收音机的工作原理
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收音机是接收无线电广播发送的信号,并将其还原成声音的机器,根据无线电广播的种类不同,即调幅广播(AM)和调频广播(FM),接收信号的收音机的种类亦不同,即调频收音机和调幅收音机。
有的接收音机既能接收调幅广播,又能接收调频广播,称为调幅调频收音机。
调幅收音机的基本功能就是把空中的无线电波转变成高频电信号,这一功能由接收天线来实现。然后解频,即把调制在高频载波上的音频信号从已调幅高频信号上卸下来,亦常称检波,实现这一功能的电路叫检波器。最后,用检波出来的音频信号来推动扬声器或耳机,即声音恢复。
收音机的分类方法很多,依其电路程式可分为直接检波式,高放式和超外差式。以通道分,有单通道调幅收音机和立体声调幅收音机。
直接检波式和高放式收音机因其灵敏度低,音质差,已基本不再生产和使用,现在用的调幅收音机基本上都是超外差式。故这儿只介绍超外差式调幅收音机的结构和原理。
(1)超外差式收音机的结构
超外差式收音机的结构框图如图1示:
图 1
超外差式收音机机主要由输入调谐电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低放、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
(2)工作原理
由输入电路,即选择电路,或称调谐电路把空中许多无线广播电台发出的信号选择其中的一个,送给变频级中的混频电路。
混频将输入电路送来的已调幅调信号变为中频调幅信号,而他们所携带的信号是不变的,即调幅信号的频率变为中频,但其幅值变化规律不改变。不管输入的高频信号的频率如何,混频后的频率是固定的,我国规定为465千赫。
中放将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来,送给前置低放。
前置低放将检波出来的音频信号进行电压放大。再由功放将音频信号放大,放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平,扬声器或耳机将音频信号转变为声音。
3、超外差式晶体管收音机工作原理分析:
八管超外差式晶体管收音机原理图见附图1。
(1)输入调谐回路
输入调谐回路也称为天线输入回路,T1是中波段输入调谐回路高频变压器,高频变压器分初级线圈和次级线圈,均绕在磁棒上,C1.1是双连可变电容器的调谐连,C1.2是补偿电容,补偿电容采用小型半可变电容器,调整其电容量,可以使输入回路和振荡回路的高端频率同步,从而提高频率高端的灵敏度。
C1.1与T1的初级线圈组成串联谐振回路,C1.1的容量从大到小,可使谐振频率从最低的535千赫到最高的1605千赫范围内连续变化。当外来信号的某一电台频率的信号与谐振频率一致时,调谐电路发生谐振,这时T1初级线圈两端某一电台频率的信号电压最高,并同时衰减了其他频率信号,达到了选台的目的。
T1的初级还与次级线圈组成高频变压器,将调谐电路选出的信号电压,通过次级耦合到下一级。
(2)变频级电路
变频级的任务是把调谐回路选出来的某种频率的高频信号转变为一个固定的465千赫中频信号,然后把载有音频信号的465千赫中频信号耦合到中放级。为完成变频级的任务,变频级电路必须具备两部分电路:
本机振荡电路;
混频电路。
用一只晶体管完成本机振荡和混频两个任务的电路称为变频电路。外来的高频调幅信号经T1次级线圈耦合到V1管的基极和发射极回路中,而从集电极和发射极回路输出。本机振荡回路的高频信号加在V1管的发射极和基极回路中,而从集电极和基极回路输出。结果,在V1管的集电极电流中包含外来信号和本机振荡两种频率。当这两种不同频率的信号在同一时刻从基极和发射极进入三极管的输入回路以后,就会在集电极中输出f振、f振+f外、f振-f外、f外-f振 、f外……等多种频率的混合信号。 其中f振 -f外 =465千赫,正是中放级所需要的中频信号。
