【下一个项目:我的台式机2022】
2022-01-07 21:50:40
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(1)动机和思想:

制作一台台式收音机是我多年的心愿,作为一生的无线电爱好的一个成果,也有它的价值,但这种产品不是一个简单的东西,要想达到目的谈何容易,没有一个好的设计思想所有的努力都会付之东流,因此,这个动机我已思考了很多年。

一生研究收音机,也算是一个人生乐趣,我也不在乎它是否过时,有多大意义,我所得到的主要是快乐,这快乐其实是在过程之中,无论如何,总比人到晚年,每天拿着小板凳坐在阳光下,空耗时光要好那么一点儿。每一个成功的作品,带给我的快乐是舒心的,平实的,自豪的和骄傲的。这种东西虽说不像是高科技但实际上还的确是一种高科技,属于登峰造极的技术,要想达到一个顶峰的性能绝非易事。我根本无法想象,日本当年那些科学家们花费了怎样的心思来研究开发顶级收音机产品,但从他们的设计上考察,也能够感知一二,那些家伙的确是使出了浑身解数,也的确取得了不小的成就。

现代人对收音机技术了解不多,很多人一知半解,对自己的信仰坚信不疑,殊不知他们的信仰中有不少谬误,但人性就如此,信则有,不信则无,信仰要比道理重要一百倍,这就是常人的思维方式。

在以前的文章中我曾深刻分析过关于无线电接收的理论,那么在此就不再累述,直接分析一下具体的产品吧。

首先,我想到了关于DIY。收音机这种东西是可以DIY的吗?实际上非常困难!难于上青天!就因为个人的条件和力量实在有限,以及找不到合用的材料,又买不到需要的器件,很多元器件因为早已下市就不得不DIY,但是实作起来又过于困难。比如说高频电感。这种东西需要合适的骨架,合适的磁芯,合适的导线,还要有精密的电感测试仪,高频Q表才能做成满足要求的零件。随着工作频率的不同,对于每种材料和工艺的要求又不一样,往往需要大量的实验才能最后锁定工艺设计和制作参数,并非是仅仅满足了电感量的需求就OK。我曾经在改造军机222的过程中试制了上百只电感,结果却不理想,得不到Q值一致的电感,就因为自己没有合理的磁芯和其他材料,最后导致的问题就是各个波段的增益偏差过大,选择性不一样,灵敏度差别较大,很不理想。而这样的制作成本可能会高到我们无法承受,需要大量的时间和精力;又比如多联空气可变电容器,虽然我也开发出圆筒形特殊结构,但是要想做到精密的机械加工,找到理想的铜材又非常艰难;同理,一个高频电路,从原理上没有任何问题,但是实作起来性能就会天地相差,因为电路板的设计不同,元器件的不同等等因素造成完全不一样的效果,因此,在我的经历中经常有这样的现象,一个单元电路我可能要做上5遍,最后才得到了不错的效果。导致这些问题的原因就在于高频电的固有特性,干扰!各种各样的串扰,杂散电容,破坏了电路的工作状态,可能导致自激振荡,波形失真,啸叫,等等不良后果。因此,在收音机的DIY当中制作高频电路就需要格外谨慎,还需要有深厚的设计功力,即便如此,失败也一定会比成功更容易!

(2)选择:

那么作为收音机产品,在开发之时必然要经过无数次的实验和改进,最后确定的方案必然更接近合理,因为工厂的条件必然远远超过个人,有更好的开发环境,更充足的资金,更完备的仪器条件。基于这个原因,在近期的制作中我经常会利用优秀的产品中的高频电路,然后配合自己设计的电源和低频电路,来打造自己的产品,并且在原来的设计上进行一定的改造,使最后的性能高于原产品,这是一条捷径,成功率要远远高于从头彻底地DIY。

再说说可以利用的原理和产品。传统的模拟收音机采用的原理基本都是一次变频,有天线调谐回路,有中频放大器,最后有检波和低放,推动喇叭发音。这种原理的收音机有一个调谐的天线回路,因此可以把天线引入的无线电信号调到频率谐振点上,让它产生谐振,幅度最大,这样就放大了信号电压,并压缩了噪音电压,使得收音机有较好的信噪比(或相对灵敏度)。这种传统接收原理的问题有两个,一是统调误差会降低接收效果;二是镜像频率会串入机内,出现假象电台信号。对于第一个问题,从历史到今天几乎没有什么完美的解决方法,但对于第二个问题,新的接收原理采用多次变频抵制了假象,基本完美地解决了问题。

索尼公司在收音机的研发上曾经投入了很大的精力,开发出不少专利技术,但我相信,他们最早的设计动机基本全都来自西方世界,来自英国,德国,美国等国家,而他们仅仅是在原始技术上做了一些改进,让收音机的性能甚至超过了西方的产品。不谈普通档次的产品,仅说顶级产品,索尼的CRF-230就是一个传统模拟机器的代表。实际上它应该属于专业的接收机,而不属于普通的民用收音机,它的结构设计也是独一无二的,我没有看到超越它的模拟机设计方案。CRF-230有FM1、FM2、MW、LW、SW1、SW2-19共23个波段,其中的FM2是87-108MHZ的正常波段,FM1是64-90MHZ,MW也是正常的530-1605KHZ,而短波频率覆盖是1.6-29.8MHZ,按米波段分段,每个波段的带宽只有600KHZ。这架收音机的调频通道设计了两个波段,采用空气三联可变电容器调谐,天线回路是双调谐,因此选择性是不错的;它的波段转换竟然也采用了机械式的波段开关,高频头的电路板和空气三联以及波段开关都包容在一个独立的金属屏蔽盒中。它的本振电路在FM1波段采用了高本振变频;在FM2却用了低本振变频,因此两个波段需要方向相反的AFC控制信号。该机的FM中放共有5级,全部采用了分立器件,特点是带有AGC放大器,控制高频头的增益,使得强信号也不出现阻塞现象;而且其鉴频输出端有对称式差分放大电路,可以用开关控制输出方向相反的AFC控制信号,整个通道的增益显然是很高的。该机的MW、LW、SW1波段竟然也采用了三联空气可变电容器调谐,带有一级调谐高放,我在收音机电路中从未见过这般设计,只有接收机才会这样设计;而该机的短波高频头的设计才是CRF-230的亮点。首先,短波高频头被组装在一个奇形怪状的金属屏蔽盒当中,在其中有一个双联,一个三联空气可变电容器,有一个19挡位的鼓型波段开关,以及一大堆的电感电容,还有电路板。两个可变电容器用拉线相互连接,同步运转,形成了一个5联电容。它的接收原理十分独特,采用了二次变频,并且第一中频在1.6-2.2MHZ,第二中频才是455KHZ。这样第一本振是固定频点的,外来信号与第一本振的差频就变成了第一中频,如此第一中放也必然需要频率调谐;然后再用一个通常意义的收音机来接收这个1.6-2.2MHZ的信号频带,就构成了二次变频。可见,这样每个波段的带宽必然也都完全一致,只有600KHZ,刚好能够满足每个国际米段的带宽。这个原理已经极为少见了,更特殊的是,该机的天线端带有一级调谐高放;而后面的普通收音电路也带有调谐高放(或称为第一中放),因此,该机使用了5联可变电容器调谐,选择性已经非常高了。由于每个波段的带宽很窄,因此调谐电台的密度不大,不需要大减速比的机构,也不需要频率微调器件。但由于技术问题,当时的设计师还没有想到利用石英晶体来稳频,第一本振就是简单的固定频率LC振荡器,可能会有轻微的频飘问题,由于频率不太高,这个问题也就不会太严重。后面的中放电路是3级RC三极管放大器,插入了两只组合陶瓷滤波器,并且还带有复杂的带通转换电路,由两只波段开关来控制。电路中设计了AGC/MGC转换,给出AGC控制信号,并且还有独特的降噪电路和单边带解调电路,BFO振荡器也装在独立的屏蔽盒中。这个中放电路没有做屏蔽。

(3)方案:

