果允许的话，可以把调谐指示灯换成毫安表，当调谐准确时,AGC电压最低，伏安表指示为信号0或者是满刻度，这样的调谐指示比用led等更

　　

　　准确。

　　 f)改善指针机的频率稳定性

　　 其实按照lc振荡器的频率稳定水平，虽然未必像数调机那样达到晶体振荡器的频率稳定水平，但是通过一定的电路形式仍可以使通常的lc振荡器达到一定的稳定度。

　　 传统的收音机am部分的本机振荡多数是采用变压器耦合的振荡器电路或者是电感三点式振荡器（哈特莱），因此具有容易起振，振荡幅度大的特点，但是缺点就是稳定性差，波形失真大。若改用电容三点式电路（考毕兹）电路则稳定性高，但是起振难，调谐范围会少，为了提高指针机的频率稳定性，可以采用考毕兹的变种电路克拉泼和西勒振荡器。并且采用高输入阻抗的场效应管作为振荡管，同时采用适当的措施稳定振荡器的电平，这样可以大大克服稳定性差的缺点,加上调谐机构的改进，便可以有效抑制频漂的问题。此外二次变频电路也能很好改善收音机频漂。

　　 对于fm部分，通常采用afc电路，由于集成电路都广泛采取afc电路，频漂问题应该不大。

　　 

　　 至于那些采用dsp电路的指针机。个人猜测，内部电路带有类似pll的电路，在调谐的过程中会自动锁定一个现有的频率，不管这个频率有没有台，当人们进行调谐的时候，dsp电路内部一开始作频漂处理，之后才进行自适应的改变调谐频率，因此调谐的时候有粘滞感，很难调准电台。因此指针dsp收音机属于不成熟的产品方案，在这些缺陷没有解决之前，dsp电路还是采用数字调谐更合适些！

　　

　　 为了指针收音机的延续和发展，厂家更应该给指针机赋予更多的内容，比如实现定时开关机,mp3播放等功能，跟数调机相比，指针机更富有艺术

　　

　　和文化的色彩。即使收音机的生产不得已压缩，指针收音机也不应该被废止!