用家居用品制作水晶收音机
压电耳机
制造水晶收音机最困难的部分是制造一个高效的耳机，它可以将微小的电信号转换成我们耳朵可以听到的微小声音。我们的第一台收音机使用电话听筒作为耳机，效果很好。但是还有另一种类型的耳机可以戴在耳朵里，这样你就不必拿着它了。它也比电话听筒更灵敏。
为了将非常微弱的电信号转换为声音，我们需要一个非常灵敏的耳机。晶体管收音机或CD播放器中使用的那种耳机不行。这些是由足以驱动扬声器的信号驱动的，而且根本不敏感。
我们稍后（在本章的科学部分）将讨论阻抗及其含义。现在，我们只说敏感耳机具有非常高的阻抗，以欧姆为单位。扬声器具有低阻抗，通常约为8欧姆。围绕电磁铁构建的敏感耳机（我们稍后将构建其中一个）可能有2,欧姆。电话听筒耳机属于这种类型，虽然它只有几百欧姆的阻抗，并且不会像更敏感的设备那样响亮。
本节我们要玩的水晶耳机，阻抗超过百万欧，非常灵敏。
水晶耳机（更恰当地称为压电耳机，发音为pee-zo）由一种在连接到电源时会改变其形状的材料制成。一些晶体，如石英和罗谢尔盐是压电的。一些陶瓷（例如用钛酸钡制成的陶瓷）也是压电的。我们的压电耳机由涂有钛酸钡陶瓷的黄铜盘制成。当通电时，陶瓷会弯曲黄铜盘，我们可以听到由此在空气中引起的振动。
为了让我们的读者更容易找到压电耳机，我们现在在我们的目录中提供它们。
为了演示水晶耳机的灵敏度，请尝试以下实验：将耳机放在耳朵中，将两根电线接触在一起。当电子从一根导线移动到另一根导线时，您会听到一声尖锐的咔哒声。如果耳机末端带有一个插孔而不是两根裸线，则需要一块金属（例如勺子）来连接插孔的两个金属部分。
这种非常灵敏的耳机的一个细节对于制造水晶收音机很重要。灵敏的耳机不会使用太多电流来产生声音。另一种说法是，没有多少电流通过耳机。我们的收音机需要一定量的电流流过二极管才能工作。
当用压电耳机代替由线圈制成的耳机时，我们必须提供一种让一些电流绕过耳机的方法。我们通过将电阻器或线圈与耳机并联来做到这一点（平行意味着电阻器或线圈连接到耳机线连接的相同两个位置）。
电阻可以是1,欧姆到,欧姆范围内的任何电阻，可以是铅笔中的一块石墨，也可以是钉子周围的几百圈细线。
锗二极管检波器
我们收音机的第二部分，在耳机之后，是探测器。检测器是从无线电波中提取音频频率的东西，因此可以在耳机中听到它们。稍后我们将在本章的科学部分了解更多关于它们如何工作的信息。
我们的第一个探测器将在商店购买。稍后我们将用我们在房子周围找到的东西建造自己的探测器来代替它，比如铅笔、小苏打、剃须刀片、岩石，各种各样的东西。
我们将首先使用的检测器是锗二极管。我们想要的二极管被命名二极管的人称为1N34A。该二极管具有一些特性，使其特别适合我们的目的，即它可以在比大多数其他常见二极管更低的电压下工作。由于我们收音机中的电压来自微弱的小无线电波，我们需要我们能得到的所有帮助。
我们现在在我们的目录中携带这个二极管，以使其更容易获得。RadioShack过去常常携带它们，但他们的商店里不再有它们。
我们现在准备构建我们最简单的收音机。
一个非常简单的收音机，有两个部分
首先让我警告您，这台小型收音机可能无法在您所在的位置使用。它依靠拥有一个非常强大的本地广播电台来克服这种简单无线电的局限性。如果它在你所在的地方不起作用，你可以构建它的表兄弟，我们稍后会讨论，或者你可以开车靠近当地的广播电台，然后在那里尝试。但是因为它非常简单，所以您可能会尝试构建它只是为了看看您可能能够获得什么。
如果您的耳机末端有一个插孔，请将其切断，这样您就有两条长线从耳机中引出。如果电线相互缠绕，那没关系，因为我们只需要它们在末端是分开的。
从电线末端取下覆盖物（称为绝缘层），露出一英寸的裸线。通常你可以用你的指甲来做这个，但是一个叫做剥线器的工具就是为此目的而制造的，通常可以在你拿到耳机或二极管的同一个地方购买。
将一根裸线绕在二极管的一根导线上。使用一些胶带将其固定到位。如果您知道如何焊接，则可以将电线焊接在一起，但现在确实没有必要。
将另一根二极管线粘在冷水龙头上。这与地面建立了良好的连接，因此被称为“接地”连接。
将耳机剩余的空闲裸线握在手中。这使您的身体成为收音机的天线。将耳机放入耳中。如果您靠近强AM广播电台，您将能够在耳机中微弱地听到该电台。您可能会同时听到多个电台。
如果你什么都听不见，你可以试试更好的天线。您可以将您持有的电线绑在金属窗纱或长电线上。如果将长线的一端抛到屋顶或树上，可能会得到更好的结果。另一种好的天线是户外电视天线。只需将空闲的耳机线接触到它进入电视的天线端子之一。如果您有一个好的天线，您可以通过将空闲的二极管线握在手中来消除接地连接，而是使用您的身体作为接地。
另一个有两个部分的简单收音机