为了选择出465千赫的中频信号,并同时衰减集电极的其他频率信号,在集电极回路中并联了由第一中频变压器T3的初级线圈和电容组成的谐振电路,电路谐振于465千赫,此时,中频变压器初级线圈两端阻抗很大,使集电极输出的465千赫的电流转换成很高的谐振电压,耦合到T3的次级。对于其他频率,由于他们的谐振阻抗极低,几乎没有电压耦合到次级,达到了选频的目的。
(3)中频放大电路
采用两级单调谐中频放大电路,V3是第一级中放管,V4是第二级中放管,两管组成两级共发射极放大电路。放大465千赫的中频信号。T3是第一中频变压器,通常称为中周,T4、T5分别为第二中周和第三中周。上述三个中周的作用有四点:
a、中周内的线圈初级与电容组成谐振回路,选择465千赫的中频信号,并衰其他频率的信号;b、隔直流,使各级晶体管的静态工作点独立;c、转换阻抗,在前后级的输出与输入回路之间进行阻抗匹配;d、传递中频信号。
每一级的中周的参数和性能有所不同:第一级中周主要考虑选择性;第二级中周兼顾通频带的宽度和选择性;第三级中周兼顾通频带的宽度和增益。并且各中周的变压比、抽头数不一样。
中频信号在中频级经过两次放大,并经过四个中频谐振回路的选择。可以说,超外差式晶体管收音机整机的灵敏度和选择性决定于中频级。
(4)检波级电路
检波级的任务是把所需要的低频信号从中频信号中取出来,并耦合到低频放大级去。V5三极管作为二极管用,R9为检波滤波电阻,C9、C6为检波滤波电容,RP为音量电位器,R6是自动增益控制电路中的滤波电阻。
中放级输出的465千赫的中频信号,经T5耦合到V5,由于二极管的单相导电性,把中频信号负半波去掉,变成正半周的中频脉动直流信号。实验证明,中频脉动直流信号中包括如下三种成分:中频等幅成分、音频成分、直流成分。
C8、C9和R9组成的π型滤波电路。由于C8、C9对中频的容抗很小,对音频的容抗较大,对直流的容抗无限大,同时,R9对中频、音频、直流成分的分压一视同仁。因此经过π型滤波后,中频成分被虑掉,大部分的音频信号加在电位器RP上,形成音频电压,经C12耦合到低频放大级。
(5)自动增益控制电路(AGC电路):
自动增益控制电路(简称AGC电路)的作用是为了使收音机在接收强弱不同的信号时都能收听到同样的音量,即使信号的强弱变化较大,也能大体维持一定音量不变。
自动增益控制的工作原理是利用了检波输出的音频脉动直流成分通过电阻R6控制V3发射结正向电压的大小,从而改变V3的增益,AGC电路实际上上起了一种负反馈的作用(电压并联负反馈)。
(6)低频放大电路:
低频放大电路是V6、V7管等元件组成两级共发射极放大电路,检波器负载RP取得的音频信号电压经C12耦合到V4管的基极,放大后从集电极输出,经C13耦合到V7管的基极。功率放大器的输入变压器T6的初级是V7管的集电极负载。
(7)推挽功率放大电路:
功率放大的主要任务是将末前级送来的音频交流信号放大到足够大的功率输出,从而推动喇叭发音。电路中V9、V10两只低频功率三极管与输入输出变压器组成推挽功率放大电路。对于NPN型晶体管V9、V10来说,推挽放大就是轮流地分别放大T6次级输出正半周信号。由于输出变压器T7初级两端反相,因而T7次级得到一个完整的音频信号。R16是两管的上偏流电阻,V8是两管的下偏流二极管,上述器件给两功放管提供偏置。C15、C14分别为V10、V9的负反馈电容,可以减少啸叫和噪音,改善音质。
4、调频收音机的构成和工作原理
调频收音机的最基本功能和调幅式收音机较相似。在调频式收音机中解调功能由鉴频器(也叫频率解调器或频率检波器)来完成,是将调频信号频率的变化还原为音频信号,其它功能的电路和调幅收音机中的一样。
调频收音机依电路程式来分,可分为直接放大和超外差式两种;依接收信号和种类来分,有单声道调频收音机和调频立体声收音机(见图2、图3)。
图2
图3
