收音机的工作原理

用硬币轻敲9伏电池的端子，就可以产生调幅收音机可以接收的无线电波！

无线电可以是难以置信的简单，在本世纪之交，这种简单使得几乎任何人都有可能进行早期实验。它有多简单？下面是一个例子：

您的电池/硬币组合是一个无线电发射器!它没有传输任何有用的东西(只是静态的)，也不会传输很远(只有几英寸，因为它不适合距离)。但如果你用静电敲出莫尔斯电码，你实际上可以用这个粗糙的设备在几英寸内进行交流!

如果你想更精细一点，可以用一个金属锉刀和两根金属丝。将文件手柄连接到9伏电池的一个端子上。将另一根导线连接到另一个端子，然后将导线的自由端沿锉刀上下移动。如果你在黑暗中这样做，你将能够看到非常小的9伏火花沿着文件运行，因为电线的尖端连接和断开与文件的脊。把文件放在调幅收音机附近，你会听到很多静电。

在无线电的早期，发射机被称为火花线圈，他们在更高的电压(例如2万伏特)下创造了连续的火花流。高电压产生了巨大的火花就像你在火花塞，它们可以传播得更远。今天，这样的发射器是非法的，因为它会发送垃圾邮件无线电频谱，但在早期，它工作得很好，非常普遍，因为使用无线电波的人不多。

正如前一节所见，使用静态传输非常容易。然而，今天所有的收音机都在使用连续的正弦波传送信息(音频、视频、数据)。我们今天之所以使用连续的正弦波，是因为有很多不同的人和设备想同时使用无线电波。如果你有办法看到它们，你会发现现在在你周围确实有成千上万种不同的无线电波(以正弦波的形式)——电视广播、AM和FM广播、警用和消防广播，卫星电视传输，手机通话，全球定位系统信号，等等。令人惊讶的是，如今无线电波有如此多的用途无线电频谱是如何工作的得到一个想法）。每个不同的无线电信号使用不同的正弦波频率，它们就是这样被分开的。

任何无线电设置都有两部分:

发射机接收某种信息(可能是某人的声音、照片等)电视机，无线调制解调器的数据或其他），将其编码为正弦波并用无线电波传输。接收器接收无线电波，并根据接收到的正弦波对信息进行解码。发射机和接收机都使用天线辐射并捕捉无线电信号。

一个典型的婴儿监视器，接收器在左边，发射器在右边:发射器放在婴儿的房间里，本质上是一个迷你的“电台”。父母拿着听筒在屋子里走来走去听婴儿说话。典型的传输距离限制在约200英尺(61米)。

A.婴儿监视器就像无线电技术一样简单。有一个发射器放在婴儿的房间里，还有一个接收器，父母用来听婴儿说话。以下是典型婴儿监控器的一些重要特征:

(如果像“调制”和“频率”这样的术语现在没有意义，不要担心——我们稍后会讲到。)

手机也是一种收音机，而且是一种更复杂的设备手机的工作原理详情)。手机包含发射机和接收器，可以同时使用它们，可以理解数百种不同的频率，并可以在频率之间自动切换。以下是典型模拟手机的一些重要特征:

一个典型的手机包含发射机和接收器，它们在不同的频率上同时工作。手机与 手机塔 并且可以传输2或3英里（3-5公里）。

你可以从一块电池和一段电线开始了解无线电发射机是如何工作的。在电磁铁的工作原理，您可以看到，如果将电线连接在电池的两个端子之间，电池会通过电线发送电流（电子流）。移动的电子在导线周围产生磁场，磁场的强度足以影响导线指南针．

假设你拿另一根电线，并把它平行于电池的电线，但距离它几英寸(5厘米)。如果你将一个非常灵敏的电压表连接到电线上，那么将会发生以下情况:每次你连接或断开第一根电线与电池，你将会在第二根电线中感觉到非常小的电压和电流;任何变化的磁场都能在导体中产生电场——这是任何发电机的基本原理。所以:

需要注意的一点是，只有在连接或断开电池时，电子才会在第二根导线中流动。磁场不会导致电子在导线中流动，除非磁场改变．连接和断开电池会改变磁场(连接电池和电线会产生磁场，断开则会减弱磁场)，因此在这两个时刻，电子会在第二根电线中流动。

当你连接电池时，电线中的电压是1.5伏，当你断开它时，电压是零伏。通过快速连接和断开电池，你会产生一个在0到1.5伏特之间波动的方波。

要做一个简单的无线电发射机，你要做的是快速变化电流在电线中。您可以通过快速连接和断开电池来完成此操作，如下所示：

一个更好的方法是在导线中产生不断变化的电流。连续变化波最简单(也是最平滑)的形式是正弦波，如下图所示:

正弦波平滑地波动，例如， 10伏和-10伏。

通过创建正弦波并将其穿过导线，您可以创建一个简单的无线电发射机。只需几个电子元件就可以非常容易地产生正弦波——一个电容器和一个感应器可以产生正弦波，几个晶体管可以将该波放大成一个强大的信号(看到了吗振荡器的工作原理细节,在这里是一个简单的发射机原理图)。通过将信号发送到天线，你可以将正弦波发射到太空中。

如果你有一个正弦波和一个用天线向太空发射正弦波的发射机，你就有了一个无线电台。唯一的问题是正弦波不包含任何信息。你需要调节波以某种方式在上面编码信息。调制正弦波有三种常用方法:

脉冲调制-在PM，你简单地打开和关闭正弦波。这是一种发送莫尔斯电码的简单方法。PM不是很常见，但一个很好的例子是发送信号的无线电系统无线电控制时钟在美国。一个PM发射器能够覆盖整个美国!

