收音機是一種能夠接收到無線電廣播信號的裝置，大家最為熟悉的無線電廣播通常分為兩種，即FM（調(diào)頻）和AM（調(diào)幅），調(diào)頻是指用高頻正弦波的頻率變化來表示信息的調(diào)制方式，而調(diào)幅是指用高頻正弦波的幅度變化來表示信息的調(diào)制方式。              

調(diào)幅廣播的誕生比調(diào)頻廣播要早得多，在20世紀初，加拿大物理學家費森登發(fā)現(xiàn)，無線電波既然可以以脈沖形式模仿莫爾斯電碼的點劃記號向外發(fā)送，那就可以通過調(diào)制，發(fā)射連續(xù)的電波，使其振幅隨聲波的不規(guī)則變化而改變。          

這樣就能人的語音通過送話器轉變?yōu)橐纛l電信號，再將音頻電信號疊加到高頻載波上變成調(diào)幅信號發(fā)射出去，在接收端再把這些變化的電波選出來并還原成聲波。          

為了驗證他的想法，1906年12月25日，費森登在馬薩諸塞州的布蘭特羅克鎮(zhèn)的國家電器公司128米高的無線電塔上進行了一次廣播。          

在演播前，他在報紙上進行了預告，并發(fā)出無線電報，通告報界和太平洋上的來往船只，廣播的節(jié)目則是朗讀《圣經(jīng)》中的一段故事，還播送了德國音樂家韓德爾所做的《舒緩曲》等。 

這是世界上[敏感詞]次成功的傳聲實驗，并被公認為無線電聲音廣播誕生的標志——調(diào)幅無線電廣播誕生。          

調(diào)幅信號可以通過簡單的線性電路進行產(chǎn)生和解調(diào)，因此接收設備可以做得很簡單，像美國科學家鄧伍迪和皮卡爾德于1910年發(fā)明的礦石收音機，就是用天線、地線以及基本調(diào)諧回路和礦石做檢波器而組成的沒有放大電路的無源收音機。          

這種收音機不使用電源，電路里只有一個半導體元件，最初是用礦石來做的檢波器，算是最簡單的無線電接收裝置了。          

不過，調(diào)幅廣播占用的頻帶較寬，頻譜效率較低，而且容易受到噪聲和其他無線電信號的影響，音質也相對較差，無法高保真。          

1918年，美國無線電工程師埃德溫·霍華德·阿姆斯特朗，根據(jù)超外差原理對直放式收音機進行了改進，提高了收音機的靈敏度，制作了超外差式收音機。          

▲超外差收音機原理示意圖

1933年，他又通過頻率調(diào)制的廣播方式解決了無線電收音機的天線和噪音問題，獲得了有關無線電廣播頻率調(diào)制的發(fā)明專利權，也就是調(diào)頻廣播。

▲阿姆斯特朗          

與調(diào)幅廣播不同，調(diào)頻廣播收音機在接收調(diào)頻信號時，需要通過頻率解調(diào)器將頻率變化解調(diào)成聲音信號，使調(diào)頻波的載波隨著音頻調(diào)制信號的變化，而在載波中心頻率（未調(diào)制以前的中心頻率）兩邊變化。          

這樣，每秒鐘的頻偏變化次數(shù)和音頻信號的調(diào)制頻率一致，如音頻信號的頻率為500HZ，則載波的頻偏變化次數(shù)也為每秒500次，頻偏的大小是隨音頻信號的振幅大小而定。           

世界上[敏感詞]臺汽車收音機5T71，于1930年誕生于美國芝加哥的高爾文制造公司，也就是摩托羅拉公司的前身，不過那時價格昂貴，直到1934年后才成為暢銷品。          

受制于龐大的真空管電路原件，早年的車載收音機只能接收中波或長波的AM廣播，而接收機則因為太大而只能被安放在車尾箱，而且它的耗電量驚人，關閉引擎后便不能工作，否則電壓只有6伏的電池會很快被耗盡。       

直到1952年，藍寶才推出世界[敏感詞]臺FM汽車收音機——AutoSuper A52KU，調(diào)頻廣播這才開始得到廣泛應用。         

1974年開始，歐洲部分國家開始推行載波技術，讓交通信息隨時能向駕駛者推送，2000年后又陸續(xù)加入數(shù)字廣播、衛(wèi)星廣播、甚至數(shù)字電視廣播等技術。  