单声道调频收音机由输入电路、高频放大电路、混频电路、中频放大电路、鉴频器、低频放大电路和喇叭或耳机组成。调频立体声收音机的结构和单声道调频收音机结构的区别就在于鉴频器后加一个立体声解调器,分出两个音频通道,来推动两个喇叭,形成立体声音。
调频收音机电路比调幅收音机电路多出一个高频放大电路,其功能是将输入电路送来的信号放大到混频所需要的大小。
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电路识图46-从装配收音机学习电子技术
如果能真正意义上装配一个分立元器件收音机,那么动手能力将会迅速提高,关键是要认真、真正的装配收音机,通过这一装配活动真正学习动手技能。
不要小看收音机,收音机涉及的电子电路面比较广,学好收音机电路工作原理可以掌握下列一些电子电路的工作原理。
1、可以掌握基本的电子元器件知识,包括外形识别,电路图形符号识别,重要特征性,检测方法等。
2、可以掌握常用电子元器件的典型应用电路。
3、可以掌握常用的串联电路、并联电路、分压电路等电路工作原理。
4、可以掌握LC谐振电路工作原理,例如收音机的输入调谐电路就是使用了LC串联谐振电路,选频放大器中也使用了LC并联谐振电路。
5、可以掌握放大器电路工作原理,包括直流电路和交流电路。收音机中的中频放大器、音频功率放大器都采用了放大电路。
6、可以掌握振荡器电路工作原理。例如,收音机中的本机振荡器就是一种正弦振荡器电路。
7、可以掌握检波工作原理,例如调幅收音机中的检波电路。
8、在掌握了收音机整机电路工作原理之后,学习电视机等整机电路工作原理就会简单得多(电视机中的许多单元电路工作原理与收音机电路基本相同),为日后学习其他电子电器整机电路的工作原理打下扎实的基础。
通过收音机装配和电路故障检修,可以学习下列动手技能。
1、掌握焊接技术,电子技术所需要的动手能力有了一定水平的提高。
2、掌握万用表的电阻档、直流电压档、直流电流档、交流电压档的操作方法,并学会使用万用表检修电子电路的常见故障。
3、初步具备电路故障的逻辑分析和推理能力,学会从故障现象分析故障原因的方法。
无线电收音机电路原理分析
收音机分为调幅式和调频式两种,由于调幅式超外差式晶体管收音机具有灵敏度高、选择性好、音质好、价格低廉等优点,而且收音机套件在全国各地电子市场都有销售,因而受到广大消费者欢迎。
下面以六管超外差收音机为例,介绍它的结构、工作原理、安装与调试。
一、六管超外差式晶体管收音机的组成结构
六管超外差式晶体管收音机的组成框图见下图。该收音机主要由天线调谐输入回路、变频级(包括混频器和本机振荡器)、中频放大器、检波级、低频前置放大级、音频功率放大级和扬声器组成。
天线调谐回路接收广播电台发射的高频信号,送入变频级,变频级中本机振荡器产生的振荡信号的频率比输入高频信号高465KHz,这两个信号同时送入混频器进行混频,产生一系列新的频率信号,这些信号经过混频器输出端的调谐回路选择后,只允许差频信号465KHz通过。这样,任意一个广播电台的信号经过变频级后总是固定的频率465KHz。这个固定的中频信号再经过中频放大器放大到一定程度后,送入检波级检出音频信号,在经过低频前置放大器和低频功率放大器放大,推动扬声器发出声音。
二、六管超外差式晶体管收音机的工作原理
下图为六管超外差式晶体管收音机的电路原理图,电路原理分析如下:
1、天线调谐输入回路
广播电台发射的高频调幅波信号,经磁性天线L1,C1,C2a。调谐回路选择后,通过L1,L2耦合,送到变频级中VT1的基极。
2、混频和本级振荡电路
