DigiSim

原理与机制博物馆

真空管无线电工坊

电源关闭
无线电工程 · 约 1925–1930 年
从天线,到声音。
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LC 谐振频率 kHz
调谐电容量 pF
音频管阳极电流 mA
号筒交流电输入 mW
沿信号追踪
DIGISIM · RESEARCH NOTES

这份重建模型代表什么

这是有文献依据的教学重建,不是经过认证的数字孪生。此前的展品没有指明某一台量产收音机,也没有提供元件的实测图纸。因此,这台重建的接收机保留了开放式面包板的风格,同时采用连贯一致的双 01A 电路。它区分了厂商数据、一只有照片记录的电子管实物、计算得到的几何结构,以及明确声明为假定的模型参数。无法确认它与某一台未指明的实体收音机在外观上完全一致。

核心修正

此前的展品重建后的表现
天线与公共端接在谐振回路的同一个端子上。独立的初级绕组把天线耦合到调谐次级;天线不与公共端短接。
四脚电池式电子管被画成带有独立的加热器和阴极。直热式 01A:连续的 V 形灯丝就是阴极,引出阳极、栅极和两个灯丝引脚。
接收机的行为是用高斯频率窗来选取网络音频流的增益。AM 实验室采用加载 LC 响应、非线性栅流整流、栅极电容充电、三极管阳极电流规律和实际的负载方程。
栅极电容和栅漏电阻画了出来,但没有计算它们的检波行为。显式射频示波器对 Cg 和栅流进行积分;交互式音频电路采用载波平均的非线性检波。
单只检波管驱动普通的纸盆扬声器,却没有站得住脚的功率预算。第二只 01A、1:3 级间变压器、负栅偏压电源和灵敏的磁性号筒,构成完整的音频通路。
变压器次级引线终止在安装脚上。变压器的四个绝缘端子连接两组独立的绕组。号筒接在输出管的阳极回路中,没有凭空添加输出变压器级。
电子可能按随机概率在栅极处消失。经过减速的示踪粒子从灯丝出发,向阳极运动。示踪密度随计算得到的阳极电流变化;轨迹用于说明原理,并非粒子网格法(particle-in-cell)计算。
可见的匝数和尺寸与电路之间没有有据可查的对应关系。线圈为 97 匝,平均半径 22 mm,绕组长度 55 mm。电容有 10 片动片、11 片定片,空气间隙 0.40 mm。
网络音频、显示的信号和人为的运动很容易混为一谈。网络播放是浏览器原生的独立功能。其音频不被当作测得的射频信号,也不会用合成的号筒运动来代替无法读取的网络音频。

完整电路

参考电子管为 01A 型:5 V、0.25 A 直热式灯丝;μ = 8;在 90 V / −4.5 V 时,跨导约 725 µS,阳极电流约 2.5 mA。检波级采用 45 V 电源、250 pF 耦合电容和 0.25–5 MΩ 可调栅漏电阻,电阻回接正灯丝端,符合厂商公布的检波器推荐范围。1 nF 云母电容旁路检波管阳极的射频。示波器中按射频周期平均的阳极曲线,是采用 1 kΩ 绕组直流负载的独立诊断;运行中的接收机则包含变压器和旁路电容的动态响应。

两只独立的 4 Ω 灯丝变阻器把 6 V 蓄电池的电压降到每根热灯丝 5 V。B 电源设有 45 V 和 90 V 抽头。C 电源相对 F− 公共端提供 −4.5 V。T1 的匝数比为 1:3,初级励磁电感为 25 H,初级直流电阻为 1 kΩ。500 kΩ 音量电位器是次级的负载。V2 驱动一只极化磁性号筒,号筒用 2 kΩ 铜阻、1 H 电感和一个互易的磁性驱动单元来表示。输出管实际的静态阳极电压约为 85.75 V,电流约为 2.125 mA;这一带载工作点并没有用数据表上的 90 V / 2.5 mA 工作点来代替。

f₀ = 1 / (2π√LC) · |H| = 1 / √[1 + Q²(f/f₀ − f₀/f)²] · C(θ) = 41 pF + 334 pF × overlap。由几何计算得到的重叠变化量为 333.8 pF;334 pF 是电路标称值。L = 240 µH,加载 Q = 48,调谐范围约为 530.5–1604.4 kHz。可见的绕组与单层线圈 Wheeler 公式估算的约 240 µH 相符。

计算范围与假设

实际计算:LC 调谐与通带;对载波和两个 AM 边带的复数 LC 滤波;示波器中显式的射频栅流与电容 KCL;运行中的接收机里按载波平均的栅漏检波特性;非线性阳极特性与负载的交点;变压器励磁电流、绕组电阻、500 kΩ 次级负载和折算到初级的正栅流;灯丝的电热升温;号筒互易的力与反电势;振膜运动,以及电功率和假定的机械功率。

假定或局部拟合:加载 Q 值、初级耦合、栅流的初速度尾部、热损耗常数、级间磁性参数和号筒驱动常数。三极管的电流规律是对厂商 90 V / −4.5 V 工作点及其斜率所作的局部经验拟合,并不是对完整曲线族拟合得到的 SPICE 电子管模型。直热式灯丝沿线的分布电位由这一集总经验特性来表示,并以 F− 作为声明的电压参考。

未求解:自洽的三维 Maxwell / Poisson / 空间电荷场、实测安装条件下的天线辐射与负载、铁芯磁滞或饱和、制造公差、交流声与噪声谱、某一只具体号筒的声阻抗或经过校准的声压。放大级和号筒用于小信号教学;很强的驱动会超出经实物验证的范围。电场箭头只表示方向。电子的大小与速度以及振膜位移都经过放大。分解视图中的位置只是显示偏移,绝不用作工作几何。