CRF-230是一台独立的收音机,硕大的机壳用木板打造,机箱内上部被做成了独立的音箱,有两只不大的椭圆喇叭放音,采取单声道设计,当时大概还没有立体声广播;机内下部是一个金属铝材机架,几乎所有的组件都被安装在这个机架上,内部可以安装6节1号干电池,也带有变压器和交流电源。低放通道由前置低放,衰减式两段音调控制电路和OTL功放电路构成,输出功率用电池仅有1W,用交流电可达3W;机壳顶部装有3根拉杆天线,两根1.25m的V字形天线专门给FM通道使用;一根1.4m直立天线专给SW通道使用,同时在机器的背板上还有丰富的外接天线接口,分别有FM,AM高低阻抗的天线接口。

如果分析该机的设计目的,我感觉还是不太合理的。机壳体积巨大(452X325X190),重量高达14kg,显然几乎无法移动使用。那么作为固定台式机何必要设计干电池供电呢?而且作为固定台式机,天线的设计又有些业余了,因为它的MW/LW/SW1波段的磁棒天线不能旋转,被固定在机内,还非常接近SW高频头的金属屏蔽盒,而如此巨大的体积却又没有设计优秀的音响效果,在这方面远不如德国的老收音机。我的这台CRF-230是从遥远的澳洲买来的旧机器,到了我的手里机壳几乎破碎了,通电以后只有FM波段可以接收,性能并不太高,AM波段完全没有声音,机器的成色很旧,样子十分破败,拆解以后就成了一堆废品!可以利用的东西有FM高频头盒,SW高频头盒,FM中放盒,其他的东西价值不大,几乎所有的开关都会有接触问题,电位器还算可以,喇叭很好。

我所设想的台式收音机是一台纯粹的模拟机,因为我不喜欢现代的数调机的设计方案,用宽带滤波器来处理电台信号,采用完全不调谐式的电路,靠高增益来提高绝对灵敏度,但同时也把噪音放大了,导致相对灵敏度下降,实际的接收效果较差!尽管现代的设计功能甚多,操作方便,但那些都像是装点门面,真正的接收性能却不太好,这也包括像ICOM R-8500那样的顶级接收机。而我所设计的台式机首先应该具有顶级的接收能力,所以我确定了模拟电路,并看重CRF-230的设计。除了接收性能,我也希望这台收音机有非常优秀的音质,类似于音响的效果,所以肯定不能接受小尺寸的喇叭和普通的OTL放大器;而且,最关键的短波接收在于天线,特别是在我的环境下,大城市里的杂散电波无处不在,干扰和噪声是最难解决的问题,如果使用普通的拉杆天线,长线天线,那么收音机就会变成噪音接收机了,因此我很关注环形谐振天线。

(4)环形天线:

这种天线其实就是一个尺寸很大的电感线圈。它和空气可变电容器组成了LC谐振回路,一旦调谐到某个频点上,该频率的无线电信号就会被放大幅度,而噪音信号就会被电感短路,使得信噪比大幅度提升,如果把回路的Q值做得较高,这种效益就会大幅度提升,因此改善远地电台的接收效果。以往的环形天线产品和业余制做都是用一个空气可变电容器来进行调谐的,这个电容器被安装在天线基座上,需要手动调谐,那么如果天线距离收音机比较远,操作起来就会格外不便,为此有人把环形天线改为不谐振的类型,用一个宽带高频放大器来接续信号,结果效果会下降很多。另外,环形天线是具有8字形方向性的,在使用中需要经常旋转它的平面,来对准电台,使得要接收的电台增益最高,不需要的电台被压制,但如果天线远离收音机,要想旋转天线也很难做到。

为此我思考了几种不同的方案。

比较理想的方案是把环形天线安装到楼顶上。我曾经在楼顶上架设过一个大型的单振子短波天线,结果过了几年以后在风雨的摧残下支架倒塌,电缆老化,最后完全跌落在楼顶上。如果要架设环形天线,还要设计旋转驱动系统,调谐系统,需要电源,又要防水,防热,防冷,设计困难是很大的。需要一根很长的多芯电缆,传输电源,控制信号,高频信号,这样的材料是相当昂贵的。一年四季,春夏秋冬,什么样的天线结构才能抵抗住日光暴晒,严冬冰雪,夏日里的大雨,和春天的大风?这个难度太大了,所需投资也太高了,根本不实际。

于是我又想到了,能否在14层楼的阳台外面架设这个环形天线?于是我便开始努力设计防护问题了。表面上看,这个设想是可以实现的。为了让天线能够旋转,就需要一个伸出阳台的坚固支架,把支架固定在阳台的外壁上,这没有什么问题。但是,如何才能更好地防雨防风呢?为了防雨,应该把环形天线密封在一个亚克力盒中,让外面的雨水根本不会进入其内部,但是,天线环的直径不小,比如d800,那么这个天线盒的尺寸就必须要大于800mm,如此巨大的一个方形或圆形面积,在狂风当中会承受多大的力呢?要使用多大直径的旋转轴呢?如果外面刮大风,天线盒还有可能旋转吗而且还有一个艰难的问题是,旋转轴的防水。显然,这样的设计条件是极其苛刻的!实现起来成本也会很高,似乎并不现实。

我最后的方案是,把环形天线安装在室内,在阳台的顶棚下,在顶棚上安装天线基座,中轴从基座中伸出,吊挂着环形天线,整个装置都在室内,阳台的位置,靠近窗子。这种结构有诸多优点,比如,天线本体不需要封闭,用支架取代了沉重的天线盒,旋转阻力很小,仅需要一个微型减速电机就能带动;天线距离收音机很近,所需要的电缆长度也较短,最主要的是,天线不会受到风雨的蹂躏,安全可靠,易于维护修理,这个方案还是比较实际的。

天线分为两个波段,通过一个磁饱和继电器来转换线圈的抽头,一个单联空气可变电容器由微电机减速带动,天线的旋转由另一个有减速器的微电机带动。短波段的频率范围分别为5.8-12MHZ/12-22MHZ,另一个继电器用来改变回路的Q值,两个电动机采用直流电位进行控制,伺服运转,分别设定方向和频点。在调谐电台时,首先要把天线设定为低Q模式,让其频带较宽,减低统调误差带来的灵敏度下降,使调台更容易;当调准电台以后,再把天线设定在高Q值,做精确调整,让信噪比达到最佳。这种技术我曾在索尼ICF-6800W收音机中发现,但那个设计只有低Q值,没有高Q值,而且它是把收音机的调谐高放设计成了独立调谐的方式,因此我的设计和它还是不同。

在主机面板上装有天线的方位、天线调谐、波段和Q值选择开关,操作起来远比当前的产品环形天线要便利许多。

鉴于目前沈阳地区的FM广播信号都比较强大,因此没有必要专设外接FM天线,我就依靠机顶上的两根拉杆天线来接收FM广播。

关于MW天线,设计起来颇感矛盾。按照道理应该把磁棒天线也安装在SW环形天线的框架上,也可以随着圆环一同转动,但是,我也不想把问题复杂化,就干脆直接把原机的磁棒拿下来,DIY一个很小的天线盒,然后用一根轴把它支撑在主机顶部,可以设计一个拉线机构,增加一个手轮来调节磁棒的方位。  

(5)系统结构设计:

这一次的项目并非是第一次,早在数年前我就曾经试验过台式机,当时设计的是一体化机,加上全部的外接天线,再加外接扬声器,在机器上没有天线,但结果并不理想,没有完成。其中的一个问题是在电源和低放通道上。当时我设计的功率放大器是TDA7294,带有OP275构成的双电源两段音调电路,电源采用了一个定制的300W环牛,配以大电流输出的线性稳压器。这个电路能输出至少30W的功率,可以驱动大功率的外接音箱。虽然电路的制作很成功,但是却有本底交流声干扰!用示波器测量输出端,100HZ的交流声电平小于5mV,但就是如此微小的信号,还是可以从HiFi音箱中听出来,背景总是不够纯净。究其原因,环牛泄露的磁场会穿越铝隔板,直接感应放大电路,在导线和元器件当中产生交流信号,从而引起微弱的交流声。这种毛病很难根除,即便你设计的地线连接正确,也很难彻底消除微弱的交流声背景,唯有把变压器远离电路板,才会显著降低这种干扰。因此这一次的设计,我采用了分体方案,由主机、短波天线、功率放大器、音箱、电源盒5个部分构成台式机系统,这样的设计显然是比较优越的,可以彻底排除交流声干扰,也能在很大的程度上消除调制交流声干扰。应该算优选方案。

我的主机要依靠DIY和Sony CRF-230的部分电路组件(或模仿DIY)来制作,短波天线也要自己设计和制作;电源盒独立成单元,可以固定在桌下,远离主机;音箱直接选择英国Audio Monitor Bronze 中置单元;功率放大器采用LM3886T,可以输出至少25W功率;在主机上,有耳机放大器和音调控制器,同时还有Line out RCA插座用来连接功放盒。  

(6)关于主机的结构:

上次台式机的失败让我得到了不少经验。上次得主机结构是利用了一个产品功放铝机箱,把它改制成收音机壳,做了大量的机械加工,在面板上加工很多,直接把各个控制器件组装在面板上,机壳中部固定了一块水平铝板,下部安装电源和功放,上部是高频电路和控制电路,设计了LED数字频率计,双电平表,FM的预置电台开关板,等等,结构复杂。随着制作的推进,我发现这种结构非常不理想,面板的器件全部安装好以后,相互制约,不能单独更换,维修,调试,面板后面的空间十分混乱,后面的电路装好以后就会遮挡前面的电路,使调试和维修都成问题,一些结构无法安装,相互干扰,结果相当可悲!