但是，現(xiàn)在車載設備互聯(lián)網(wǎng)信號依賴于現(xiàn)代蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)，信號基站覆蓋范圍較小，不像FM短波調(diào)頻廣播的發(fā)射臺覆蓋半徑可以超過100公里，而AM中波電臺的覆蓋距離則可以達到上千公里。            

▲模擬調(diào)頻廣播覆蓋示意圖          

它們都不依賴于互聯(lián)網(wǎng)連接，可以在沒有網(wǎng)絡的情況下正常工作，且無需擔心信號覆蓋的問題，而且穩(wěn)定、低時延和覆蓋范圍廣。          

如果發(fā)生災害，部分信號基站無法正常工作，就會大規(guī)模影響網(wǎng)絡服務，但無線廣播發(fā)射臺本身覆蓋范圍就大，本地區(qū)的不行，可能還有別的地區(qū)可以使用。              

通過收音機，救援人員可以及時向災區(qū)傳遞救援信息和指令，而災區(qū)居民也可以通過收音機了解救援進展和食物淡水的空投地點、救援力量何時抵達、哪里是安全區(qū)等狀況。          

這也使得廣播天生就具有應急能力，可擔任突發(fā)事件應急傳遞信息的職能，所以在末世電影和爽文中，收音機會始終在物資儲備清單占據(jù)單獨的一列。      

▲《終結者3:機器的覺醒》中，康納通過收音機收到信號             

在2008年的汶川大地震中，由于地震嚴重破壞了地區(qū)的電話信號塔和互聯(lián)網(wǎng)通訊設施，常規(guī)的通訊方式無法使用，救援部隊就向災區(qū)空投17萬臺無線電收音機，其中9萬臺為手搖自發(fā)電式收音機，確保每位救援人員配備一臺。          

2010年海地地震后，國際救援組織也大量分發(fā)了收音機，以確保災區(qū)民眾能夠接收到救援信息和外界新聞。          

2012年颶風“桑迪”襲擊美國多地后，美國新澤西州孟莫斯郡的廣播聽眾人數(shù)增加了247%，米德塞斯郡、薩默塞特郡和聯(lián)合郡的聽眾人數(shù)增加了195%。              

關于調(diào)幅AM收音

考慮到調(diào)幅AM收音方式可以傳播接收更遠距離，我們下面重點介紹一下其工作原理

下面帶大家來分析一個經(jīng)典電路。也是伴隨我們整個童年的收音機，常用的收音機按照工作原理來說主要分為FM（調(diào)頻）和AM（調(diào)幅）兩種。AM收音機最經(jīng)典的電路要數(shù)六管調(diào)幅收音機。我們就來分析一下六管收音機的工作原理。

首先，拆開收音機，看看里面都有些啥。

圖一 收音機拆解圖

完整的電路圖如下：

完整電路圖

首先回答幾個問題：

（1）收音機是什么？

收音機是一個能夠接收無線電臺廣播信號，并把節(jié)目內(nèi)容通過揚聲器播放出來的終端設備。

（2）收聽廣播電臺需要什么條件？

首先，既然收音機是用來接收無線廣播電臺的設備，那么首先得有正常工作的無線廣播電臺 ，然后手里有一臺工作正常的收音機。我們通過調(diào)頻旋鈕來選擇我們要收聽的電臺。

無線廣播系統(tǒng)

（3）收音機的原理是什么？

首先，我們思考一下聲音和電信號的關系。雖然聲音和電信號是兩種不同的東西，但是可以通過一定方式實現(xiàn)兩者之間的相互轉化。比如。

聲音 ---> 電信號（麥克風可以將聲音震動的機械能轉化成電能）

電信號 ---> 聲音 (揚聲器，俗名喇叭，可以將電信號轉化成聲音信號)

電信號和聲音信號 相互轉換

既然這樣，如果電臺到聽眾之間的距離很近的話，我們完全可以通過把麥克風產(chǎn)生的電信號通過電線傳送到聽眾那里，然后使用放大器將電信號加以放大，推動喇叭發(fā)出聲音。結構如下：

