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  在音響的音源(SOURCE)設備中,效果最佳的首推唱盤。一部好唱盤配上好唱臂、好唱頭,然後播放一張錄音絕佳的唱片(例如瑞典的Proprius唱片),其音效的確有不同凡響之勢。當然這還得有好放大器、好喇叭、好聽音環境的配合才行,音響效果是講求整體性,獨行俠(槍法再好都不行)是行不通的。

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  唱盤或是卡式座(盤式座),在使用上有兩個煩人的特點:一是要不斷的擴充「軟體」──購買新唱片和空白錄音帶,一是擔心日久磨損──非但唱針和磁頭用久了會磨損,唱片和錄音帶在播放一次後也非完璧!這兩個特點對於調諧器來說,無異是兩個重大的缺點。因為調諧器幾乎沒有什麼附加價值,它也不需要大理石座、彈簧腳墊這些東西,只要加上一條15塊錢的T型天線,你就能收聽到優美的立體聲音樂和激烈的籃球比賽。調諧器也不需要添購任何保養工具,它有「永無後顧之憂」的特性,所以是最廉價的音源。

  在本文中所提到的調諧器(TUNER)僅限於音響用而已,其他商用、軍用都不在討論範圍內。調諧器出現的面貌有三種:是獨立的調諧器;是與前後級放大器合稱接收機(Receiver);是與前級放大器並存,但比較少見。

  調諧器如何接收來自廣播電台的訊號呢?我們在聽唱片或錄音帶時,整個音響系統是用訊號線和喇叭線相連;但當我們收聽警察電台「平安夜」時,警察電台可沒拉一條線到貴府上。看電視也是如此,這些訊號是如何傳送的呢?

第一章:電波與頻率

  電視機和調諧器有一個共同點,那就是把電視台和廣播電台發射出來的「電波」接收以後,再把它轉換成聲音和影像播放出來。我們是從台北打電話到屏東,由台北→屏東間都有線連著;電視和廣播自然就是無線(Wireless)了。電台所發射出來的電波是無線電波(Radio Wave),也就是電磁波,我們有必要先瞭解一下電波的形成原因。

一、電波的形成

  我們可以做個實驗:把兩塊銅片分別接往電池的正、負極,使其分別帶正、負電。此時若將銅片面對面放置,則兩銅片會互相吸引(與帶電量、銅片大小、銅片距離高低都有都有關係),循吸力所劃出來的線就是電力線。

  如果我們將電池的正、負極快速的交互變換(即將直流改成交流電),那麼先前井然有序的電力線(由正至負)就會投入空中;這種投入空中的電力線就是電磁波。我們目前使用的「ACV 110V」就是正、負極快速交互變換的交流電,但是它的「交互變換」速度比較慢,每秒約50次~60次,並不足以將電力線發射成電磁波。每秒50次~60次的變換,我們即稱之為50Hz~60Hz的頻率,所以無線電波又稱赫茲(Herz)波。無線電波在空中進行的速度非常快,極接近光速。

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二、電波的應用

  其實在我們日常生活裡,無時無刻不是充滿了各式各樣的電波,但你既看不到又聽不到,即使它的頻率是20Hz~20KHz你也「聽唔」;因為人耳是聽不到電磁波的,我們能聽到的是音波(或聲波,Sound Wave)。音波在空中的傳送速度要慢了很多,並且與氣壓、溫度、傳速介質大有關係;在常溫下,音波在空氣中(真空就不行)的傳送速度約是330公尺/秒。

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  前面提到「交互變換」的速度要快,才能使電力線發射成電波。要多快呢?最好每秒3萬次,也就是30KHz。圖一是無線電波的分配使用說明,最底端的是長波(Long Wave),頻率是30KHz~300KHz,波長是10公里,長程航行測位雷達和船舶通信多利用這個頻段。還有就是長波的「透水性」非常強,所以潛水艇通信也是使用此頻段。

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  300KHz~3MHz稱為中波(Medium Wave),商用調幅廣播電台就利用這個頻段。3MHz~30MHz稱為短波(Short Wave),美國之音、巴黎之音,倫敦之音等都在這個頻段內。30MHz~300MHz常被稱為超短波,但講極高頻(VHF)恐怕還廣被人知;調頻廣播電台及電視台大多都在這個頻段內。300MHz~3GHz稱為超高頻(UHF)或超超短波,中華電視台的UHF教學節目就在此頻段內。超超短波亦可稱為微波(Micro Wave),微波烤爐的頻率就常在1GHz之上。