这一次的设计我采纳了机架方案。用铝合金型材和铝板来制作一个机器骨架,绝大多数器件都安装在这个骨架上,然后再把骨架装入机壳。这样,机架就能够单独拿出来,进行安装、调试和维修工作,从各个方向都能接触到其上的组件。而大部分组件都是用局部的小金属板或支架安装到骨架上的,这样,就可以方便地单独拆装,更换某一个组件,大大方便了制作,有很大的灵活性。

在机内,每一个电路单元都做成模块式,基本都带有独立的屏蔽盒,因此相互之间就消除了干扰。我没有利用CRF-230的骨架,是因为它的尺寸太大,结构松散,虽然调谐机构比较不错,但是刻度带的结构并不合适,很难修改,电源和放大器的空间也没有用处,还不如我自己DIY更理想。我利用了3个从瑞士老仪器上拆下来的同轴减速器作为调谐机构,直接把它们固定在可变电容器的轴上,并用相纸打印出新的频率刻度盘,达到精准指示,效果优于原来的机构。CRF-230的调频高频头和短波高频头分别固定在骨架的两侧,三套调谐机构对应FM/MW/SW 3个通道,并采用了旋转式陶瓷波段开关取代了原来的琴键开关。   

***********************************************************************************************************************************   20211220:我从没有制作音响放大器和电源费过这么大的力气,这一次的经历简直是噩梦,但最终还是得到了圆满的解决。

我这一次我只做了3个大功率单声道音频放大器。第一个是用LM3886T制作的,印板的设计和制作都相当不错,但非常奇怪,测试的结果就是有波形失真,在波形的过零点部位总是存在线性变坏的情况,无论是大声、小声,无论是高频、低频,这种现象始终存在。分析的结果只有一个,不是我设计的印板有问题,也不是我使用的外围器件质量不良,而最有可能的还是集成电路本身的质量不佳所致,但要想更换一块电路,必然涉及到拆焊11个引脚,过程非常棘手;于是我又重新制作了第二块功放PCB,采用了TDA7294大功率集成电路,结果更糟,只要通上电,输出端就会出现1.5MHZ的自激振荡波形,使用什么补偿方法都无济于事;最后我只好再次制作了LM1875功放电路。这种电路的输出功率并不大,但对于收音机来说还是足够的,测试的结果很优秀,在宽阔的频响范围内,波形的保真度很高,但却有一个诡异的毛病,就是在加电时,必须要先加上+电,后加上-电,才能正常启动电路,进入工作,而如果是先加上负电,再加正电,或者同时加电,负电源的电流就会突然上升到2.72A,同时芯片无法正常启动,输出端会出现较大的直流电压,散热片会很快升温。为了使用LM1875功放板,我只得设法将稳压电源改成负电压缓启动的形式,实验启动正常了,放大效果也很好。但是在把电路板装好以后通电测试,却出现了放大功能变坏的问题,测试正玄波严重失真,不久有打火冒烟,啪地一声,集成电路烧毁!

这3块功放电路全部失败了,只能重新考虑。我想起自己过去制作的LM3886T电路板,便拿来测试,其中一块电路板不能正常工作,加电以后负电组电流很大,输出端也有20多伏电压,而另一块电路板有很好的效果,无论是先加上那一路电源都不会出现大电流,放大波形毫无失真,频响大于70KHZ,最高输出电压达到了20V,并且输出端电压仅-0.4mV,于是我便决定采用这块电路。

这块电路的结构完全不适合我的设计,为了利用它,我又制作了一块20X22X5的方形铝块,让散热片与机壳板一平,然后把电路板立装在散热片上。这一次才真正获得了成功。

再说我的稳压电源,本来在制作时我已经测试了2A电流输出,表现很正常,但是,如果输出电流超过2.2A,输出电压就会大幅度下降,表现出调整管的基极电流不足的迹象,并且电压放大管的热量会很高。这种采用单只功率三极管制作的稳压电源在性能上并不优越,当输出电流过大时,调整管的Hfe就会大幅度下降,这时就需要较大的基极电流供应,如果供应不足输出电压就会快速下降,并且电压放大管因为会流过较大的电流而产生较大的功耗。这种电源的效率很高,输入输出压差可以很小,但是并不适合在大电流场合工作。要想寻求大的输出电流和小的控制电流,一种办法是采用达林顿三极管来作调整管,另一种办法是采用功率MOS管来做调整管。我自己目前并没有合适的TO-22封装的大功率达林顿三极管,在搬家时我把这类管子全部都扔掉了,以为将来根本不会用得到这类三极管;只有大型金属封装的达林顿管,这种管子需要较大的散热片面积,在我目前的散热片上无法安装。那么,最后只有采用MOS管一条路了。

MOS稳压电路我过去也试验过,但却失败了,因为几乎无法消除自激振荡的产生,或者在小电流状态下,或者是在大电流状态下,负反馈造成的自激振荡总会在某一个输出电流下产生,结果电路根本不能使用。这一次我是利用原来的三极管稳压板改装的,仅仅是去掉了过流保护电路,把电压放大管改成小功率的D667、B647,加上了栅源保护稳压管(15V),并把原来的基准稳压源改成431电路的形式,结果令我惊讶,效果出奇地好!无论是小电流还是大电流,输出波形都很纯净,输出电流非常大,可以轻松超过4A,而且在大电流输出时控制电流却非常小,电压放大管丝毫不热,输出电压极其稳定,0-4A输出电压仅仅降低了0.1V。调整管我采用了超大电流的IRF540、IRF9540,这一对管子的最大电流可达19A!因此即便是输出短路也不会烧坏管子,因为变压器的输出电流有限,这样也就省去了过流保护电路。在供应功率放大器的稳压电源中,过流保护电路是里外矛盾的,如果设计较小的门限电流,当瞬间功率到来时就很有可能出现削顶失真,而假如把门限设计得过大时,有会失去保护作用,因此最好的办法是不要保护电路,而现在的设计刚好合适。

有了这一对稳压电路,根本没有必要在功放电源上并联大水塘,实测在8R负载上输出20V的大功率波形都毫无压缩或失真。至此,我的设计终于圆满完成了,效果非常理想,输出功率可以轻松达到30W,保真度非常高,已经足够了。回忆以上制作的功放电路的失败,我认为问题还是在集成电路本身,而不是我的制作出现什么失误。

*20211221.这一次的计划就如同噩梦一般,一个失败接连着下一个失败,当我一遍又一遍地制作,最终取得了理想的效果以后,当集装所有的器件在一起以后,却又出现了最难解决的交流声问题!记得在几年以前,我打算制作自己最后一台HiFi功放,结果我购买了优秀设计的机箱,设计了完美的电路,但结果只有一个,尽管在单独测试时取得了理想的效果,但是只要把电路板集装在一起,就会出现可怕的交流声故障,并且无论如何改进都不能解决这个问题,逼得我最后只好把功放一分为二,改成了分体功放,这才最终解决了讨厌的交流声问题!