由本机振荡电路和混频器组成的电路又称变频级,晶体管VT1兼做振荡和混频器。振荡回路由VT1,L3,C5,C2b,C4,L4组成。它能产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅振荡信号。C2为基极旁路电容,C3为耦合电容,使本机振荡信号从L4中间抽头经C3耦合到CT1的发射极,形成正反馈,再经VT1放大后从集电极输出至振荡谐振回路,从而产生本机振荡信号。电台信号和本机振荡信号在VT1中混合。由于晶体管的非线性作用,将产生多种频率的信号,其中有一种是本机振荡频率和电台频率相差465KHz的中频信号。因中频变压器T3的谐振频率为465KHz,所以只有465KHz的中频信号才能在这个并联谐振回路产生电压降,而其他频率信号几乎被短路。在调谐(调台)时,C2a,C2b采用同轴的双联可变电容器,以便本机振荡频率和输入回路的谐振频率同时改变,并始终比输入回路谐振频率高465KHz。这需要仔细地进行统调。
3、中频放大级
中频放大级一般由两级组成。VT2和VT3做中频放大,中放回路的中频变压器T4,T5谐振在465KHz,由于有两级中放,所以有较好的灵敏度与选择性。图中C9,C13为中和电容。用它来消除中频放大电路中的寄生振荡。有的收音机电路中不接中和电容。当出现寄生振荡时,可用1~3pF的电容器接在中放管基极和中周一次线圈下端来消除。如手头无1~3pF的电容器,可用两段绝缘细导线拧好代替电容。
4、检波级
检波级由二极管VD,C16和电位器RP等组成,其作用是从调幅波中检出音频信号。
5、低频前置放大级
低频前置放大级由VT4组成,起电压放大作用,为低频功率放大级提供具有一定输出功率的音频型号。为了获得较大的功率增益,这部分电路的输出采用变压器耦合,同时为了适应推挽功率级的需要,变压器T6的二次侧有中心抽头,把本机的输出信号对中心头分成大小相等,相位相反的两个信号,分别推动推挽管VT5,VT6工作。
6、低频功率放大级
T6,T7,VT5,VT6组成变压器耦合推挽功率放大电路,VT5,VT6分别放大音频信号的半个周期,即一管导通,另一管截止交替工作,而输出变压器T7通过一、二次侧耦合在扬声器上就得到完整的音频信号。
为避免接受强弱信号存在差异,上图所示收音机电路中采用了自动增益控制电路(AGC电路)。它是由C7,R9组成的直流负反馈电路,检波后的音频信号的一部分,通过R9送回到VT2基极,由于C7对交流信号(音频信号)相当于短路,其直流成分送到VT2的基极,当收到较强的电台信号时,检波输出的音频信号增大,使VT2基极电位升高,集电极电压下降,使VT2增益降低(这个控制电压极性与VT2基极原有的偏置电压反相),从而保持检波输出信号大小基本不变,这样就达到了自动增益控制的目的。
上图中R14,C19为去耦滤波电路。低频功率放大级消耗功率较大,瞬时电流大,易对前面供电电压造成波动,尤其当电池陈旧、电压下降、内阻增大时,对前级影响更大。若不加此电路会产生低频自激振荡,产生汽船般“卟卟”声振荡,使收音机无法正常工作。加入此电路后,可消除低频自激振荡。
R10为负反馈电阻,构成级间电压并联负反馈电路,以改善收音机稳定性。由于变压器同名端的作用,R10在输出变压器二次绕组端子接错时,会形成正反馈,因此将产生自激振荡,这时只要把R10从变压器一端接到另一端即可。
中频变压器也称中周,它是中频放大级的耦合器件,普通使用的是单调谐封闭磁芯型结构,它的一、而绕组同绕在一个磁芯上,外面套着一个磁帽。最外层还有一铁外壳,既做紧固又做屏蔽之用。靠调节磁帽和磁芯的间隙来调节线圈的电感量。
本机振荡线圈也多做成和中频变压器一样的外形,与中周配合使用。也有只绕在骨架上而没有铁壳的振荡线圈,购买时要注意所需配用的可变电容器是否合适。
电路的有关元器件参数见下表所示。
三、超外差式晶体管收音机的安装焊接技术
收音机性能的好坏,不仅取决于电路原理的设计,还与元器件质量、整机布局、安装调试的工艺水平等直接相关。因此在装配过程中应注意以下几点。
1、装配前,应先对照元器件清单对所供元器件、紧固件等进行核对;对电阻、电容、天线线圈、中频变压器、晶体管等要用万用表逐一检测其好坏;晶体管最好用晶体管特性图示仪观察其特性曲线,测量放大倍数值及穿透电流大小,一般要求高频管穿透电流小于50微安,为使收音机噪声低,且工作状态相对稳定,原则上选穿透电流最小的高频管做变频级,穿透电流最小的低频管用在低频功放第一级。为保证收音机有足够的灵敏度和音频输出功率,各级放大器的放大倍数选择要适宜。
