크리스탈·트랜지스터 라디오 회로: 기본 검파기부터 집적 AM/FM 수신기까지

크리스탈 라디오 핵심: 안테나, 접지, 탱크 회로(C1, L1), 피크 검파기, 헤드폰. 안테나가 방송 신호(b) 포착, 회로 통해 접지로 흐름. 탱크 회로(공진 LC 쌍)가 스펙트럼에서 단일 방송국 선택; C1 가변으로 튜닝 가능. 게르마늄 다이오드가 RF 정류해 양의 반주기만 통과, RF 엔벨로프(c) 생성. 필터 커패시터 C2가 남은 RF 성분 제거, 오디오 주파수(d)만 남겨 헤드폰 구동.

크리스탈 라디오는 외부 전원 불필요. 게르마늄 다이오드 선호: 순방향 전압 강하 ~0.2V로 실리콘보다 낮아 약한 신호에 더 민감. 실리콘 다이오드 써도 동작하나 성능 저하.

회로도에 2000Ω 마그네틱 헤드폰 표시됐으나, 세라믹 '크리스탈' 이어폰이 감도 높아 대부분 신호에 권장. 마그네틱 헤드폰은 적절한 오디오 트랜스포머와 저임피던스 이어버드로 대체 가능.

아래는 크리스탈 검파기 대신 트랜지스터 쓴 강화형. 게르마늄 PNP 트랜지스터 바이어스돼 RF 입력 양 반주기만 도통, 내장 증폭 갖춘 검파기 역할. 이 구성으로 2000Ω 헤드폰 직접 구동 가능한 큰 출력. 실리콘 NPN도 베이스 바이어스 저항 조정하면 동작.

현대 저임피던스 이어버드도 오디오 트랜스포머나 적합 증폭기와 매칭하면 기존 2000Ω 헤드폰 대체 가능.

다음 회로도는 크리스탈 검파기에 오디오 증폭 단 추가해 헤드폰 볼륨 더 키움. 원 설계는 게르마늄 다이오드와 트랜지스터 사용; 쇼트키 다이오드로 게르마늄 대체 가능, 실리콘 트랜지스터 쓸 경우 동봉 표대로 베이스 바이어스 저항 수정.

크리스탈 라디오 설계, 단순 1트랜지스터 라디오, 고급 저트랜지스터 구성 등 더 넓은 관점은 아래 예시 참조.

IC AM 라디오는 모든 능동 RF 부품 단일 IC에 통합, 외부 커패시터/인덕터/저항 몇 개만 필요. 370pF 가변 커패시터가 RF 입력 튜닝, 320pF 커패시터가 국부 발진기 455kHz 위 조정. 핀 15에서 믹싱, 합/차 주파수 생성; 455kHz 세라믹 필터가 원하는 차 주파수 선택. 대부분 증폭은 핀 12-7 사이 중간 주파수(IF) 단에서, 핀 7 다이오드 오디오 복조. 자동 이득 제어(AGC) 핀 9에서 유래.

(a) 기계적 RF 튜너/국부 발진기 튜닝을 (b) 전자적 배럭터 다이오드 튜닝으로 대체 가능. 배럭터로 부품 부피 감소; 역바이어스 전압 올리면 용량 감소, 튜닝 주파수 상승. 바이어스 전압은 가변저항으로 생성.

IF 대역통과 필터를 IC 내장하면 외부 IF 트랜스포머/세라믹 필터 제거돼 부품 수 더 감소. RF 입력과 국부 발진기엔 여전히 LC 튜닝 필요, 원하면 다시 배럭터로 대체 가능.

FM 수신엔 NXP TDA7021T IC가 저부품 수 솔루션 제공. 외부 IF 트랜스포머가 RC 필터로 대체; IC가 필요 저항 공급, 커패시터만 외부. 단순 튜닝 회로는 NXP 데이터시트 Figure 5 반영, 더 정교한 튜너는 Figure 8 참조. 스테레오 FM 버전엔 스피커 구동 오디오 증폭기 포함.

이 FM 라디오 제작 취미가용: 56nH 인덕터는 #22 AWG 동선 8회 감아 0.125인치 맨드렐에 감고 0.6인치로 늘림. 미니어처 트리머 커패시터가 튜닝 소자.

아래 회로도는 공통 베이스(CB) RF 증폭기. 바이어스 네트워크 없어 클래스-C 증폭기로 동작, 입력 파형 180° 미만 도통. CB 구성이 고주파 RF에서 공통 이미터보다 높은 전력 이득 제공. 입출력 π-네트워크 매칭으로 50Ω 종단 달성, 고조파 필터링. 현대 방사 방출 표준 충족엔 추가 필터 섹션 필요할 수 있음.

더 높은 이득 CB 증폭기 아래 표시. 1kΩ-4kΩ 분압기, 500Ω 이미터 바이어스 저항으로 클래스 A 동작. 100MHz에서 38dB 이득, 9MHz 대역폭 달성.

공통 이미터 입력단과 공통 베이스 출력단 결합하면 카스코드 증폭기돼 높은 대역폭과 중간 입력 임피던스 모두 확보. 바이어스 네트워크는 BJT 장 4장 상세, 아래 그림 참조.

카스코드 증폭기 시뮬레이션은 BJT 장 '카스코드' 절 참조. 최고 고주파 성능엔 RF/마이크로파 트랜지스터 사용 권장.

PIN 다이오드들이 π-감쇠기 네트워크 구성. 안티-직렬 다이오드가 단일 직렬 다이오드 대비 고조파 왜곡 감소. 고정 1.25V 전원이 병렬 다이오드 순방향 바이어스, DC 전류와 접합 커패시턴스 통한 RF 도통 제공. 제어 전압(Vcontrol) 변화로 저항 조정: 10MHz에서 80dB 감쇠(Vcontrol=0.5V) ~ 5V에서 3dB, 2GHz까지 평탄 응답.

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