  3GHz~30GHz亦是微波,大多為氣象衛星通信用,我們在台北看成棒的「衛星實況轉播」就利用此頻段。因為其頻率高而波長短,故可以穿透電離層。30GHz以上的頻率就是毫波(Milli Wave),它的頻率實在太高了,一般商業性東西很少用。而頻率間的關係是這樣的: 1KHz=1.000Hz, 1MHz=1.000KHz, 1GHz=1.000MHz,GHz上去還有嗎?有! 1.000GHz=1THz(Tera)!故1THz=1012Hz。

  不過,我們將討論的調諧器,僅以接收調幅廣播及調頻廣播言。對照圖一,讀者當可明瞭為什麼調幅電台AM常被做MW,其發射及接收頻率在531KHz~1.602KHz之間。而調頻電台(FM)的接收及發射頻率範圍則是88MHz~108MHz。

三、波長(Wavelength)

  波長是以無線電波的速度來定義的,電波的速度幾乎完全等於光速,即30萬公里/秒。它與頻率無關,所以100KHz和100MHz在一秒中所能跑的距離是一樣的。

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  我們假若兩個人跑百米,一位瘦而高,一位矮而胖,設兩個人要同時抵達終點,則瘦高的人輕步蓮移即可;而矮胖的人就要使出花木蘭的「小碎步」,而且臭汗淋漓。如果我們回頭看他倆的步法,可發現高的人比較疏散,像是低頻;而矮胖的人步法比較緊湊,像是高頻。如果以單一步法來論,則低頻比較長而高頻比較短;這單一步法就是波長。因此換言之,頻率與波長呈反比關係,頻率愈高則波長愈短。兩者之間的關係式是:波長=3x108/頻率,或者:波長(m)=300/頻率(MHz);利用公式我們就可以求出300MHz的波長是1mm。

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  波長較長可以穿透水面,而波長較短的頻率是以直線快速傳送,故容易受建築物和高山的折射;雷達發射的電波就是波長較短的高頻,利用易折射的特性來捕捉獵物。圖二是說明無線電波發射的情況,我們要特別注意電離層(Ionosphere)的存在。在距地球表面100公里處有E離子層,AM電台的發射頻率無法穿透而造成折回現象。距地球表面300公里處有F離子層,短波雖然能穿過E離子層,但卻無法穿透F離子層,所以被折回地面然後再反射。而唯一穿透F層的是超短波(也就是極高頻),以及高過超短波的頻率。

  例外是白天與晚上的情況有些不同,調幅電台在白天時常收不清楚,因離子層、地波都有關係;晚上的接收就稍為好一些。有關頻率與波長就談到這,讀者們可不要弄混了。

四、調變(Modulation)

  電波本身不是一種訊息,但它可以承載訊息,好比用船載一批貨到國外,這船就可以看成是電波,而貨就是訊息。這種承載訊息(訊號)的電波我們稱為載波(Carrier Wave),而訊號對電波的影響就是調變。

  電波是交變的,它的圖形就像是正弦波,而構成正弦波有三個要素:一是頻率(F),一是振幅(A, Amplitude,及電平之意),一是相位(θ);故訊號對電波影響就是改變這三個要素,但本文只討論前面兩個。

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(a) 調幅(AM)

  調幅就是「幅度的調變」,看圖三,(a)是調幅電台的發射頻率;(b)是要承載的音頻訊號;(c)就是調變後的AM訊號。我們可以看出由(a)到(c)頻率未變,但振幅(幅度:電平)卻變了,這就是調幅。當調諧器收到AM訊號後,就會做一番處理,其中有一步驟就是抑止載波。

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(b) 調頻(FM)

  調頻就是「頻率的調變」,看圖四,(a)是載波頻率,好比是80MHz;(b)是要承載的音頻訊號;(c)就是調變訊號也就是FM訊號。我們可以看出由(a)到(c)振幅未變但頻率卻變了,曲線密的地方表示頻率變高,疏的地方表示頻率降低──這就是調頻。