当时我发现,变压器的电磁场会干扰放大电路,产生交流声,即便使用钢板把变压器和放大器隔离起来,还是无法避免这种电磁场干扰。那么这一次我在设计当初,就知道可以把变压器安置在远离放大器的地方,结果还是没用,再次出现了讨厌的交流声问题。很难找出交流声是怎么产生的,更难避免出现这种问题。经过测试,我的放大器在没有信号输入时仅有2mV的交流信号幅度,结果我的音箱在如此小的信号电平下依然可以闻到交流声背景。

另一个让我难过的地方是,我已经开始讨厌扩展音箱的体积,制作一个收音头平台的办法,而更喜欢设计一个深度尺寸小一半的系统,保持机箱的深度尺寸不大,就可以靠墙摆放。这样一来,我所有在机箱制作上的努力和耗材就全都白费了!那么现在,我更想利用现有的功放板,稳压板,保护板,制作一套小型的分体系统,这样,原来的DIY机箱必将报废,令人伤痛。

这台收音机就会变成Sony CRF-230的专属配套,不能把它当作通用的收音机底座来使用了。我打算制作一个专用的收音机书桌,用来安放收音机,扬声器,放大器和电源单元,把书桌放在阳台上,挨近天线。这个书桌也可以直接购买产品,或经过改造,只要尺寸合适即可。

*20211222.今天开始了制作我的功放单元,做好了金属机壳,把放大板改小尺寸,并且用25V820u的高速电容取代了原来的电容,并把它们卧装在电路板上,来降低高度,终于把放大板固定在机壳当中了,但是电源板的尺寸却太大,结构也太乱,因为是利用原来的三极管稳压板改装的电源,所以布局比较混乱,于是我又重新设计了印板,重新制作了电源板,大大缩小了尺寸。保护板就直接利用原来的电路板。在电源供电上,我在入口处设立了两个6800u35V的电解,在稳压器的输出端并没有增加电容量。这种布局是要依靠稳压电源的高速度和入口处的大水塘来改善瞬态响应的办法,和过去的在稳压器输出端设置大水塘的方法完全不同。这个独立的功率放大器已经没有任何机会产生交流声干扰了,声底十分宁静,仅有电源进线中混入的微弱脉冲干扰声。在我的试验台上的确有这种干扰,我发现已经有些时日了,它们来自WiFi路由器,关闭路由器干扰就消失了,但在我的屋子另一端,在阳台部位的电源中就没有这种干扰。放大器的效果好极了,在输出40Vpp的大幅度下仍然没有任何失真,频响直逼70KHZ,平坦的曲线几无衰减,效果很棒。接上我的音箱,发现在调节频率时在168HZ附近有一个糟糕的谐振点,声音会出现失真,这是音箱设计的问题,看起来英国的产品也并非完美。

这一次的实践有两个收获。第一个收获是我设计的MOS稳压电源。我使用了超大电流的IRF540和IRF9540作为调整管。这种管子的电流峰值可以达到19A,因此即便是电路出现短路,也不容易烧坏管子,因为变压器和电容器的容量都有限,因此也就可以省略过流保护电路,简化了电路结构。这种电源的性能极好,输出电流很大,可以轻松上到5A-8A,而且控制电流极小,用小功率三极管作电压放大就可以,根本不需要散热,不仅如此,而且电源的输出信号非常纯净,没有任何自激振荡波形,从空载到满载都没有振荡现象,尤其是稳压性能极其优秀!在输出0-2.5A的情况下,输出电压在25.1-24.985V,仅仅降低了15mV。这种电路还有一个优点就是特别容易设计布局,只要一装就能成功,对于工艺和走线没有任何要求,因此可以成为一个经典电路,可以用来取代任何其他形式的稳压电路,可以作为我的经典电路之一。

第二个收获就是我的电桥。当初花费高昂的价格购买的电桥曾经令我后悔,但如今我才发现了它的优点——它可以在不同的频率下测试电容电感的参数。例如,对于电解电容,表面上看有各种各样的结构,电容标注似乎应该是准确的值,但实际上却完全不是这样,结果令我吃惊!比如,在选择放大板的高速电容时,我采用10KHZ的频率作为测试频率,测量了不同类型的电解电容,结果得到的电容量和内阻却差异甚大!比如,同是470u25V的电解电容,在10KHZ高频率下,有的电容量仅有29u,内阻高达340R;而高级电容的容量却在350u,内阻仅有34R;越是高档电容,容量就越大,内阻就越低,而在100HZ的频率下测试,那所有的电容就都差不多了,容量也可以达到标称值。特别是,许多低档的1000u25V电容在高频率下的容量和内阻表现都要比100u25V的高档电容差!甚至可以差好多,那也就意味着,在音响放大器中,使用大容量的低档电容效果肯定会比使用小容量高档次的电容的效果差。

下一个项目就是制作电源箱了。首先一个问题就是我没有足够的金属材料来制作电源箱,更没有足够厚度的铁板来防止变压器的磁场辐射。或许我只能采用非金属材料来制作一个电源箱,用远离的办法来避免变压器对放大器的干扰,避免交流声。

*20211226.终于完成了电源和放大器的设计与制作,并取得了理想的效果,放大器的增益为10倍,需要输入1V的音频信号,最高输出可达40Vpp电压,在8R负载上可以产生200W的峰值功率,而实际上,有10W的功率已经足够了,最大的成功在于,经过改造成分体结构以后,彻底消除了交流声,这一点令我欣喜。

下一步就是要打造接收机了。今天我拆卸了Sony CRF-230收音机,结果令人失望。此机的状态很差,问题是存在的时间过久了,估计有几十年了,所以连电线都老化了,结构污迹斑斑,电路板已经不堪,要想通过小修小补来利用似乎根本不可能,因此我把所有的连接线都剪断了,并逐个拆掉了单元电路板,在这个过程中我一直都在盘算该怎么办?

显然,打造我的收音机的路有几条,情况各不相同,差别很大。以下就几种方案来探讨。

(1完全利用原机的电路板,框架,结构,把它的性能恢复到接近出厂状态,打理每一处,使它们回复性能,工作量也会很大,因为一样需要把短波高频头,调频高频头等全部改造,把不良的器件换掉,还有进行统调。这样做可能也是最容易的办法,毕竟原来的设计都得以保留,结构也不需要重新制作,所需要的仅仅是先调试好所有的单元电路板,再把它们装入主机,最后进行统调即可;这样做的缺点也很明显,不得不恢复所有元器件的性能,会有很多小的繁琐工作要做,能否把整机性能恢复到出厂状态也没有保证;

(2仅仅利用原机的单元组件和电路板,然后自己重新打造一个主机框架,改变结构,紧凑集装所有的电路板,最后连接导线。这个方案能够显著地缩小整机尺寸,可以把刻度盘改成圆形,简化机构,仅仅保持电路板的性能即可;例如,把3个刻度盘都改成圆形,把简单开关都换成现代钮子开关,去除所有和收音无关的东西,简化结构。这种方案一方面保留了索尼电路板的原始性能,而另一方面又可以缩小体积,使结构合理化。

(3仅仅利用电路板上的特别器件,来打造自己的电路板。然后用这些电路板来构成自己DIY的收音机。比如,可以利用原来的多联可变电容器,电感线圈,减速机构,电路板可以DIY,但利用一些原来的关键器件,制作起来会省事不少。

*20211229. CRF-230的基本结构都已经拆解了,目前仅剩下了一个金属骨架,带有拉线和频率刻度盘,按键开关的机械结构以及刻度带盘等机械零件,所有的电子组件都已经拆除了。到此,我的思想进一步陷入斗争,应该怎样决策不能下定决心,因为涉及的事情太过复杂了,几乎理不清头绪。

首先说原设计的弊端,目前已经看得十分明显了,这给彻底恢复原来的产品结构带来不小的障碍。

弊端之一:原来的机架尺寸十分庞大,所有零件都分散的很开,造成机器的尺寸过大,如果要为它打造外壳就需要浪费很多材料,摆放也很占空间,而实际上根本无此必要,现代化的机器都可以被做成更紧凑的体积;

弊端之二:原来的开关质量不高,已经有些损坏,加上年久氧化,清理起来颇费功夫,而且这些开关也很占空间,除了那些不可替换的复杂开关以外,最好使用现代优质开关来取代它们;

弊端之三:原来的刻度盘必须要改写,不仅因为原来的频率刻度必然不准确,而且还会因为我的改造方案已经改变了一些波段的频段,而原来的刻度带都是采用聚乙烯薄膜构成的,只能在它们之上贴纸,实际上很难处理,弄不好效果就会很差;