调幅-调幅广播电台和电视的画面部分电视信号使用振幅调制来编码信息。在振幅调制中，正弦波的振幅(其峰间电压)发生变化。例如，一个人的声音产生的正弦波被叠加到发射机的正弦波上，以改变其振幅。

频率调制-调频广播电台和数百种其他无线技术（包括音频部分）电视信号，无绳电话，手机等）使用频率调制。FM的优点是它基本上不受静电干扰。在FM中，发射机的正弦波频率根据信息信号变化很小。

一旦你用信息调制了正弦波，你就可以传输信息了!

这是一个真实的例子。当你把汽车上的调幅收音机调到某个电台时，例如调幅拨码是680，发射机的正弦波以68万赫兹的频率发射(正弦波每秒重复68万次)。通过改变发射机正弦波的振幅，DJ的声音被调制到载波上。一个放大器将信号放大到50,000瓦左右的大型调幅站。然后天线将无线电波发射到太空中。

那么，你车上的调幅收音机——一个接收器——是如何接收发射机发送的680000赫兹信号并从中提取信息（DJ的声音）的呢？以下是步骤：

你从扬声器里听到的是DJ的声音！

在调频收音机中，探测器是不同的，但其他一切都是一样的。在调频中，探测器将频率的变化转换成声音，但天线、调谐器和放大器基本相同。

在强调幅信号的情况下，您可以创建一个简单的无线电接收器，只需两个部件和一些电线！过程非常简单--以下是您需要的：

你现在需要找到一个AM无线电台的发射塔(在1英里/1.6公里左右)，并靠近它。你要做的是:

现在，如果你把耳塞塞进耳朵里，你就会听到广播电台的声音——这是最简单的无线电接收器!如果你离空间站很远，这个超级简单的项目就行不通了，但它确实证明了无线电接收器是多么简单。

下面是它的工作原理。你的有线天线可以接收到各种各样的无线电信号，但因为你离一个特定的发射机太近了，所以这并不重要。附近的信号比其他任何东西都要高出数百万倍。因为你离发射机很近，所以天线也接收到很多信号能量--足够开一个耳机了！因此，您不需要调谐器、电池或其他任何东西。如前一节所述，二极管用作AM信号的检测器。尽管没有扩音器，你还是能听到！

Radio Shack出售的水晶无线电工具包(28-178)包含两个额外的部分感应器和一个电容器．这两部分创造了一个调谐器，给无线电额外的范围。看到振荡器的工作原理获取详细信息。

你可能已经注意到，几乎你看到的每一个收音机(比如你的手机，你车里的收音机等)都有一个天线．天线有各种形状和大小，取决于天线试图接收的频率。天线可以是任何东西，从一根又长又硬的电线(就像大多数汽车上的AM/FM无线电天线)到一些奇怪的东西卫星天线．无线电发射机也使用非常高的天线塔来传输信号。

在无线电发射机的天线背后的想法是将无线电波发射到太空中。在接收器中，其想法是尽可能多地接收发射机的功率，并将其提供给调谐器。为卫星在数百万英里之外，美国国家航空航天局使用直径达200英尺（60米）的巨大碟形天线！

最佳无线电天线的大小与天线试图发射或接收的信号的频率有关。这种关系的原因与光的速度，以及电子所能移动的距离。光速是每秒186,000英里(每秒300,000公里)。在下一页，我们将使用这个数字来计算真实天线的大小。

假设您正在尝试为上午680广播站建造一座广播塔。它正在发射频率为680000赫兹的正弦波。在正弦波的一个周期中，发射机将把天线中的电子向一个方向移动，切换并向后拉，切换并向外推，切换并再次向后移动。换句话说，在正弦波的一个周期内，电子将改变方向四次。如果变送器以680000赫兹的频率运行，则表示每个周期在（1/680000）0.00000147秒内完成。其中四分之一是0.0000003675秒。以光速，电子可以在0.0000003675秒内移动0.0684英里（0.11公里）。这意味着发射机在680000赫兹的最佳天线尺寸约为361英尺（110米）。所以AM电台需要非常高的塔楼。另一方面，对于工作在900000000（900 MHz）的手机，最佳天线尺寸约为8.3厘米或3英寸。这就是为什么手机可以有这么短的天线。

你可能已经注意到，你车上的调幅收音机天线没有300英尺长——只有几英尺长。如果你把天线调长，接收效果会更好，但是调幅电台在城市里非常强大，所以你的天线是否是最佳长度并不重要。

你可能想知道，为什么当无线电发射机发射某种东西时，无线电波想要以光速从天线传播出去。为什么无线电波可以传播数百万英里?为什么天线周围不是有一个磁场，就像你看到的连接在电池上的电线一样?一个简单的思考方法是:当电流进入天线时，它确实会在天线周围产生磁场。我们也看到磁场会在靠近发射机的另一根导线中产生电场(电压和电流)。事实证明，在太空中，天线产生的磁场会在太空中产生电场。这个电场又在空间中产生另一个磁场，磁场又产生另一个电场，电场又产生另一个磁场，以此类推。这些电场和磁场(电磁场)在空间中以光速相互感应，远离天线向外传播。

有关收音机和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

原版：2000年12月7日