  調頻與調幅是本文要探討的主角,圖三與圖四僅提供參考,詳細的說明後頭還會再談。

  FM廣播首次實驗性廣播是在1936年,發明人是艾德溫●阿姆斯壯少校(有關他的生平事蹟請參閱音技66期);另外,「超外差」原理也是他發明的。調頻以及超外差系統現已被大量使用在電視台、調頻廣播方面,這都是阿姆斯壯少校的功勞。而阿姆斯壯在1938年得到美國聯邦通信委員會(即FCC)的許可,在紐西蘭設立了全世界第一個FM廣播電台。到1980年12月底的統計,全世界的FM電台共達4304座,其中教育電台佔1069個(AM電台數量稍為多一點,有4564個)。

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  在美國,某些大城市往往就有四、五十個FM電台,我國的調頻電台若依88~108MHz數,則自左至右是:台北國際社區電台(100.1及100.9MHz,ICRT);教育電台(通常都是教學節目,而且多是單音播出);中廣調頻台(103.3MHz);警察調頻台(104.9MHz);中廣第二調頻台;軍中電台;中廣新聞台。在7個FM電台中,ICRT及警察台是全天候發音,而廣告最多的是中廣調頻台;另外某些調諧器可能收不到中廣新聞台。有本雜誌叫「廣播月刊」每期都有刊載國內調幅及調頻台的節目內容,很值得買一本。

六、 FM 廣播的特質

  喜好聽音響的人幾乎從不收聽AM調幅廣播,筆者就是這樣,甚至有人買「FM專用」調諧器。FM廣播比AM廣播要好聽得多,除了有立體外(其實AM也有立體),音色好,雜音低也是它的特點,我們一樣一樣說明。

(a) 好的頻率響應與失真特性

  FM信號的調變頻率範圍是50Hz~15KHz,它幾乎超過AM信號的兩倍,AM的頻率範圍則是100Hz~7.5KHz;所以任何人都會承認FM的頻率響應比較好。那為什麼FM可達15KHz,而AM只有7.5KHz呢?這與電台的間隔頻率(Interval Frequency)有關。AM電台與電台間之間隔頻率只有9KHz(歐洲、亞洲、大洋洲)或10K(南美、北美地區),圖五就是AM的旁波帶(Sideband)。以載波為中心,右邊Upper是上旁波帶,左邊Lower是下旁波帶。由於電台間隔頻率只有9KHz~10KHz,故最高的調變頻率不可能超過9KHz,否則它會影響鄰近電台。

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  而FM電台的間隔頻率至少是50KHz(西德),美國政府規定是200KHz。圖六是FM的旁波帶,它與AM的旁波帶不同是因為兩本基本上就不同,FM的載波的偏移(Deviation)量在美國是±75KHz,在西德是±40KHz。間隔頻率的計算是這樣:(最大載波偏移+最高調變頻率)x2=180KHz;但總得再預留10%的餘裕,所以就是198KHz。而如果是電視台的話,那間隔頻率就更高了,都在數MHz以上。

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  另外就是AM幾乎都是百分之百調變,而FM即使百分之百調變,它也只是產生軟性(Soft)失真,而像AM般的尖銳(Sharp)。若是AM有過調變(超過百分之百調變),則失真必大量增加;為防止過調變,則事先還得將大聲音壓縮,如此使得動態範圍大減。

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(b) 低的雜音電平

  在收聽Tuner訊號,我們常常會聽到令人不愉快的雜音,就像圖七一般,AM及FM調變訊號上滲有脈衝性雜音。這些雜音可分內部及外部兩類,如果是內部的,則請更換器材、重新安裝天線等等;如果來自外部,即可能是摩托車引擎干擾、附近馬達干擾、開關日光燈干擾、冷氣及冰箱的干擾。而當我們在錄製FM或AM的卡式帶時,這些錄音更令人討厭。

  再回頭看圖七,由於AM是幅度的調變,所以雜音很難消除。而FM是頻率的調變,其雜音並未改變其頻率,只是使頻率的幅度改變而已(那特別突出的就是雜音)。好極了,限幅器(Limiter)可派上用場,它可將幅度較高的頻率限制至與其他頻率等幅,如此雜音就會被消除。仔細的看圖八,多看幾次就會明白。