音频:实验室的声音在电路稳定后,由数值求解得到的振膜速度合成,收听增益明确声明为未经校准,缓冲切换时会抑制咔嗒声。它保留了随参数变化的检波、失真和故障表现,但不预测房间内的声压。网络电台通过 HTML 音频元素直接播放,从而兼容不允许跨域 Web Audio 分析的广播机构。在收听模式下,每个预设都有固定的虚拟刻度位置。平滑的捕获窗口把原生广播的音量与另行合成并经过滤波的底噪混合在一起。偏离电台时,以及原生音频流正在连接、缓冲或不可用时,底噪持续存在;只有在浏览器报告广播音频可以播放之后,底噪才会淡出。虚拟刻度位和噪声属于界面行为,不是测得的射频频率,也不是热力学噪声计算。对于这些音频流,既不声称有示波器测量,也不虚构振膜运动。

材料与结构

两只电子管采用球形玻壳,接近一只有照片记录的 44 mm × 99 mm 201A 型实物。内部几何依据 Antique Wireless Association(古董无线电协会)档案保存的厂商 P-60 阳极、栅极和灯丝结构图纸:扁平镍阳极、26 匝栅极、细 V 形灯丝、云母支撑与弹簧张紧结构。把这些有文献依据的内部结构与较早的球形玻壳结合起来,仍是一份明确声明的历史教学重建,而不是经过计量验证的实物。木材、黑色酚醛塑料、漆包铜线、云母、镍、黄铜、釉面陶瓷、橡胶和纤维板采用各不相同、基于物理的材质响应。细微的磨损和表面处理由程序生成,具有代表性。

验证记录

接收机持续准备附近的电台,并随调谐混合节目与底噪,无需重新连接。在原始重建版本中,这套接收引擎通过了 20 项确定性的接收与生命周期用例,实验室音频通过了 10 项状态用例,均使用受控的媒体测试替身运行;它们不是浏览器解码测试,也不是声学测量。博物馆页面运行同一个电路模型,其数值在博物馆自己的测试中与原始版本比对。首次播放远程音频仍取决于网络数据、解码和浏览器权限。

电学测试检查的是模型的方程与干预行为;它们并不能证明每一个假定参数相对于真实接收机的准确性。在 2026 年 10 月 8 日进行的有限传输检查中,全部 33 个电台地址都返回了数据:30 个 MP3 或 AAC 音频响应和 3 个 HLS 播放列表。传输成功并不等于保证能够解码、长期在线或全球可访问。实时播放状态来自浏览器实际的媒体事件。三个 HLS 预设需要原生 HLS 支持;电台自己的播放器链接始终可用。

一手资料与实物来源

  1. 01-A 型厂商数据表,1935 年 5 月 1 日 — 工作额定值、引脚排列和栅漏检波器推荐参数。
  2. 201A 型原始厂商资料 — 历史上的直热灯丝结构与工作方式。
  3. The Valve Museum 的 201A 型实物 — 有照片记录的球形玻壳,直径 44 mm,高 99 mm(不含引脚)。
  4. Antique Wireless Association 档案 — 原始工厂结构图纸;标准化通知(Standardizing Notice)3-1-201-A,1930 年 6 月。承蒙 Antique Wireless Association 提供。
  5. 电台目录只收录广播机构自行公布的流地址;每个电台旁都附有其官方播放器的链接。

来源核查日期:2026 年 10 月 8 日 UTC。几何、纹理和 AM 实验室均在页面内计算;只有收听电台或打开参考资料时才需要联网。

连续调谐

开机后即准备当前电台和相邻电台。最近用过的连接保持可用,原生音频流最多五路。失谐会改变节目与底噪的音量,而每路音频流仍在继续播放;回到已就绪的电台时,其音量立即改变,无需建立新连接。

在电台附近,节目与底噪同时可闻。对普通预设,两者的音量在 12 kHz 的半宽范围内连续变化;自定义刻度位靠得更近时,这一范围相应收窄。对准已就绪的电台后,底噪消失。首次访问尚未准备好的远程电台,仍需要网络数据和解码;缓冲和电台故障也会让底噪恢复,并在控件中标明。

这种虚拟的接收包络和合成的底噪属于收听控制,不是测得的射频选择性,也不是热噪声求解结果。网络音频流在浏览器中播放,与灯丝升温无关。AM 实验室继续求解那套独立的、有文献依据的电路。

展开 16 项数值验收检查
  1. 通过 · 标定工作点与小信号斜率
  2. 通过 · LC 数值、单调调谐与反算
  3. 通过 · 谐振带宽与 AM 双边带响应
  4. 通过 · 非线性阳极负载线
  5. 通过 · 变压器阻抗、电压与能量关系
  6. 通过 · 射频栅漏整流与电容 KCL
  7. 通过 · 射频时间步长收敛
  8. 通过 · 开关机、天线与检波级控制
  9. 通过 · 直热灯丝的电热升温
  10. 通过 · 检波、放大与号筒的完整信号路径
  11. 通过 · 天线、检波、调制和音量的干预
  12. 通过 · 失谐改变实际检波输出
  13. 通过 · 强驱动时栅流有限且形成负载
  14. 通过 · 磁性驱动力与反电势的互易关系
  15. 通过 · 网络模式不冒充射频输入
  16. 通过 · 声音来自数值求解的振膜运动

这些测试在上述假定的范围内验证已实现的方程和控制行为。它们不是对实体收音机的测量。完整的数值记录随展品存档的原始页面一同保存。

完整的电路连接

两只电子管,三类电源。