弊端之四:老旧的元器件质量都不高,根本比不过现代元器件,机器的电路板都采用的是分立器件立式安装构成的,引线较长,工艺混乱,远远不如现代的贴片工艺电路板的效果好,因此,如有可能,最后用现代元器件更换它们,或者干脆重新制作一部份电路板;……

至此,我开始重新考虑我的台式机方案,是要仍然利用原来的骨架来恢复这架CRF-230还是重新考虑别的方案?这个问题极端复杂,需要深入思考,因为一步走错就需要付出高昂的代价,可能会浪费一两年的时间和精力,最后的失败也会打击我的信心。下面我将记录我在几个方面的思考思想。

【1】FM波段怎么做?这架台式收音机是用Audio Monitor Bronze 3的中置扬声器来作放音单元的,因此声音效果非常出色。也就是说这是一架可以作为日用的台式机,那么作为日用机,就必须要有调频电台预存的功能和定时延时功能,这样看,Sony CRF-230的调频高频头就不合格了,它是一个模拟调谐的通道,不能存储电台,因此仅仅适合作为偶尔使用的调频收音机,而不适合作为日用机。按照我自己的设计,也是要把调频通道设计成日用机的模式,而把调幅通道设计成模拟模式,因此,它的FM高频头并不适用。仅仅是它的FM中频通道可以利用。这样,可以利用CRF-230的FM中频盒。高频头部分可以使用DE1103收音机的数字调谐电路,从TA2057N中放IC引出10.7MHZ中频信号给FM中放盒,由于数字调谐的稳定性没有问题,可以省去AFC开关。

这样的方案有个问题,就是如何处理数字频率显示?直接利用原机的LCD数字频率显示,字体非常小,不清晰,安装也不便;省去原机的数字电路,改为电位器存储电台,就无法显示电台的频率,电路也会很复杂,这时利用数字频率计是可以显示频率的,也可以设法加入AFC控制,但总是有些不够先进,引出本振频率还有可能影响接收性能。一个比较理想的办法是设计一套解码电路,把DE1103的LCD动态显示编码改为驱动静态LED的编码,然后直接驱动数字LED来显示频率,这样就可以不改动原机的电路,得到最好的频率稳定度。至于CRF-230的FM中放盒,也是可要可不要的,要看它的性能怎样,当然也可以自己模仿CRF-230的电路,重新DIY一块FM中放板,总而言之,FM通道是很好解决的,无论怎样都不会不成功,最后总有一个圆满的结局。

【2】在主机上并没有功率放大器和喇叭,也没有大功率的电源变压器,这就彻底避免了变压器的干扰和大功率功放的辐射干扰。我仅仅给主机设计了一套高低两段音调控制电路和一个线路放大器和一个耳机放大器,通过线路输出把音频信号送给功率放大器,同时,主机上还安装了录音输出接口。音调电路可以采用双运放构成,安置一个8pin插座,可以实验各种不同的运放,最后选择效果最好的使用。比如,AD712,OP275,AD847,NE5532,LT082等等。耳机放大器采用NE5534推动一对中功率三极管,接成12V电压的OTL电路,可以给耳机输出2.5V的电压。线路放大器可以有10倍的增益,使得线路输出电平可以达到1V,耳机放大器的增益可以设计在5倍。这个方案已经可以确定了;

【3】AM通道是一个模拟通道,我就必须要利用一部分CRF-230的电路和元器件了。中放通道的难点在于通频带的变换。原机的设计使用了复杂的电路来连接陶瓷滤波器,用复杂的开关来转换。这两个开关都做在了AM中放板上,需要通过联动才能用面板开关来控制,非常不方便,也不利于改造机器的结构。而事实上,我现在已经有性能更好的宽带、窄带陶瓷滤波器了,可以省去一大堆复杂的电路,直接使用磁保持继电器来转换,这样就可以方便地控制,可以远程通过简单开关来转换中放的通频带。而且,原来的中放板也完全可以模仿重新DIY,使用贴片器件来缩小尺寸,增加屏蔽盒,改善性能。原来AM中放部分的SSB电路,NAL电路都可以被废除,简化电路的结构。总而言之,AM中放通道还是比较容易制作的,也不会有不成功的结果;

【4】AM高频通道应该怎样解决?CRF-230的AM高频设计是绝无仅有的方案!首先它带有RF调谐放大器,用一个双联空气可变电容器来给高放电路的输入端、输出端来调谐,调谐的频率范围为600KHZ;然后,接收的信号被一个固定频率的本振电路变频,变成1.6-2.2MHZ的一次中频;然后,再设计一个带有调谐高放的收音机来接收这个第一中频信号,经过二次差转变成455KHZ的二次中频信号。可见,每个波段的带宽都是600KHZ,并且第一中频是可变的。这样,整机的统调就有4套回路,统调很容易出现误差,并且需要5联空气可变电容器来作调谐,结构复杂。我也不明白为什么当年索尼的工程师会这样设计,据说他们是仿造了接收机的电路程式来设计的。这种变频方式有较大的缺点,如上所述,结构复杂,需要5联,统调难搞。为了尽可能减少统调的误差,设计者经常采用降低LC回路Q值的办法来解决。降低了Q值,灵敏度也会下降,这是不利点;此外还有一个大问题,就是不宜使用数字频率显示器来指示接收电台的频率。

作为后起之秀的松下公司采用的二次变频方案就不同了。他们设计了固定频率的第二本振和可变频率的第一本振,并且还省略了调谐式高放级,用固定宽带高放来取而代之,结果得到了固定频率的第一中频信号,然后再做第一中放,和固定频率的第二混频。这样也就省去了3联可变电容器,仅用一个双联就能作调谐,而且还可以利用石英晶体振荡器来稳定第二本振的频率。很明显,这种电路的缺点是,选择性不如上一种电路,但是大大简化了电路的结构,也很适合采用数字频率显示器来指示电台频率,可以省去复杂的刻度盘,不仅如此,每个波段的带宽都可以自由设计。

那么在我的方案里,调谐高放是需要的,应该采用方案二,并加上调谐高放级,这样才能保证接收性能,有更好的灵敏度和选择性,这时就需要使用3联可变电容器了。

方案的决定是非常困难的,问题就在于,AM高频电路的制作艰难性,因为,即便不设立22MHZ的国际米段,也会有6MHZ、7.2MHZ、9.7MH、12MHZ、13.6MHZ、15MHZ、18MHZ共7个波段,这是最简化的设计,这就需要21个回路,尽管可以采用并串电容的方法把电感数量减少到9个,但电感仍然很多,取材和制作都十分困难,这是最高难度的DIY;同时,因为需要复杂的转换开关,使用继电器来替代,也需要很多继电器,成本高,体积大,结构复杂,这样的电路如果计划采取DIY方案基本就等于找死,十有八九都会以失败告终!耗费大量的精力和时间。

观察CRF-230的SW高频单元,它是一个完整的金属盒,里面包括了全部电路,并且采用了转鼓开关来作波段转换,原机设计了19个米段,结构非常复杂。如果利用这个组件,就可以避免巨大的制作难度,通过拆除一部分波段来简化电路结构,可以保留9个波段,去掉22MHZ以上的波段;

【5】仅仅利用CR-230的SW高频头组件,并且重新制作一个主机架应该是一个较好的方案,也是我比较倾向的方案。其余的电路可以全部DIY,这样就能保持较高的成功率,得到好的最终效果。

调谐机构可以保持独立的3套,一套是FM数字化预置调谐机构,一套是MW模拟调谐机构,再加上一套SW调谐机构,各自独立,模拟调谐都改成同轴减速器来缩小机构的尺寸,进行紧凑安装。电平表,电位器和所有的开关都可以使用新的器件。我也采用金属机架安装在有机板机壳内部的结构方案,这会给调试维修带来很大的方便性;

【6】关于天线,FM接收采用机顶的V字形拉杆天线,就直接利用CRF-230的相应天线;MW磁棒天线改成可以旋转的结构,安装在机壳的内部或外部机顶,由一个旋钮来控制;SW天线可以安装在机外,带有同轴天线接口,并且还要把控制电路和零件安装在主机内,通过接口来连接外部的环形天线;为了使用的方便,还可以设计一个拉杆天线,用开关来转换,当没有环形天线时也可以使用拉杆天线来接收;整机的尺寸可以适当缩小,并且在制作机壳时要考虑到失败,机壳需要可以适应不同的设计,内部骨架可以任意更改,机壳可以通用,这就避免了因为失败导致的浪费。