2、装配顺序以从后到前为宜,即先装低频功率放大级、再装低频前置放大级、接着装检波级、中频放大级、最后装变频级。
3、安装过程中,要根据印制电路板上每个元器件的空间位置,对元器件整型。焊接时每个元器件的焊接时间不宜过长,焊锡不要过多,以免烫坏元器件或发生短路。不要在整机通电时焊接,焊接前必须先对元器件进行去氧化膜搪锡处理,以免虚焊或脱焊。
四、收音机的调试技术
犹豫新装配的收音机,其各种元器件的参数误差和线路分布电容的影响,往往会使晶体管偏置电流失常和调谐回路严重失谐,使收音机不能正常工作或完全不能工作。因此,收音机装配好后,要进行仔细的电路调试,才能达到预定的性能指标,以获得良好的收音效果。调试步骤如下:
1、检查元器件
收音机元器件焊接完后,应对照电路图按顺序检查一遍,如检查每个元器件的规格型号、参数、安装位置、引脚接线是否正确;中频变压器的安装次序和一、二次绕组的接线位置是否正确;每一个焊点是否有漏焊、虚焊和搭锡短路现象,线头和焊锡等杂物是否残留在印制电路板上;分段绕制的磁性天线线圈的安装方向是否正确。
2、测量
用万用表Rx100档测量整机电阻,阻值应大于500欧姆,如阻值较小,应检查电路是否短路,晶体管电极是否接错,元器件间有无短路、短路情况,阻容元件是否合格。
3、调整各级晶体管的静态工作点
以上步骤均完成后,便可接通电源,调整各级晶体管的静态工作点。
1)测量电源电压,应在5.8~6V之间。
2)将双联可变电容器全部旋入或旋出,找一个没有电台的位置,此时扬声器应无声。
3)静态工作点的调整,应有末级开始,逐渐向前推进。防止前级有信号输入,使后级处于工作状态,误将动态电流认为是静态电流。
4)暂用一个电位器和一个保护电阻串联,代替所要调整的偏流电阻。保护电阻的阻值。通常取原电路图上给出参考偏流电阻值的一半;电位器的阻值,通常取原电路图给出的偏流电阻阻值的1~2倍。如果没有电位器,也可以用不同阻值的电阻分别接入电路调整工作点。但要注意,每次换接电阻时,必须切断电源,以免偶然短路,烧坏晶体管。
5)将集电极电路的印制导线切开一点,串入毫安表,调节电位器,使集电极电流达到要求数值。然后将电位器及保护电阻焊下来,换上等效电阻,再检查一下集电极电流是否合适。如与要求值相差不多,就可以将测试点用锡封死,进行下一级的调整。
6)也可以采用调节偏流电阻,测量发射极电阻上的电压,再计算静态工作电流的方法调整。此种方法虽然容易产生误差,但要比直接测量集电极电流方便。这种方法常在检查电路、核对静态工作电流时应用。
4、调整中频频率
中频变压器安装以后是需要调整的,这是因为它所并联的电容器的容量总有误差,底板的布线间也存在有大小不等的分布电容,这些因素会使中频变压器失谐。
1)将信号发生器的频率调整在465KHz,使它发生调幅信号。将信号发生器的输出线套在收音机的磁性天线上,或将收音机靠近信号发生器。将双联可变电容器全部旋入,音量控制电位器开到最大,此时收音机应能收到信号发生器发出的调幅信号。如果收不到,可将信号发生器的输出线串联一个0.01微法的电容器,接到调谐输入回路可变电容器的定片上。
2)在收音机收到的信号中,如混有电台的广播声,可用一根导线,将双联可变电容器的振荡连短路。
3)将万用表置于50mA或100mA档,串接在末级功率放大管的集电极回路中,通过观察动态电流的变化来判断中频变压器是否调准。
4)中频变压器的调整顺序是由后到前,先调第三级再调第二级,最后调第一级。
5)调整中频变压器,使扬声器输出信号最强,电流表的读数最大。然后再调整信号发生器,使输出的中频信号减弱,以收音机刚收到信号为度。
6)再次调整各级中频变压器,使输出信号最大。在调整过程中,要随时减弱输入的中频信号强度,使收音机工作在小信号状态,以免自动增益控制电路起作用,影响对调谐点的判断。经过反复调整使各级中频变压器都调谐在中频频率上。