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  除此之外,許多雜音源的頻率剛好在中波頻段,故容易被AM吸收。圖九是AM及FM雜音之分布圖,中坡(AM)發射後,會經電離層反射回地面,在此路徑中很容易遭到雜音混入。而FM波經發射後,是直接在地平面上前進,故感染雜音的機會比較少。圖九所示AM的雜音是在0~15KHz的長方形區域,而FM雜音只在有網底的小三角形區域內,故雜音比AM小得多──這就是著名的FM三角雜音(Triangle Noise);因此FM的訊號雜音比能高出AM 19dB。

  另外從圖九中也可以看出FM的調變頻率(即音頻訊號)愈高,則雜音愈大,為改善雜音特性,電台在發射前後都先對較高的調變頻率做適度的提昇,這就是預強調(Pre-emphasis)。見圖十,曲線在高頻段上揚的就預強調,兩條曲線不同是代表選定的「時間常數」不同──50uS和75uS。

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  經過預強條的音頻訊號若直接加以接收,會有高頻過於刺耳尖銳的弊點,故在調諧器內都有解強調(De-emphasis)網路,以便獲得平直的頻率響應。圖十下方衰減的曲線就是解強調,也分50uS和75uS兩種時間常數(我國是75uS)。

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  預強及解強能有效的降低雜音,圖十一是解強以後的FM雜音,其範圍是個小梯形,比較圖十,其雜音特性可改善10dB。至於時間常數,則是各國規定而異,歐洲是50uS,美國是75uS;我國也是75uS。

(c) 干擾的免疫能力

  當兩個AM電台頻率太靠近時,其載波會產生差拍雜音,(Beat Noise)而造成干擾,FM就不是這樣,當兩電台靠近時,調諧器會捉住訊號較強的那一個電台。有這麼多特點,大家當可明瞭為什麼FM要比AM吃得開。

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第二章:調頻FM立體廣播

  當FM未正式商業化時,無論是FM電台或是調諧器接收機等,全是單音(單聲道,MONO)的產品,而且是真空管製品。第一架全晶體調諧器是在1965年問市,而那個時候,FM立體化已經實施一段時間了。

一、 立體廣播基本法則

  既然是立體,那麼就要有兩個聲道訊號,一是左聲道,一是右聲道。無論是放大器、卡式座或調諧器,齊備版的輸出、入座都標明有L及R的字樣,L是左聲道,R是右聲道。因此,要聽立體音響,不但調諧器要立體的,電台發射的訊號也是立體的才行。

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  使用單音設備也可以收聽立體廣播,但卻十分麻煩。早期實驗FM立體化的過程是:先找兩個調頻電台,一個發射L的訊號,一個發射R的訊號;然後你得準備兩台調諧器一台收L,一台收R,這樣你就可以獲得L與R的立體訊號!

  早年真的是這樣「克難」,而且效果又非絕對好,因為兩個電台一定要「同步」發射才行,這在二十年前是不容易辦到的。寫到這裡想起若干年前中視公司某天突然轉播中視鼓霸樂隊的立體音響演奏,主持人包國良先生還對立體兩個字詳加解釋;但我就弄不懂有誰能收到立體的音響。目前電視要有立體音響可聽,非常對不起,那只有一個方法:用兩個電視台播L與R的訊號,你老兄再用兩台電視機收L與R的訊號。家裡有兩台電視機的人可能不少,但想要兩個電視台通力合作卻十分不易。

  雖然有錢人可以買兩台調諧器,但是工程師們則一直在設法使L及R的訊號能由一個電台發射出去,FM的調變頻率是50Hz~15KHz,於是有人想到以同一個電台發射它們的「和」與「差」訊號,到接收後再還原成立體訊號。第一個提出此構想的是EMI公司的A. D. Blumlein,他的方法被稱為矩陣(Matrix)系統。

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  矩陣方式的法則可以用圖十二來說明。以變壓器為例,在級圈我們加入L與R的訊號,而在次級圈就能得到(L+R)與(L-R)的輸出。將這兩個輸出相加或相減:(L+R)+(L-R)=2L,(L+R)-(L-R)=2R;如此就還原成L及R的立體訊號

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  (L+R)被稱為主訊號,(L-R)則被稱做副訊號;副訊號先被38KHz之副載波(Subcarrier)所調變,並且是振幅的調變(AM),它只有旁波帶被利用,38KHz載波會自動消除。圖十三(a)是(L-R)訊號被38KHz載波所調變,因為FM調變頻率最高是15KHz,故被載波調變後會得到53KHz和23KHz兩個旁波,上旁波帶是38KHz~53KHz,下旁波帶是23KHz~38KHz;圖十三C 顯示消失了載波的雙旁帶段(Double Sideband)。