*20211230. 目前的决定是利用CRF-230的一部分单元,重新打造属于自己的机架和机壳,然后进行组装。这时给我最明显的感觉,就是拆解旧机器,常会有一无是处的印象,好像利用旧物会有太多的不如意,很多落后的技术和衰老的器件都心有不甘。比如CRF-230的电路板,都是使用老旧的分立器件立式安装的,印刷电路板的质量也不好,器件的引线比较长,每块板子都布满了混乱的连接线,这种感觉是很差的,我根本就不敢保证这样的电路板会有一个好的性能表现。因此我就会想到重新制作这些电路,或者利用现代的产品中的电路来解决问题,即便是DIY的电路板,也可以使用贴片元器件,不仅尺寸很小,而且还避免了引线,大大提高高频稳定性,因此我会感觉自己DIY的电路板都会有更出色的性能。这的确是一个问题。

首先,FM高频头,它是一个独立的金属屏蔽盒,其中带有空气三联可变电容器和波段开关。很显然,我根本不需要它的FM1波段,必须要把这个波段拆除,连同波段开关一起拆除,以便减小电路的杂散电容,改善稳定性,但开关的结构非常复杂,拆解的难度很大,会大大影响电路的杂散电容,因此拆解以后需要重新调整每个回路的频率。由于高频头并不能独立工作,测试频率也非常困难,因此调试工作会很吃力,需要联机以后再做调试。此外,这个高频头的调谐是模拟设计,完全无法保存电台,因此就意味着日常使用的不方便,无法快速转换电台,也不利于设计定时开机功能,在功能上落后于现代收音机。那么,CRF-230的接收性能到底如何?它是否值得牺牲这个预存电台功能?假如它的接收灵敏度还不如DE1103,那还不如直接利用DE1103的调频通道或高频头来构成我的FM接收系统,毕竟DE1103的接收性能已经完全可以实用化了。除非是CRF-230的高频头性能很好,才有必要利用它。

其次,CRF-230的FM IF通道盒。这个电路单元是最容易被利用的,因为它带有金属屏蔽盒自成体系,但是它的唯一问题就是立式安装的器件引线过长,会影响稳定性,至于它的静噪电路完全可以被拆除,以便简化电路。对于这个单元,可以直接利用原来的电路,也可以重新DIY一个新的中放盒,采取双集成电路方案,总而言之,FM IF电路很容易解决。需要考虑一下的问题是,我希望这个电路加入中点调谐指示表,并且还要有AFC输出。

然后是SW高频头,这是最费思考的单元。由于结构的复杂,取材的艰难,这部分电路是最难以制作的部分,因此有必要直接利用CRF-230的SW RF单元。这个单元被安装在异形的金属屏蔽盒中,内部直接带有转鼓式波段开关以及3联加2联空气可变电容器。分析这种低频率本振的二次变频电路,最难搞的就是统调精度问题。如果调整不好,接收性能就会受到极大的影响。而且盒内有19个波段的转鼓开关和电路,我仅仅使用9个,需要拆除10个波段的零件,并把开关限位,操作会很复杂。好在这个高频头可以直接输出455KHZ的中频信号,因此,只要有个中频盒,就能够对高频头进行调试。我想知道的,第一是电路是否完全正常,第二统调误差到底会有多大,第三是接收性能到底怎样?对比DE1103的短波,能胜出多少?如果它存在较大的统调误差,是否有必要增加统调电容器?但无论如何,这个单元是必须要利用的,不能靠DIY来解决这个高频头,自己基本上没有那个能力。

关于AM IF单元,存在较大的疑问。因为原来的电路设计了作用不大的降噪部分,而且改变通频带的方法极其复杂,要通过远程联动来操作两个4X2的开关,实际上完全没有必要,就是因为当时的三端陶瓷滤波器的性能不佳,不得已才采取了外围补偿的办法来改善频响曲线的,而现在的新型三端完全可以直接使用,替换老的器件,这样一来也就没有必要安置那么复杂的转换开关了,如果采用磁保持继电器来转换,对于控制来说无疑是最方便的。如果拆除降噪电路,再把带通转换电路完全改观,这块电路就会被改造的面目全非,还不如直接DIY一块新的电路好,而且,老电路还没有屏蔽罩,因此我的见解是采取DIY的方法,利用原来的中周变压器,用贴片器件制作一块电路板。

关于MW电路板,在原来的板上有LW/MW/SW1三个波段,有双磁棒,带有调谐高放级,由3联可变电容器调谐。除此之外,板上还有音频前置放大器,静噪控制管,这些设计让这块电路板异常混乱!我仅仅需要MW波段,必须要废除LW/SW1波段,因此可以不要波段开关,直接连线,此外,我还不需要音频前级放大电路,这会使电路板变得十分紧凑。这样看来,MW RF板必须要DIY,让尺寸大为缩小。关于磁棒,可以拆除SW1的磁棒,仅保留另一根磁棒,再拆除LW线圈,仅剩下MW线圈。在结构上,我已决定把磁棒天线安装在机顶的天线盒中,用一个旋钮来控制磁棒的旋转。连接的导线需要通过轴孔被引入机内。

还有一块电路需要DIY,那就是音调控制,线路放大器和耳放。这对我来说几乎没有多少难度。

*20220101. 设计到如今,仍有不小的困难和旁思,今天的思想忽然转移到另一种方案,采纳现代方案!

首先,可以设计不大的机壳尺寸,并且可以利用现有的两只CRF-320机器的椭圆扬声器单元,把它们固定在面板的下部,这样,除了电源和短波天线以外,其他的装置都在主机内。在面板的上部可以安装3个波段的控制器件。

调频通道,直接利用DE1103的通道,取单声道输出,有中点调谐指示表,屏弃原来的LCD屏和数字存台设计,改为数模转换式电压合成器存储电台,可以存储16个电台,由LED数码管来显示预存器号码,LED数字频率计来显示接收频率。天线集成在环形天线内,可以在主机控制它的旋转,也可以有数字存储器中的数据来设定天线的位置。

SW通道采用模拟设计,采纳松下二次变频方案,第一本振可变,第二本振由固定频率的石英振荡器提供,由数字LED频率计模块来显示接收频率,使用3联可变电容器来调谐,设有7个短波米段,有Unite调节,带有调谐高放。MW通道有独立的高频头,采用一次变频,也带有Unite调节。

AM IF通道由分立器件构成,带有两级宽窄带控制,由磁保持继电器转换,分别为10KHZ/3.8KHZ. 电路由3级双调中周放大器构成,带有独立的屏蔽盒。

主机内部的放大器可用TDA2003,在14V电压下工作,带有音调控制,耳机放大器独立,可使用PT2038. 由于该机采用了数字频率显示,因此根本没有必要制作刻度盘,只要有减速机构即可。

*20220102. 考虑再三,像这样的机器短波部分必须是模拟原理,数字技术在这里没有半点儿优势,正因为如此,Sony CRF-320完全不如CRF-230的效果好。可以说索尼从CRF-320开始步入数字接收原理,但我相信这种原理不是日本人发明的。这种原理基于不调谐放大,利用高增益的放大器和强控AGC来处理信号,尽管从理论上其灵敏度会和传统的机器一样好,但是噪音问题却几乎无法解决。没有谐振回路必然不能最大程度地放大信号幅度而压缩噪音幅度,因此,从此以后,所有的数字收音机都落入了这个坑。对我来说,我从来也不会模仿数字电路来制作属于自己的机器。

在模拟机器当中,其实是有一些对于DIY来说非常艰难的点,比如高频电路。不管是二次变频还是一次变频,只要带有调谐高放级,电路就必然存在很多的波段,这是为了方便调谐,那么LC回路的数量也就会很多。对于带有高放级的电路来说,波段数乘以3就是LC回路的数量,那么一个带有7个国际米波段的收音机就必须要有21个回路。CRF-230采取了简化方案,它用1/3的L数量来覆盖所有波段,每一个L包含3个波段,这就大大减少了电感的数量,当然,调谐的线性也会变差,电压信号的幅度也会不同,这样替代还是会有一定的损失。