7)在调整过程中,如果产生自激振荡(有尖叫声或嘟嘟声),则应先设法排除故障,然后再进一步调整。
8)如果没有信号发生器,可以利用一台成品收音机,从收音机的检波器输入处引出中频信号,用1米长的双股塑料线就爱那个信号耦合到待调整的收音机中,调整产品收音机,使它收到一个电台的广播信号,利用它做信号源,调整待调收音机的中频频率。方法与采用信号发生器时相同。
9)调整中频变压器磁芯要用无感工具,避免调解时产生感应现象,影响变压器的磁力线分布。调整磁芯时,不要用力过猛,以防止将磁芯调碎。
5、调整频率范围
收音机的中波段频率范围是535~1605KHz,为满足频率覆盖,收音机的实际频率范围一般调在525~1640KHz。调整频率范围也叫对刻度,它是靠调整本机振荡频率来实现的。具体步骤如下:
1)调信号发生器,输出525KHz调幅信号,并将其输出端靠近收音机的磁性天线。
2)将双联可变电容器全部旋入,调节指针对准525KHz刻度,并调节振荡线圈磁芯,使收音机收到此信号。
3)调整信号发生器频率为1640KHz,将双联可变电容器全部旋出,调节指针对准1640KHz刻度,调整补偿电容使收音机收到此信号为止。
4)按上述步骤再复调一次,即调整完毕。
若没有信号发生器,可以按照下述方法进行
1)将双联可变电容器调到最低端,调节指针对准最低刻度,找一个熟悉的低端电台,如640KHz的中央电台;将双联可变电容器旋出1/5,调节中频振荡线圈磁芯,使收音机受到这一电台广播。
2)再找一个熟悉的高端电台,如1350KHz的南阳台(双联可变电容器的极片旋出4/5时),调节中频振荡回路的补偿电容,使收音机受到这一电台广播。
3)最后再复调一遍即可。
6、统调
影响收音机灵敏度和选择性的一个重要原因是:输入调谐回路与本机振荡回路谐振频率之差不是在整个频段内都为465KHz。为解决这个问题,必须调整输入调谐回路的谐振频率,使两者频率差始终等于465KHz,这一调整过程叫做统调。统调是在频率低、中、高3端各取一个频率,如600KHz,1000KHz,1500KHz,进行调整,也叫三点统调。具体方法如下:
1)调整信号发生器,输出600KHz频率信号,调节可变电容器,使收音机收到此信号,然后移动调谐线圈在磁棒上的位置,使收音机输出最大。
2)调整信号发生器,输出1500KHz信号,调整可变电容器使收音机受到这一信号,然后调节输入回路的微调可变电容,使收音机输出最大。
3)按上述方法再复调一次即可。
4)如果没有信号发生器,可利用640KHz,1370KHz附近的电台信号校准。调整方法与上相同。
5)检查三点统调中间一点是否在1000KHz左右,将信号发生器调至1000KHz,旋转并在天线连上的半可变电容器C1,若电容在原来位置上声音最响说明三点统调正确,若要加大C1才能使声音达到最大,则应加大串接在振荡线圈上的电容C5,并重新统调,若要减小C1才能使声音最大,应减小C3,并重新统调。反复按照上述步骤操作,直到满足要求。若无信号发生器,可调至980khz或1020KHz电台,按前述步骤进行统调。
7、试听
收音机调整好以后,就可以进行试听了,试听时可以通过与成品收音机对比,检验它的灵敏度,选择性等各项指标。
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半导体的工作原理是可以通过改变其局部的杂质浓度来形成一些器件结构,这些器件结构对电路具有一定控制作用,比如二极管的单向导电,比如晶体管的放大作用,这是...
半导体储存器的工作原理?
半导体存储器是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。按其功能可分为:随机存取存储器(简称RAM)和...
怎样制作简易收音机?
最简单的收音机:架设一个天线,再埋一棵地线,天线和地线之间接上检波二极管,把耳机并接在二极管上,就可以收听广播了。首先要找到好的矿石晶体,黄铁矿,闪...