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本貼原發在礦壇,未待章節調整妥當便關了門,巧有此處佳地,再發為倖。
LA1600二三事
LA1600是一片高放/變頻/中放/檢波單片集成收音機電路,外圍元件少、搭建簡單,適合做各種接收機實驗用。數年前壇裏流行大餅機時,LA1600的應用就成爲了話題。在此之前,德生剛剛複刻了經典的2P3機殼,這使我對重燃在2P3中應用集成電路的情懷得到了現實的希望和回應。
噪聲的折騰
LA1600已經有很多壇友使用過,各種反應都有,靈敏度不佳和噪聲太大是最多的聲音。爲此做了一個試樣,體驗一下這裏究竟有些什麽貓膩。初步的經驗是,按官方電路和資料製作的機器,縂增益不夠高,底噪確實非常大,特別是900KHz以下的頻段,無台處的噪聲簡直如瀑布決口,幅度直蓋原本可以收到的一百多公里外的弱台信號,這種結果令人難以接受。
從芯片的datasheet中查到,在輸入幅度為23dBµ、調製頻率1KHz、調製度為30%的載波信號時,檢波輸出的幅度為43mV(typ值)。23dBµ是芯片的AGC起控的開始點,這時候的縂增益處於將要壓縮未被壓縮的狀態,因此可以通過計算得到縂增益的典型值。23dBµ的絕對值是14.1254µV,輸出音頻信號0.043V除以調製度0.3得到載波的有效值0.14333V,則縂增益為0.14333V/14.1254µV=10147(倍),合80.1269dB。
試樣機上的測試沒有得到這麽高的效果,大體上是min一欄的水平,強台信號的檢波值都不超過24mV。全部140片芯片,只有一片的檢波輸出在60mV左右,剛剛進入max一欄的視綫(或者說剛剛超過typ),其它的全都處於min之下。算一下min與max之間的差距,竟有10dB的變化。
試樣機:
試樣機的中頻濾波用了四極點中頻濾波器的組合,耦合係數取得比較小,因而插入損耗會比較大,大約在10dB左右,猜測是這個原因導致縂增益進一步變小,得不到足夠的輸出信號幅度。稍後製作的官方版雙調諧機和陶瓷濾波器機,都間接證明了這一點,因爲雙調諧和陶瓷濾波器的插入損耗都比四極點濾波器要小一些,檢波輸出都超過了50mV。
雙調諧機:
陶瓷濾波器機:
然而接收效果的共同缺點都是一樣的,無台處底噪異乎尋常的大。只要做好了統調,整個中波頻段的無台處都是巨大的噪聲,遠地台只能感受到載波的起伏。以我的方位來説,這些遠地台指的是寧波台、舟山台和紹興台,距離都不算太遠,一百多公里而已。
如何消除這麽大噪聲的影響,一時間竟手足無措。一籌莫展之際,看到了某壇友的説法——“(磁棒天綫)次级一般取初级圈数的百分之十五到二十”(http://www.crystalradio.cn/thread-1813257-1-1.html,8樓)。
因爲德生使用的雙聯是CBM223P類型的,高端極密,頻率分佈不均衡,所以我用的雙聯是CBM-203,度盤刻度打算重新繪製。這樣磁棒參數就要改變,適應的數據是316.7µH,初級68匝;15%就是10匝,我用了8匝。
奇怪的是,當時看到壇友那句話時,15%到20%在腦海中竟解讀成了十五分之一到二十分之一。二十分之一的初級匝數不就是3.4匝嗎?原先的次級匝數是8匝,減了3匝,這樣次級就是5匝,擔心接收到的信號會減小。結果大出意外,載波裏的調製信號幅度可以和噪聲拉開了,至少能夠聽見人聲。
又拆去2匝,變成3匝的次級,不但信號强度沒有明顯減弱,反而還能分辨出男女了,甚至一些播報内容也能大致辨別出來,而無台處的噪聲有明顯的降低。
