猫须晶体收音机检波器是一种用于检测无线电信号的半导体。它是一种古老的技术，用于早期无线电时代的无电源“晶体收音机”设备中。它由一块方铅矿（硫化铅）晶体和一根被称为猫须的弹簧加载线组成。图1和图2提供了大约1950年生产的古董示例的图像。这种设备可能面向热衷于学习无线电和电子知识的年轻人销售。
在这篇历史简介中，我们将使用现代的Digilent Analog Discovery和Digilent晶体管测试仪来探索古董晶体检波器的工作原理。我们还将展示经典的锗1N34A和现代硅1N4148二极管的工作原理。当历史和现代结合时，它们为小信号二极管的工作原理提供了一个窗口。
图 1 ：使用Digilent Analog Discovery和Digilent晶体管测试仪分析的方铅矿猫须检波器的图片。
图 2: 古董晶体收音机检波器的特写图像。猫须（弹簧线）正压在方铅矿晶体上。
什么是 AM 收音机检波器？
在我们的讨论中，检波器是调幅（AM）收音机的核心。根据定义，检波器检测（恢复）由高频空中广播信号携带的音频信号。我们可以将其视为一个整流过程，其中基于二极管的检波器恢复AM广播信号的包络。
更复杂的分析表明，检波操作，也称为外差或混频，几乎可以由任何非线性电子设备执行。混频操作在AM载波和边带之间产生和差信号。原始音频包含在差信号中。和信号通过滤波器去除。
无论如何看待，检波器都是一个非线性设备。它用于从高频AM信号中恢复音频。
术语 “ 非线性 ” 是什么意思？
电子设备的线性度可以通过其欧姆响应来确定。线性设备将严格遵循欧姆定律，电流和电压之间呈线性关系，斜率由设备的电阻决定。根据这个定义，理想的电阻是线性的。二极管和猫须是非线性的。
图3展示了几种二极管（探测器）的非线性特性。每个二极管在电流电压（IV）图上都有独特的特征，电流在纵轴，电压在横轴。基于硅的1N4148在正向偏压达到约0.5 VDC之前不会开始导通。1N34A和方铅矿猫须具有更高的灵敏度，导通开始于约0.2 VDC。
1N4148最能代表非线性行为。我们看到，在施加的电压达到0.5 VDC阈值之前，没有电流流动。一旦超过这个拐点，IV关系就变得线性，反映了二极管的电阻。
总结来说，二极管具有复杂的IV关系。有时它会导通，有时则不会。请注意，图3中的曲线继续向左延伸。这没有显示，因为理想的反向偏置二极管不会导通。
灵敏度
锗二极管和猫须探测器的阈值电压较低。这可能看起来并不重要。然而，我们必须记住，早期的晶体收音机是没有电源的。驱动耳机的电力完全来自长线天线接收的广播能量。0.2 VDC的导通是一个优势，可以让微弱或遥远的电台被听到。
图 3 ：几种二极管的代表性电流电压（IV）曲线，包括1N34A（蓝色）、1N4148（红色）和猫须（紫色）。请注意，锗1N34A和方铅矿探测器在明显低于硅1N4148的电压下导通。
技术提示 ：1N34A因其在晶体收音机中的操作而备受推崇。与方铅矿猫须一样，它对小信号有响应。与猫须不同，它不需要调整。虽然它确实工作得更好，但它确实让这个爱好失去了一些刺激。
当我还是个孩子的时候，1N34A在任何无线电商店都很容易买到。如今，它很难找到；在撰写本文时，NTE产品被列为“交货时间不可用/不允许延期订单”。历史似乎已经像猫须探测器和真空管一样，将锗基半导体抛在了身后。
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方铅矿猫须探测器的不同响应
方铅矿猫须探测器最好被描述为挑剔。如果你回头看图1，你可以看到用户用来移动猫须位置的小手柄。找到猫须的最佳位置需要一定的技巧和耐心。
图4中捕捉了十二次不同的尝试。作为参考，原始的1N4148和1N34A曲线也包括在内。我们可以看到方铅矿探测器并不一致。每次尝试都会产生不同的IV曲线。其中一些曲线可能更敏感，能够检测到那些微弱的AM广播电台。其他尝试则可能无法使用。在离开之前，我们应该认识到，最轻微的碰撞都会改变操作条件。
就像我们说的，挑剔。
图 4 ：这张图显示了方铅矿猫须的十二种不同响应（原始的1N34A和1N4148作为参考显示）。这种变化性同时是早期无线电操作员的自豪、沮丧和惊叹之源。
最后的思考
晶体收音机有着持久的受欢迎程度。在过去的一个世纪里，成千上万的独特设计被引入；有些是简单的纸板管装置，而另一些则是艺术品。
现代工具，如带有附加晶体管测试模块的Digilent Analog Discovery，为晶体收音机的核心带来了新的见解。我们可以看到1N34A的理想性能和方铅矿猫须的潜力。故事很好地包含在各自的IV曲线中。
如今，随着手机和声控收音机的普及，晶体收音机的黄昏已经降临。
还是说，真的如此吗？