如果是DIY,这些电感是非常难做的,主要是无法保证每个电感都有接近的Q值,这样就很容易出现每个波段的增益差异,尤其是寻找电感线圈的材料更加困难,因为没有导磁率合适的磁芯,也没有合适的骨架和漆包线、银线。因此利用产品就成为一条捷径,免去了大量的制作和调试。从这一点考虑,完全搞自己的DIY并不明智,很容易出现最终失败的结局。

CRF-230的设计并非理想,它采用可变第一中频的方案就需要5联可变电容器,需要调谐高放的两个通道联可以同步调谐;需要第一中频放大器和接收电路可以同步调谐,还需要第二本振的频率跟踪第一中频信号,产生准确的差频,这就出现了多处同步跟踪,如果有哪一处出现失调,接收性能就会大幅度下降!由于每个波段的频段狭窄,因此调谐高放的调谐不会有大的误差,但是第一中频接收机要接收1600-2200KHZ的频段,覆盖系数为1.375,还是不太小,容易出现统调误差。

原机的短波段来时就是彻底损坏的,没有一点儿声音,我估计是供电断路,连噪音都没有,但我并不能确定原SW高频头,MW高频头和AM IF单元电路板是否完好,是否存在元器件老化,损坏或者电路板绝缘度下降的问题,这些都需要通过测试来检验。最坏的情况如果出现,我可以仿照原电路制作自己的电路板来替换之,可以利用原机的电感。

如果统调问题影响明显,可以设法增加统调电容器,这是改善效果的最有效方法。

今天完成了机器的金属框架的制作,利用了铝型材条和3mm厚度铝板,制作的质量非常好,坚固美观。这个框架是可以通用的,如果此机不成,我可以改变设计,执行第二套方案,但仍然利用这个框架以及机壳,这总要比全部重新制作节省很多,工作量也少很多。下一步工作我打算开始恢复FM接收通道,从FM IF盒开始,到FM 高频头,当然,在这之前还要先制作电源板,耳机放大器和音调控制电路。

*20220103.【台式收音机的结构设计思考】

拆卸我过去制作的DIY台式收音机,痛心的感觉油然而生!不知道付出了多少努力,已经制作成功了电源,低放,FM通道,时控等等一系列部分,唯独却在SW通道翻了车,不得不把这个庞大的作品彻底拆除,看着那些精美的制作工艺,回想往昔,百感交集,更让我明白了一个道理,愿望和感情替代不了现实,如果设计思想出了错误,再多的努力也是白费,最后只能留下一个又一个的痛心回忆!

总结这台机器不成功的原因,最关键一个大错误就是在收音机的结构设计上!这台机器是按照事先计划好的方案进行加工的,首先制作了面板,并把所有的面板器件都已组装好,然后才逐步开始一部分一部分地完成其他组成,结果,一旦遇到一个失败的部分,再想改变设计方案就几乎没有可能,不可能重新作面板布局,机壳也已经加工大半,无法改造,投入的成本,时间,精力也就全部都化为乌有,这个教训就是因为方法不对导致的;另一个问题,就是该机的结构方案完全不合理,没有更多地考虑工艺处理问题。机器的大量控制器件都被安装在了机壳的整体面板上,而机器的组件和电路板都在机壳内部,这必然会有大量的连接导线从机内引到面板上,导致混乱不堪,而且从机壳的后方来焊接这些导线也非常困难,随着组件的安装,机壳内部被填满,就无法从后方看到面板后面的情况,无法操作,因此,这种把所有组件逐步安装到一个机壳中的方法必然是行不通的,不仅制作困难,而且维修更难,调试也难,根本不适合收音机的制作。

这个问题我考虑了很久,过去这个问题一直都没有得到圆满解决,就像很多索尼,松下的收音机,维修调试都极其困难,拆开机器系统已经被断开,无法通电工作,在这种情况下,机器只能逐个调好每个单元,然后再进行组装,要想全部装好以后再进行统调势比登天,比如Sony ICF-6800W就属于这样的结构,CRF-320K的结构也好不到哪里。那么对于个人的DIY来说,这样的设计思路必然会导致大量的失败和报废,因为对于高频电路而言,需要进行多次实验,找到最佳方案,很难说像产品那样,甚至连每个器件的数值都可以完全确定下来。因此,一次一次地实验,不断地改变设计就成了业余DIY收音机的必然。在这种情形下,贸然地制作机壳,面板,必然会导致报废的结果,应该考虑一种更好的方案。

这一次的方案我做了改变,把一个金属骨架安装在一个有机板机壳当中,这个骨架上安装着几乎全部的面板器件,包括各种开关,电位器,只有极少数的零件,像电平表,拉杆天线这样的东西才会被安装在机壳上,在控制件和接口的机壳位置开孔,露出它们。而且,机壳制作完成以后先不开孔,直到收音机骨架全部安装调试好了以后,才可以给机壳开孔,也就是说,最后才可以开孔机壳,这就使得辛苦制作的机壳不会被报废,一旦电路不成功,改变了设计,可以重新制作骨架,机壳还是可用。

而机器的骨架设计方案就要优越得多了。这个骨架是由4根铝型材杆固定两块铝合金侧板构成的。这种结构有最大的设计灵活性。在骨架的上下前后全部都是开放的设计,可以根据需要来安装外铝板,也可以不安装外铝板,一切都根据需要来。在骨架上固定小的骨架,就很容易用铝板隔出几个独立的屏蔽空间,机器所有的组件都可以自由布置安装,可变电容器,电位器的位置都可以任意设定,然后通过局部的小金属板来安装,因此组件安装的自由度就特别高,尤其是机器面板的布局可以任意变化,只要改变一下内部支撑板的位置,重新安装即可,因此即便是完全重新设计了另一架机器,也可以方便地进行改装,这个骨架始终都可以使用。

另一个巨大的优点就是此结构的开放性。视线可以从4个方向进入骨架,因此焊接,维修,更换,调试就都会变得简单,尤其是每一个局部都有小金属板,可以从骨架上拆卸这些小板进行调试和维修,甚至更换另一块设计完全不同的组件。此外另一个优点是,中波磁棒天线可以不被屏蔽干扰,不像过去设计的金属机壳收音机,中波段基本都会残废,而如今,磁棒天线可以被安置在骨架上方,并做成旋转式结构。

这样,可以按照骨架-电源组件-耳放及音调-FM通道-SW通道-MW通道这样一部分一部分第组装到骨架上。最后通过调整、修改,直到一切都完成以后,再开始制作机壳,按照骨架上控制件的位置来开孔,完成收音机的制作。在制作的过程当中可以随时改变设计,改变方案,甚至重新设计重新组装,骨架和机壳都可以再用。

20220105. 今天开始了机械结构安装的进程,这个过程将会非常漫长,这也是收音机DIY最艰难的一个步骤。不是专业的设计,总会有一大堆的不合适,尺寸不合适,位置不合适,没有支撑位置,不便于操作的空间,无法加工的死角,无法做后期维修与调试等等数不清的问题需要解决,这些都会耗费大量的时间和精力。毕竟一个产品都是经过千百次的改进,最后使得结构合理化,并在准备器件时就已经做了精确的打孔定位,因此会使得装配变得简单,但是对于DIY来说就不行了。

我的机架有一个整体的面板,尽管这个面板很好看,但是却在装配工艺上制造了困难。因为安装在面板上的器件相互影响,要想单独拆卸一个器件根本不可能,因此也不便于新机器的开发,在某种程度上可以说降低了骨架结构的优势,因此我把背板设计成了多块板,可以分别拆装,以方便制作进程的顺利执行。骨架的顶部和底部,外板仅仅起到屏蔽作用,可以利用超薄铝板,当最后完成机器以后再把它们装上;电位器的轴不够长,并不能在装进外壳以后在外面安装旋钮,因此我打算直接在骨架上安装旋钮,然后在外壳上开打孔,露出它们。

在一瞬间我曾想到用一块时钟模块来控制收音机,起到定时收听和延时自动关机的作用,但又感觉这样设计有些不伦不类,还是省略吧。关于调频天线,它们的安装位置比较艰难,如果安装在机内,就必须要让过FM高频头盒,这样它们就会过于接近MW旋转天线盒了,相互干涉,因此我打算把它们干脆就安装在机外,背板后面,平时可以缩回。

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这是主机的音频通道。由运放OP275构成的两段音调控制电路和由运放NE5534构成的OTL耳机放大器兼线路放大器。电路实验的结果非常理想,3db频响在30-30000HZ,波形毫无失真,噪音极低,静态耗电量35mA,可以输出4Vpp正玄波电压,而且推力也很强悍,以上参数是在推动6欧喇叭的情况下测试的。这个音调控制电路是经过修改的,不像音响电路的设计,特意压低了高频提升量,也适当限制了低频提升量,电位器的中点并非增益的中心位置,这样设计的目的是让它更适合收音机使用。

(注:输出功率管改成了BD139、BD140. 因为它们的Vbeo精确相等;还要把两个与二极管串接的电阻改为47欧。)

*20220216. 今天终于完成了FM通道和控制部分,并全部达到了满意的效果,中间也经过了不少波折!