有線傳輸電臺信號

但是，一個廣播電臺不可能只服務于它周邊的少數(shù)聽眾，且每個聽眾接根線收聽電臺實在是不方便。所以，無線電臺出現(xiàn)了。無線和有線區(qū)別在哪里那? 顧名思義，無線電臺就是把電臺原本需要通過電線傳輸?shù)碾娦盘?，先轉換成電磁波，發(fā)往空中，然后接收端通過天線接收到該電磁波，天線把接收到的電磁波轉換成電信號，加以放大，推動揚聲器發(fā)出聲音。結構如下：

無線傳輸電信號

然而，我們?nèi)祟惵犛X范圍 只有20Hz～20KHz，多數(shù)人聲的頻率范圍在340Hz～3.4KHz之間。根據(jù)理論分析，電信號轉換成電磁波的能力跟頻率和天線長度有關系，即，頻率越高，天線越長，電信號越容易轉換成電磁波，通過天線發(fā)射出去。定量來看，固定頻率下，天線的長度要大于該電信號波長的1/4時才能有效的發(fā)射出去。這樣，如果我們直接把人聲轉化來的電信號發(fā)射出去需要的天線長度：

L = 1/4 * c /f = 1/4 * 3*10^8/340 = 220KM (c為光速，f為人聲下限)

這么長的天線著實嚇人，在地球上建造一根220KM的天線簡直時開玩笑。但是，聰明的人類沒有選擇狗帶。既然電信號轉化成電磁波的能力跟頻率和天線長度都有關，天線長度有限制，那就提高頻率嘛。就這樣，偉大的人類選擇了將低頻聲音信號調(diào)制到高頻載波上去，然后通過天線轉換成電磁波發(fā)送出去。所謂載波，顧名思義，就是運載聲音信號的高頻電磁波 ，它可以把有用的聲音信號包含進去，發(fā)送到聽眾收音機上，然后收音機通過解調(diào) ，把聲音信號取出來，加以放大，最后推動揚聲器發(fā)聲。舉個例子，你在某寶上買了個腳踏車，老板肯定不會親自騎著它給你送過來（老板蛇精病除外），而是選擇發(fā)物流。整個流程就是，老板把你的腳踏車打包給物流公司，通過大貨車給你送到家門口，你從大貨車上卸載下你要的腳踏車。

高頻載波無線傳輸系統(tǒng)

聲音信號疊加到載波上的過程叫做信號調(diào)制 （等價老板打包裝車），聽眾收音機把音頻信號取出來的過程叫做解調(diào)（等價你從大貨車上卸載包裹）。載波就是大貨車，起到運載作用。

根據(jù)原理不同，調(diào)制分為FM（頻率調(diào)制）和AM（幅度調(diào)制 ）兩種模式。

頻率調(diào)制: 即調(diào)制頻率，也就是使用音頻信號幅度按照線性關系控制高頻載波的頻率。假設，規(guī)定沒有聲音的時候，載波頻率 [敏感詞]1M， 聲音[敏感詞]的時候，載波頻率[敏感詞]1.1M。

調(diào)頻方式

幅度調(diào)制：即調(diào)制幅度，也就是使用音頻信號幅度按照線性關系控制高頻載波 的幅度。假設，規(guī)定沒有聲音的時候，載波的信號幅度為1V，聲音[敏感詞]的時候，載波的幅度為10V。兩者的關系如下：

調(diào)幅方式

AM調(diào)幅收音機的工作原理，根據(jù)上述討論結果，我們可以大體知道一臺收音機的基本框架了。如下圖描述，一臺收音機包括：天線，輸入調(diào)諧電路，放大器，解調(diào)器（檢波），功放，喇叭等幾大功能模塊。

AM調(diào)頻收音機基本功能框圖

從原理上講，以上模塊已經(jīng)可以實現(xiàn)接收電臺的功能了，但是因為電路要能夠處理不同頻道（載波頻率不同），不同的信號強度（距離電臺的遠近，電臺信號發(fā)射塔與接收者之間是否有障礙物）的情況， 所以，實x際電路設計中，增加了混頻器和AGC（自動增益控制 ）模塊。功能如下：