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  再看圖十四,(a)是(L-R)訊號,(b)是38KHz副載波頻率,(c)是(L-R)訊號被副載波「開關切換」成的訊號。FM電台所要發射的訊號是(L+R)及(L-R)的訊號,故圖十四(C)還要加上(L+R),於是就和成了圖十五的複合波形,L及R包線(Envelope)形成。

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  圖十六是更詳盡的圖解,其最後被FM電台發射出去的訊號是(F);而為簡化,指引訊號省去未劃。上述這種方法即是矩陣法,利用其他的方法其實也可以得到圖十六(F)的複合波形:利用38KHz之副載波將L和R訊號每半週期(38KHz之半週)切換一次,最後也可以得到相同的複合波形;這種方法叫做時間分割調變(Time Division Modulation)。

  談到這裡,大家或許會覺得要了解FM還不是一件容易的事,的確如此,總得細心來才行。現在我們進一步探討FM廣播如何發射(L+R)及(L-R)的訊號。

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二、 立體廣播實際情況

  圖十七是FM單音電台的調變訊號,它的頻率範圍是50Hz~15KHz,因為是單音的,故沒什麼問題,即使是百分之百調變,甚或略為超過,頻率偏移總是75KHz。而立體時就大為不同,它包含三個訊號:(一)是(L+R)主訊號,(二)是(L-R)副訊號和,(三)19KHz指引訊號,我們有必要了解什麼是指引訊號(Pilot Signal)。不過在此有個重要觀念要澄清:所謂單音訊號是指(L+R)的訊號,而不是L或R的訊號;故單音接收機是收到(L+R)的和訊號

  回頭看圖十三,雙旁波帶的好處是可以使用很小的調變率達成非常有效的傳遞功能。其根本原理,是在發射機中就把無用的載波38KHz「抽」掉,直到接收機中再將它「填」回去。

  換句話說,(L-R)訊號要先被38KHz副載波所調變,然後抽去38KHz再與(L+R)訊號相加,同時調變主載波;而為了能使接收機正確回填38KHz副載波,發射機特別空出10%的調變率,發射19KHz的指引訊號。圖十八即是指引訊號的頻譜,FM電台發射的訊號包括:50Hz~15KHz的(L+R)和訊號,23KHz~53KHz的(L+R)差訊號,19KHz指引訊號。

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  圖十八顯示主訊號與副訊號的調變率是45%~90%,換句話說,兩者調變率最高是90%;當主訊號調變率接近90%時,副訊號調變率就接近0%;如果兩者等量,那麼各是45%。連同10%的指引訊號,一共是100%。

  FM電台發射機的最大調變頻率是100KHz,所以高到53KHz並無問題。而圖十八如繼續往右延伸,則以67KHz為中心頻率尚有±7KHz~±8KHz的SCA(輔助通信業務)。就立體廣播而言,SCA是以總調製量的9%~10%送入主訊號,國內SCA並未完全開放,要收SCA則接收機要有SCA輸出孔。在美國收聽SCA是要定契約的,它的對象大多是特定的餐廳、旅館等,SCA只是用來作背景音樂而已。但SCA常造成干擾,特別是與(L-R)副訊號干擾,而產生「Birdy」雜音,也常與指引訊號干擾。有關SCA詳細解說,請讀者參閱音響技術第40期和第86期。

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第三章:FM調諧電路

  調諧器是利用天線接收電台發射的訊號,但這個訊號是包羅萬象,五味俱全的;故在調諧器內部就有一些特殊的電路,它們會區分出那些訊號是我們要用的,然後把有用的東西檢出來並做適當的處理。圖十九是立體調諧器的內部結構,最左邊是天線(Antenna)和饋線(Feeder),它們接到調諧器背板的天線端子上。

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  第一個虛線框是前端(Front End)電路,它包含有射頻放大、本地振盪、混波各級電路。由前端輸出的10.7MHz是中頻,經過中頻放大、限幅器後進入檢波級(Detector)。由檢波級出來的訊號就是(L+R)及(L-R)訊號,經過立體解調器(MPX)還原成L與R訊號;然後再濾除高頻雜音,經過一級放大後就可供我們接入放大器中使用。