FM通道的原设计是利用或者复制索尼CRF-230的FM通道部分,改造它的高频头,但测试了该机的FM中放盒,感觉灰心。这部分电路完全没有故障,经过仔细的检查、测试和分析,一切都正常,但性能却不行,要求输入信号达到50dbu才会输出完美无噪音的音频,显得增益不足,另外鉴频电路的频偏动态也比较小,信号的调制度越高,要求输入信号越强,才能得到完美的音频输出,这样的性能甚至不如LA1260中放电路。

下一个原因是,我又开始考虑使用的方便性,对于FM电台来说,是日常收听的节目,需要能够方便快速地调换电台,假如用模拟调谐,那么每次调台都需要认真仔细,又没有频率显示,要依靠信号表才能把电台调准,显得相当费时费力,远不如预置调谐快速方便,这些顾虑让我最终选择放弃利用CRF-230电路的念头,改用车机收音头Mitsumi FAE391A20S。此车机头采用的是特殊集成电路,功能类似于LA1787,属于最先进的大规模单片收音头IC,性能指标优于老式的多片电路。实测FM通道的接收性能全面超越DE1103,选择性更强,灵敏度在频率高段与DE1103相当,中、低段超过,尤其是音质更好,因此最后我决定利用它。

测试此车机头的MW通道,性能也很好,从天线端直接输入信号的灵敏度可达10dbu以下,但接磁棒天线的效果远不如框型天线。此头的MW电路采用了二次变频设计,第一中频10.7MHZ,第二中频455KHZ,要利用LED数字频率显示模块而不能利用SC3610模块,最后我放弃了这个MW通道。

先说控制部分,电源的ON/OFF控制由74HC04的两个反相器构成,开关是一个美国产的中位上下拨动开关,向上是ON,向下是OFF,电路可以自锁,而且还有三极管组成的自动延时OFF电路和二极管组成的定时自动开机电路。门电路的输出端控制MOS管是否导通,这个信号被引出,去控制电源箱的ON端口。

CMOS集成电路4060和4020组成了延时关机控制电路,用旋转开关来直接选择自动关机时间,从3.75min到4h可调。调试时可以测试4020(7)脚的电压,全周期时间应为28.125s。在4060(7)脚连接的LED灯作为延时电路正常工作的指示灯,固定在面板上。

SC3610模块是我们最常用的时钟-频率数显模块,它在3V电压下工作,可以显示4位数字FM/AM频率,固定了10.7MHZ和455KHZ中频。我用的SC3610模块上安装的是44pin集成电路,因此图上标注的引脚都对应这种IC。它的钟控输出信号我采取脉冲式电路来触发电子开关,没有采取直流控制方式,目的是在定时开机以后,可以方便地随时手动关机或者由延时关机电路自动关机。模块上的白色背光灯不需要太大的电流,用1K5限流电阻已经足够亮。需要注意的是,此IC的频率显示灵敏度不高,特别是在高频率下,要保证输入信号的幅度不小于100mV才能稳定地显示频率,否则数字就会乱跳或者不准。由于车机头的OSC输出已经带有跟随器,驱动能力较强,因此可以直接用高频电缆连接两点。这个模块由14500锂电池经过HT7130稳压电路供电,电流仅有几十微安,开机以后三端稳压器78L05通过两个串联的二极管给电池充电,总是保证电池端电压不低于3.8V。

车机头的控制电路本可以利用专门的PLL集成电路,但是我目前手中没有,就干脆自己组建最简单的电路来解决电台的预置问题。我用了一个11档波段开关来预置电台,这其中的(11)档位接了一个20K多圈电位器,作为连续调谐,其他挡位都用20K多圈微调电阻,再加上上分压电阻和下分压电阻,得到合适的VT调谐电压(注意,此处我是按照88-107.1MHZ频率范围作为波段频率的,因为我的地区所有电台的频率都低于107MHZ)。我遇到了三个问题。

第一个问题是如何连接信号表?从道理上说,最理想的信号表是利用AFC电压来控制表头。这个电压在输入0信号或者调准了电台以后,会在(24)脚测试到3.45V的电压,而假如调谐出现偏差,频率调低,电压就会减小,最低降到2.9V;相反,如果频率调高,这个电压就会升高,最高升到4.00V。利用这一特点,让0信号表头刚好指向中点,就能形象地反映出调谐的精确点,效果非常清晰。遗憾我找不到中值电流表,只有普通的电流表,所以放弃了这种方案,改为利用车机头的(21)脚信号表电压输出来作驱动。此端的输入阻抗较高,不变直接驱动电流表,我采取三极管跟随的办法引出信号,连接500uA的微型表头。使用效果非常不错,把本地强台调到满度,调谐时只要把信号调到最大就是精确频点。

第二个问题,此头原设计是没有AFC控制的,因为它要求用PLL电路来控制频率,但我作简单利用就必须要设法增加AFC电路了。从上面的分析可知,(24)脚输出的直流电压和AFC要求的电压刚好反相,不能直接利用,于是我增加了一个三极管反相直流放大器,把这个电压反过来,调节基极电阻,让集电极的0信号电压在4V左右,然后,通过一个33K电阻把这个电压加在VT分压网络的下分压电阻端。我发现,如果直接利用AFC电压,AFC的作用就会过头,根本不能调谐,接收信号会从一个电台跳到另一个电台,总是被强台锁定,无法收到弱台,所以必须要减小AFC电压的效果,于是我在这个电压点和分压器之间增加了33K电阻,当然也可以用15K电阻来适当增强AFC效果。这个AFC电路还是很成功的,调整时要把AFC开关无论在ON位还是OFF位,分压器下端电压都调整到1.33V才正确,这样,AFC开关就不会影响接收频率。

最后一个问题比较棘手!就是电路的热稳定性问题。我发现,此车机头的集成块热度较高。它在8.2V电压下有100mA电流消耗,集成块会很热,如果环境温度超过30度它可能会烫手。刚开机时如果AFC位于ON,接收频率会偏高较多,超出AFC锁定范围,因此有些事先预存的电台频率可能会跑掉!如果增强AFC作用,把跑偏的频率拉回来又会影响连调时的弱信号接收,最后我给车机头上的集成块增加了一个紫铜散热器,并在散热器上固定了一个33欧的热敏电阻,把这个电阻串接到分压网络的上电阻支路中,在冷态电阻值较高,开机以后会拉低频率,随着温度上升,调谐电压的变化就会被热敏电阻阻值的变化补偿回来,最后保持VT始终稳定。实践证明此法有效,效果很好,现在已经过数日的测试,再也没有出现跑台现象。

对比我的DIY收音头和新购进的SAF775E调谐器发现,模拟机的音质还是要优于DSP机器,差别在于声音的清晰度,通透度。DSP机器的声音总是不如模拟机感人,而模拟机接收本地电台时,听音乐几乎和CD机的感觉相仿!这一点已经被证实了。在灵敏度上,两者几乎相同,都收到了不少周边地区的远地电台广播。原来用普通的收音机可以听到16个本地电台的广播,现在却可以收到35个电台,基本无杂音的电台也有29个,效果非常出色!

上面的是完成了左半部的DIY台式机架,完成以后还要加上外壳,面板中间部分的开口用来固定索尼M10录音机,右半部用来安装AM通道,用LED频率数显模块来显示频率。放音扬声器在右侧,利用了猛牌中置音箱,放大器和电源箱都在桌下固定,音响效果真是太好了!中间的单元是DSP收音头,下面的是JRC NRD-93 AM接收机。

Jack                                                                                                                                                                                                           

 
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