混頻器 ：作用是通過把接收到的不同頻率電臺信號與本機振蕩器產(chǎn)生的本振信號混合，然后通過選頻電路 把兩者的差值頻率信號選擇出來，從而實現(xiàn)載波信號的頻率遷移。只要我們保證本機振蕩頻率始終比接收到的信號頻率高一個固定值，就可以保證載波信號 遷移到一個固定頻率。這樣，后續(xù)電路處理該固定頻率的載波信號就會簡單很多，大大簡化了電路。在AM調(diào)頻收音機中，這個固定頻率值是455K。我們把變頻之后的這個455k載波調(diào)制信號 叫做中頻信號，后續(xù)的一級放大器叫做中頻放大器。

AGC：自動增益控制電路 。因為各種原因導致了收到的不同電臺信號強度差異很大，為了避免這種問題，我們加入了AGC電路，當接收到的信號很弱時，AGC自動提高中頻放大電路 的增益；相反，當收到的信號很強時，AGC自動降低中頻放大電路的增益。從而使得不同電臺，不同場景下，電臺音量保持穩(wěn)定。

增加了上述功能后，整個系統(tǒng)框架基本就完善了，具體見下圖：

AM調(diào)幅收音機完整功能框圖

天線接收到各個電臺的電磁波，轉換成電信號，通過調(diào)節(jié)輸入調(diào)諧電路 （選頻網(wǎng)絡）選擇出我們想要收聽的電臺頻率，輸入到混頻單元，同時本機振蕩器產(chǎn)生一個比輸入電臺頻率高455kHz的信號也輸入到混頻電路 ，由于混頻電路是通過使晶體管工作在非線性區(qū)域，產(chǎn)生兩個信號之間的乘積項，該乘積項可以分解成多項式，其中包括兩個輸入信號的頻率差信號（固定頻率差值為455k），從而實現(xiàn)載波頻率轉移（變頻），該差值頻率信號被稱為中頻信號。緊接著一級中頻放大電路放大該中頻信號，然后通過檢波電路檢出需要的音頻信號，送往音頻放大電路 進行功率放大，最終推動喇叭發(fā)出聲音。AGC電路根據(jù)檢波出來的音頻信號強度自動控制中頻放大電路的增益，確保每個電臺能夠穩(wěn)定工作。

那我們把開始的完整電路圖 于上述功能框圖對應起來如下圖：

原理圖的功能劃分

到這，你應該能夠很清楚的明白整個AM調(diào)幅收音機的組成，以及每個模塊的功能了，掌握了工作原理，你也就掌握了80%的內(nèi)容，剩下的一點事情就是了解每個功能模塊的具體電路實現(xiàn)。

下面帶大家一起來研究下每個功能模塊的電路實現(xiàn)。

（1）選頻網(wǎng)絡

選頻網(wǎng)絡：輸入端采用LC選頻網(wǎng)絡來進行頻道選擇， C1用作補償電容，彌補實際電容誤差。C2容量調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡的工作頻率。

（2）高頻放大器

整機框圖中可以看到高放，本振，混頻是合在一起的，這里我們按照不同功能拆分開，下圖就是其高頻放大器。

高頻放大器：該電路采用共發(fā)射極放大器結構，輸入信號通過變壓器耦合到三極管Q1的基級，集電極的LC網(wǎng)絡作為負載，選擇出固定頻率的信號，提供足夠的放大能力。然后通過變壓器耦合到下一級。

（3）本機振蕩器

如下圖，拆分出來的本機振蕩器

本機振蕩器：首先，作為振蕩器兩個必要條件：（1）正反饋。（2）環(huán)路增益 足夠大。

整個電路基本結構是一個共基級放大器和一個LC選頻網(wǎng)絡，信號從三極管Q1的發(fā)射級輸入，通過集電極電感L2耦合到LC選頻網(wǎng)絡，LC選擇出需要的頻率，通過C3送回輸入端，構成正反饋。合理設計L1，L2線圈的匝數(shù)比，以及L1中心抽頭的位置可以提供一個合適的環(huán)路增益，維持振蕩器的穩(wěn)定工作。通過調(diào)節(jié)上圖電容C4的值就可以調(diào)節(jié)振蕩器的工作頻率。通常為了保證本機振蕩器始終比輸入信號頻率高455KHz，我們采用雙聯(lián)可調(diào)電容器來同步調(diào)節(jié)本振和選頻網(wǎng)絡的電容值，維持兩者工作頻率的差值。交流等效電路如下圖。