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  FM的頻帶在我國是88MHz~108MHz,由於頻率太高,在接收到訊號後立即加以放大是極為不智的。FM天線所收到訊號的電平非常低,低到數uV~mV之間;如果要這個訊號從喇叭播放出來並且能夠聽得清楚,那要放大數萬倍才可以。

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圖二十是FM檢波的基本原則,為什麼中間頻率要選10.7MHz?這要考慮幾個要素:在大放大率工作時要很穩定;必須容易獲得必要的頻率寬度和選擇性;與其它電台所引起的中頻干擾和假象(Image)頻率干擾必須很小;中頻之高諧波干擾必須很小。因此上述各點,中頻頻率高時,雖可獲得較高的頻帶寬,但穩定性甚差;故選擇10.7MHz作為FM接收機的中間頻率,這個頻率已成為國際上所廣用。

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一、 前端電路(Front End)

    典型的前端電路見圖二十一,這是YAMAHA某型調諧器的一部份。前端輸入的訊號是來自天線,它們是75Ω同軸電纜或300Ω平行輸送線相接。天線的阻抗特性是要求「絕對匹配」,與放大器間的阻抗匹配不同,故75Ω同軸電纜一定要接到75Ω端子上,300Ω平行輸送線一定要接到300Ω端子上。75Ω同軸電纜比較不易受到干擾,故接收效果較優,若調諧器輸入端只有300Ω端子,那就要使用阻抗變換器。

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  天線所接收的電台頻率是88~108MHz,換句話說,所有電台的訊號都接收進來,那前端電路要如何挑出我們所需要的電台頻率呢?看圖二十二應可一目了然,天線的接收頻率假設是Fr,而本地振盪級(Local Oscilator)的頻率是FL。Fr與FL相「加」並送入混波級(Mixer),就能送出中間頻率Fi。這三個頻中,Fi是固定的10.7MHz,Fr是88~108MHz,而FL就不知道。但Fi的產生是fL-fr,故FL一定比Fr高出10.7MHz。

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  當玉接收電台頻率是100MHz時,FL=Fi+Fr=10.7+100=110.7MHz。從圖二十三中可看出Fr為88~108MHz,而FL=98.7~118.7MHz,這種產生10.7MHz中頻之方式即是阿姆斯壯少校發明的超外差(Superheterodyne)接收。

(a) RF(射頻)互調干擾

  在RF放大電路中,無論是使用FET或是一般電晶體,其要求都是低失真,也就是線性要好。在正常情況下,天線所接收的訊號電平往往只有100uV多一點;當然如果距電台發射機很近或者使用較佳品質的天線,接收的訊號電平可望高到100mV。RF放大電路如果不線性,或者調諧電路級數減少,就會產生互調干擾的情況。此時調諧器會同時捕捉住兩個電台,但兩個電台卻又都接收不清楚。

  雙閘極的MOS-FET用在RF放大電路不僅具極佳的線性,輸入阻抗也大為提高,而雜音指數卻降低,故現今的調諧器前端電路都使用MOS-FET。而調諧電路的減少即表示可變電容(Variable Capacitor)的層數(或連數)太少,增加可變電容層數可有效的提高接收訊號的品質。

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(b) 串音調變干擾

  在FM電台中,如果有某個電台的訊號太強,就會使的其他電台的接收訊號變弱,而產生串音調變干擾。增加RF電路的線性以及可變電容的層數固然可減少調變干擾,但最有效的方法還是採用自動增益控制(AGC)電路,如此就能依輸入訊號電壓之大小而自動改變RF放大電路之增益。

  AGC電路為了充分作增益控制,一般是由中頻放大級取出較大的控制電壓,此控制電壓就是AVC在AM調諧器裡,AVC電壓是從檢波電路取出的;而FM調諧器則由於有限幅電路,所以在大訊號輸入時調諧器的輸入訊號和檢波器輸入電壓不成比例,而且FM檢波輸出電壓之中無法取得與輸入訊號電壓成比例的直流輸出電壓,所以無法利用撿波輸出得到AVC電壓。

