航太六人小隊（AA)

展演模組名稱(實驗名稱)：收音機式特雷門琴

團隊成員：林詮甫、蔡孟宗、水修澤、陳子彤、林義唐、張智鈞

班級：航太系 一

普通物理授課老師：張景皓

儀器說明

1. 任意三台超外差式 AM 收音機（基本上目前市面上的 AM 收音機都是超外差式）

2. 電線 1 條

3. 黏性黏土少許

展演流程

實驗演示影片照片

現象

手離電線遠，聲音較低；手離電線進，聲音較高。

原理說明

⚫ 何謂特雷門琴

我們先介紹什麼是特雷門琴：特雷門琴由兩根天線構成，一個是長直金屬桿，一個是環狀的水平金屬圈， 垂直桿控制音頻率高低，水平環狀圈控制音量大小。原理是利用手與天線構造的距離遠近，改變其電容之大小，而影響其振盪迴路之振盪頻率。

現在我們來看看收音機式特雷門琴，首先，我們要知道一個原理叫做 heterodyne principle，這個原理簡單來說就是，當我們在混合兩個頻率為 f1、f2 的訊號或波時，會產生兩個新的訊號或波頻率分別為|f1-f2|和|f1+f2|。

再來我們來看看收音機的運作原理：

上圖是一個基本的外差式收音機構造圖，外差式收音機，有別於傳統古早的直放 式收音機，多了內部震盪器和 IF 迴路，可使收音機對於 AM 調幅更為靈敏，有較佳的 收訊效果，當高頻訊號從塔台發布後，由天線接收指定的訊號後過濾及放大訊號，（而 指定的訊號由一可變電容決定），再和內部震盪器混合成 IF 中頻，且每台收音機內的 中頻頻率是固定的，通常是 455kHz，之後再經由解調器將其轉換成低頻音訊並外放。

⚫ 特雷門琴運用的普物知識：

Chapter17.1－Analysis Model：Waves in Interference

Chapter25－Capacitance

Chapter31－Inductance

《PHYSICS FOR SCIENTISTS AND ENGINEERS,Tenth Edition》

⚫ 如何實現以收音機作為特雷門琴：

準備三台 AM 收音機，兩台調至 1145kHz，一台調至 1600kHz。

接下來把其中一台調至 1145kHz 的收音機拆開，找到其內部的可變電容，如下圖所示。

這時將收音機打開，音量調到最大並以導電體觸碰圖中的四個黃色圓圈，其中有一個黃色圓圈被導電體碰到後喇叭會變得很安靜，這就是這個可變電容的其中一極，將電線以黏土固定黏上即可。

再來將三台收音機都打開，經過仔細地調整後即完成收音機特雷門琴。

⚫ 特雷門琴的原理：

這組三收音機特雷門琴有三種收音機：

一種是定頻收音機（一個調到 1145kHz 的）

一種是變頻收音機（也是調到靠近 1145kHz 但是有從電容接電線出來的）

一種是接收者（調到 1600kHz 可以接收訊號的）

當定頻收音機收訊時，在內部放大時會發出一個 1145kHz 的訊號，而這個 1145kHz 的訊號和收音機中的 IF＝455kHz 根據 heterodyne principle 混合出兩個新的頻率的訊號：1600kHz（1145+455）和 690kHz（1145-455），這個 1600kHz 的訊號會被接收者收到並進入

其收訊電路。（假定其為 f1）

由於前面提到，收音機接收的指定訊號由電容大小決定，當我們將變頻收音機內電容的其中一極接到外面時，人體的手就像電容中接地線的平行電板一樣，我們可以很輕易的藉由手靠近或遠離電線改變變頻收音機的頻率，因而產生不同的頻率的訊號。

因此雖然變頻收音機是調在 1145，但實際上他收訊的波還會根據人手與電線的距離變動，因此最後他放出的頻率會在 1600kHz 附近（1600±x）和 690kHz（690±x）附近徘徊（heterodyne principle），而在 1600kHz 附近的頻率因為仍非常靠近 1600kHz，所以這個

1600kHz 附近的訊號也會被接收者收到並進如其收訊電路。（假定其為 f2）

最後當兩個訊號進入接收者的收訊電路後，又會在裡面進行一次混合，產生兩個頻率的訊號|f1-f2|和|f1+f2|，由於|f1+f2|大約是 3200kHz 左右（1600+1600±x），已經遠超一台 AM 收音機可能的收訊範圍，因此這個訊號最後在電路中會被忽略掉，而最後接收者發出的聲音頻率就根據|f1-f2|來變化。

延伸應用

⚫ 為什麼要有 IF？

傳統的收音機（直放式收音機）沒有 IF，是直接將高頻訊號解譯成低頻訊號並外放，構造較簡單，成本較低，但由於直接在電路中處理高頻訊號會使訊號的品質嚴重受損，這類收音機的收訊效果差，對不同頻道的靈敏度也不好，因此後來科學家想到了 一種方式：將高頻訊號先降為比較沒那麼高的頻率訊號，再用這個訊號去做轉換，可 以確保訊號品質較好，而這個比較沒那麼高的頻率就是 IF。這類收音機的收訊效果及 對不同頻道的靈敏度都比直放式好。

此外，不單單只有收音機會用到 IF，各種你想的到的通訊工程，手機、無線電視，甚至是衛星等等，都有運用 IF 的技術來使訊號品質變得更好。

⚫ 收音機的 IF 一定是 455kHz 嗎？

其實不然，不同的地區、收音機內的中頻也不同，目前 AM 收音機的中頻大致有：

450 kHz， 455 kHz， 460 kHz， 465 kHz， 467 kHz， 470 kHz， 475 kHz，480 kHz，而為何中頻會落在 450~480 之間？原因是因為我們選的這個中頻不能太大也 不能太小，否則會因為各種各樣的原因使我們的訊號品質變差，最後經過篩選就落在 這個區間拉！

⚫ 收音機是怎麼運作的？ 我們一般想要傳遞的訊息都是低頻的形式，諸如聲音，影像等等。但是低頻訊號容意 被干擾，因此我們會先將低頻訊號轉換成高頻訊號再發射，而轉換方式有兩種，一種 是讓高頻訊號幅度跟著低頻訊號改變，我們稱之為調幅訊號（AM），另一種則是讓高頻 訊號頻率跟著低頻訊號改變，我們稱之為調頻訊號（FM），如圖： 而收音機收到訊號後，經過濾波放大混合等步驟（可參考前面的圖）後最後轉換回原 來的訊號並從喇叭外放。

生活應用

特雷門琴音色相當特別，頗受音樂家推崇與著迷，被廣泛應用在四、五十年代好 萊塢恐怖電影配樂。

Heterodyning 現象不單單只存在收音機中，他被廣泛應用於通訊工程，諸如手機，無 線電視，衛星等等。