本振交流等效電路

（3）混頻器

混頻電路：電臺信號通過基級輸入放大器進行放大，本振信號通過發(fā)射級輸入放大器。因為三極管工作在非線性區(qū)，信號是正弦波因此在不同幅度的時候放大的量不一樣，于是波形就發(fā)生了畸變，事實上是多個不同頻率的正弦波合成出來的，換句話說畸變產(chǎn)生了新頻率。兩信號疊加的乘積項拆分出兩者的差頻信號，這里叫做中頻信號，然后我們 使用L2C3構成的選頻網(wǎng)絡選擇出該中頻信號，送往下一級中放電路進行放大。

（4）中頻放大

中頻放大電路：中頻放大電路。中規(guī)中矩的共射級放大結構，發(fā)射極直接接地，[敏感詞]化增益。負載同樣使用LC網(wǎng)路，可以充分發(fā)揮放大器的放大作用。輸入輸出使用變壓器耦合。

（5）檢波電路

檢波電路：檢波電路其實是一個電壓跟隨器 加上一個低通濾波器構成，中頻信號從基級輸入，經(jīng)過跟隨器進行電流放大，然后送到由 R2,R3,C1,C2構成的低通濾波器 。頻率較高的載波被低通濾波器濾除，低頻率的音頻信號順利輸出，R3是一個電位器 ，用來控制聲音大小。

（6）音頻前置放大和功放電路

前置放大&功率放大

前級使用共發(fā)射極結構作為電壓放大，電容耦合 輸入，變壓器耦合輸出，送到后級功放電路。后級采用對稱推挽結構 進行功率放大，該放大器屬于乙類放大器 ，功率管Q2，Q3分別導通半周期 。輸入輸出均采用變壓器結構。當輸入信號處于正半周期時，T1上變壓器感應出正電壓 ，Q2導通，給變壓器T2上邊線圈加電，通過變壓器耦合輸出到喇叭，Q3輸入負向電壓 截至。相反，當輸入信號處于負半周期 時，Q3加正電壓導通，給T2下邊線圈加電，通過變壓器耦合到喇叭，Q2因為加了負電壓 截至。 就這樣，Q2,Q3交替導通，構成完整輸出信號。該電路沒有考慮三極管Q2，Q3基級導通電壓，所以輸出存在交越失真，但是，普通用戶不會太在意這一點，所以為了降低成本和電路復雜度，該功放電路在收音機中被廣泛使用。

（7）AGC-自動增益控制

講到這里，仿佛整個電路已經(jīng)分析完了。但是，你是否意識到我們前面提到的AGC電路好像自始至終都沒有出現(xiàn)過？ 好像也沒看到有多余的電路了。那到底AGC在哪里那？ 來，我們再仔細看一下圖。

AGC電路：看圖中紅色筆跡圈起來的部分，表面上看只是用R4,C5 R3,C4構成RC退耦電路 ，用來濾除電電源和功放電路對前級的干擾，其中，R4,C5退耦給檢波放大器集電極 供電， R3,C4退耦給中放和檢波電路 提供基級偏置電壓。沒錯，這部分功能是對的。但是還有一個重要的功能，那就是控制中放的增益（AGC功能），實現(xiàn)的關鍵是 R4比較大的阻值和中放取自電容C5的電壓。

因為中放采用的是共發(fā)射極 放大器結構，基極偏置電壓的大小會直接影響其放大倍數(shù)。具體是，在一定范圍內(nèi)，偏置電壓 越大，電壓放大能力越大。試想一下，當收音機接收到的信號非常強時，檢波輸出的音頻電流就會比較大，這時R4上的壓降相應的增大，C5兩端電壓減小，意味著中放偏置電壓減小，中放增益就會較弱。最終達到一個平衡。從而實現(xiàn)自動增益控制。

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