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  因此,如圖二十四一般,在中頻訊號電壓與調諧器(或稱接收機)輸入電壓成比例之中頻放大之前級取出一部份中頻訊號電壓,由二極體加以整流後取出與波幅成比例之直流電壓,送往FET之閘極電路,改變其互導gm以控制其增益。

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(c) 頻率漂移

  早期的調諧器,或是設計甚差的產品,在長時間使用後電台頻率會偏移;而一旦發生偏移後,除非再一次選台,否則偏移電台不會被捕捉回來。在前端電路中最容易發生漂移的是本地振盪級,為解決電台頻率漂移,調諧器裡常加有自動頻率控制(AFC)電路。

  AFC電路是由檢波電路及頻率控制電路組成,FM檢波電路以10.7MHz為基準,產生與頻率變動成比例的電壓;當本地振盪頻漂移時,10.7MHz亦跟著漂移而發生變化,FM檢波器就輸出和頻率變化成比例的電壓。這個電壓經過濾波電路之後,加在本地振盪級調諧電容之一部份變容二極體上,以達到控制頻率的目的;圖二十五即是AFC電路之構成。

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  加入AFC電路會使調諧器的選擇性明顯增加,如圖二十六所示,外表頻帶寬度變寬,所以如果有強力的鄰近電台頻率進入時,將被拉引至本頻道;而在選台時亦可跳過訊號較弱的鄰近電台。

  選擇性高的特點較不利於電台擁擠的接收狀況下,故新調諧器已改用頻率不會漂移的本地振盪級,它們都有伺服電路或石英振盪,AFC就逐漸被淘汰了。在前端電路裡,可變電容的層數往往決定了調諧器性能的優劣,可變電容層數愈多的則調諧電路級數就愈多。圖二十七所示是3~5級的調諧電路,這個並不算多,YAMAHA的CT-7000使用7層可變電容和兩級RF高頻放大;而KENWOOD某些機種有用到9層的。

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  理論上可變電容的層數愈多則調諧特性愈優,但是可變電容式需要用儀器調校的;層數愈多則愈需要昂貴高級的儀表,而且調校程式非常複雜。新的調諧器常採用頻率合成(Frequency Synthesizer)式設計,根本省掉可變電容(只用變容二極體,例如咏青的電子調諧器)。

二、 中頻放大(IF Amplifier)

   從前端電路輸出的10.7MHz應該很容易、很穩定放大,但因其頻率很高,不穩的元件會因回授而引起振盪;這種影響很大,故每一級前增益都要抑制,同時要用中和作用來抵消回授的影響;並將放大級數增加為3~5級,以獲取100dB左右的增益。

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  基本上FM的中頻放大電路與AM的中頻放大電路相同,但由於FM接收機要求高品質之音質,所以必須具備良好的選擇性及頻帶特性。放大FM電波的放大電路必須具備的的頻帶寬度為:2x[(最大頻帶偏移)+(最高調變頻率)],所以依公式是:2x(75+15)=180KHz。

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  中頻放大電路的選擇性元件一般為中週變壓器(IFT),並且常使用多個以達到所要求的性能。圖二十九就是中週變壓器內部結構,由於使用電感及電容故又稱LC同步濾波器。有些調諧器為了中頻放大電路電晶體輸入阻抗太低,使有效Q值降低,還採用帶中間抽頭的IFT。

  FM接收機為講求更高的品質,在中頻放大電路中較少使用IFT,而多採用晶體(Crystal)濾波器或陶瓷(Ceramic)濾波器或鋸齒(SAW)濾波器等。

  晶體濾波器所使用的晶體具有壓電效應,即當施加電壓時,晶體會發生機械變形;反之如果施加外來壓力使之變形則將產生電壓。它是將晶體諧振子利用壓電效應原理,將精密加工之晶片夾在兩片電極間做成的。它的Q質非常高,安定度也很好;晶體濾波器就是以晶體諧振子和線圈組合而成,具有必要的頻帶寬度和急速的衰減特性。

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  陶瓷諧振子的Q值雖沒有晶體諧振子高,但比較便宜,圖三十是陶瓷濾波器的濾波特性。而SAW濾波器原是Surface Acoustic Wave濾波器之縮寫,它的濾波器特性最好,但製造成本最高,日本YAMAHA的調諧器大概都使用SAW濾波器。

轉載音響技術第96期DEC. 1983 每月專載/看圖學音響 最廉價的音源──立體調諧器●上篇●/宋長波

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