興奮之余,繼續拆到2匝、1.5匝、1匝,内容完全能聽出來了。與之前相比,信號强度稍有降低,但信噪比明顯提高,這真是個不可多得的收穫。
次級拆剩1匝的磁棒天綫:
小小的思考了幾天,想起壇友說的那句話,基本上是按datasheet中的官方數據得出的結論,本來沒有特別之處,但聯想到這就是一個信號源電阻的產生地,這不就是BJT的噪聲電流在作祟嗎?LA1600輸入端的高放級也是個尋常的晶體管,基極的噪聲電流會流過這個源電阻,源電阻越大,噪聲電流在其上產生的噪聲電壓就越高,這可能就是這塊芯片巨大噪聲的來源。
按照官方數據,配合類223P可變電容器的磁棒天綫初級是121匝,次級是30匝。初級電感量為604µH,若以中波頻段的比例中點926.647KHz來計算,感抗為3517Ω,Q0≧120;按經驗係數0.6(以下同)得到的有載Q是72,則諧振阻抗為3517*72=253.2KΩ。折射到次級,其阻抗約為253.2*(30/121)^2≈15.5KΩ。
估計芯片的pin1端BJT的輸入電阻真有這麽高,因爲這類模擬集成電路中使用的晶體管工作電流都相當小,幾十到幾百微安級,官方數據就是用來匹配它的。
再看配合9/340pF可變電容器的磁棒天綫,初級是71匝,次級是10匝。初級電感量為260µH,感抗為1514Ω,Q0≧200,有載Q是120,則諧振阻抗為1514*120=181.655KΩ。折射到次級,其阻抗約為181.655*(10/71)^2≈3.6KΩ。
回到我的情況,配合7/270pF可變電容器的磁棒天綫,初級是68匝,次級是8匝。初級電感量為316.7µH,感抗為1844Ω,在板Q0為234,有載Q是140,則諧振阻抗為1844*140=258.148KΩ。折射到次級,其阻抗約為258.148*(8/68)^2=3.573KΩ。
次級從8匝拆為5匝,阻抗從3,573Ω降爲1396Ω,這使高放級晶體管的噪聲電流在源電阻上產生的噪聲下降了8.16dB,這是可以顯著辨別出來的變化。
繼續從5匝拆到3匝,源阻抗降爲502.6Ω,噪聲電流在源電阻上產生的噪聲又下降了約8.87dB,降噪水平已經達到了17dB,這時候無台處的噪聲,已經接近了尋常收音機無台處的噪聲水平,降噪嘗試基本成功。
還差最後一口氣,繼續拆匝數。在2匝時的降噪幅度,用耳朵收貨已經不易分辨了,而1匝時的信號幅度有明顯降低。從1匝到3匝的阻抗是55.8Ω到500Ω,這意味著最佳的噪聲阻抗就在這一段裏,從現象看,這一段的噪聲主體應是電壓噪聲,電流噪聲已經不可聞。
按照這樣拆次級匝數的方式,信噪比究竟提高了多少呢?由於噪聲電流影響下的噪聲電壓正比於源電阻,而輸出信號電壓正比於匝數比,那麽電流噪聲產生的電壓從3573*In到55.8*In(In為噪聲電流),降落幅度為3573/55=64倍或36.128dB,信號電壓從8匝減到1匝的降落幅度為8倍或18dB,兩者相抵,得到了18dB的信噪比改善。
(順便説明下,上述這種實驗的結果,是在大股數的高Q值調諧回路中達到的,普通0.07mm*28股的利兹綫難以觀察到這種明顯的效果。)
但是信號强度畢竟下降了,所以至少再需要放大8倍才行。因爲要增加一個放大器,複雜度也增加了,所以這個放大器不能白加,放大倍數必須超過8,否則很不划算哦!於是給1匝的次級繞組搭了個共柵放大器,長下面這樣:
這個放大器的電壓增益大約21dB,十倍多一點,聼起來噪聲還是很大。除去原先降低的八倍,實際的增益只有一點二五倍左右,效果極其有限。
(待續)
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