我们简单的收音机有两个主要缺点。一是信号非常微弱，只有靠近广播电台的发射天线才能听到。另一个是你会同时听到所有的强台，很难从混杂的杂音中只挑出一首歌或一个声音。第一个问题被称为无线电的“灵敏度”。我们的收音机不是很灵敏。第二个问题被称为无线电的“选择性”。我们的收音机不是很有选择性。
我们可以使用一种叫做共振的技巧来解决这两个问题。
共振是一种吸收一点能量的方式，并在恰当的时间一遍又一遍地使用它来完成一项大任务。当我们在秋千上推动某人时，我们会使用共振。要把一个人举到几英尺高的空中需要做很多工作，但是我们可以在秋千上轻松地做到这一点，只要在合适的时间一次又一次地轻轻推一下。时机很重要：如果我们在错误的时间推动，挥杆实际上会失去能量而不是变得更高。
当一位歌剧歌手用她的声音打碎酒杯时，她是在使用共鸣。她的声音在恰到好处的时候轻轻推了一下玻璃，一遍又一遍，直到玻璃移动得太远以至于它破碎了。以类似的方式，我们可以通过在水中以恰到好处的速度来回移动一只手来将浴缸中的所有水溅出。手每移动一次，水就会上升一点，直到超过浴缸的顶部。
无线电波的作用就像歌手声音的声波，或者像浴缸里的波浪。无线电波可以使电子在电线中来回移动，就像浴缸里的水一样。如果无线电波以正确的频率来回移动，那么当无线电波开始将它们移回另一侧时，电线中的电子将只会向电线的一端拥挤。就像浴缸里的水一样，电子会在电线的末端越来越高。这些电子可以工作，例如移动耳机中的黄铜盘以产生声音。
我们可以利用共振来搭建一台收音机，一次只能收听一个电台，并在耳机中发出更大的声音。这台收音机也有一些缺点（一方面它会超过1,英尺长！）但我们将在我们建造的下一个收音机中解决这些问题。
假设我们选择了一个我们想收听的本地广播电台。在本例中，我们将在AM表盘上选择kHz。我们现在需要计算出要在这个频率下谐振的导线必须多长时间。无线电波以光速传播。这种无线电波每秒来回,次。这意味着波浪需要向一个方向行进大约四分之一英里，然后转身再回去，一遍又一遍。计算电线应该有多长的实际公式是
英尺
以兆赫为单位的频率
或者，对于我们的示例：
英尺
.
或约英尺。
为了制作我们的收音机，我们将一半的电线（英尺）连接到二极管的一端。我们将另一半导线连接到二极管的另一端。我们将一根耳机线也连接到二极管的一侧，另一根耳机线连接到另一端。我们通过将每一端连接到一棵树上来将长线悬空（这些树必须相距约英尺）。然后我们把耳机放到耳朵里，听收音机。
现在我可以想到这台收音机的几个问题。它不是最便携的收音机。此外，为了改变站，我们需要使电线更长或更短。
便携性问题的一种解决方案是通过将电线缠绕在盒子或圆柱体上来将其盘绕起来。然后我们可以通过将二极管和耳机连接到不同位置的线圈来解决调谐问题（现在整根线都在一个小地方很容易做到）。
一个简单的收音机，由三个部分组成
有几种方法可以将线圈连接到二极管和耳机以制作收音机。在下面的照片中，我们展示了两种可行的可能性。
这些照片没有显示天线和接地连接，而是显示了它们的连接位置。
照片中的线圈也大大简化了。AM无线电频率的真正线圈会稍大一些，正如我们在使用塑料瓶制造第一台收音机时所看到的那样。
照片经常显示如此多的细节，以至于很容易错过重要的部分。通过使用简化的绘图，我们可以突出电路的重要部分，而忽略不重要或分散注意力的细节，这些细节可能会干扰理解要点。
电路的简化图称为原理图。如果在聚会的餐巾纸上绘制一个简单的水晶收音机的示意图，则可能如下所示：
线圈的符号看起来像弹簧。天线的符号看起来像是有人用过衣架。耳机的符号看起来像老式的耳罩样式（非常适合水晶收音机，因为它们可以阻挡房间里的环境噪音）。地面的符号看起来就像漫画家在卡通人物下绘制的代表地球的符号。
请注意，天线通过一个小箭头连接到中间的线圈。这表明它连接到线圈中的抽头。箭头用于指示可以移动的连接，例如我们的夹子引线。
二极管的符号看起来一点也不像带电线的小玻璃管。它不是代表二极管的外观，而是代表二极管的作用。
二极管是一种通电的单向阀。电流沿一个方向流过二极管，但如果它试图沿另一个方向流动，则会被阻断。当我们了解收音机为什么工作时，我们会发现为什么这很重要。但就目前而言，我们将专注于打造一台能够让我们一次收听一个电台且音量合理的收音机。
无线电波的能量——连接一个仪表来测量电压和电流
在这一点上，能够测量我们对收音机所做的更改的影响是很有用的。我们可以只用我们的耳朵，试着记住它曾经有多响，但更容易读一个米，记住一个数字。通过将仪表连接到收音机，我们可以调整调谐以获得最高的仪表读数，或者在我们添加新组件或用我们自己制造的组件替换购买的组件时进行其他调整。
仪表必须对我们收音机中流动的电量的微小变化敏感。我们将主要测量电流，但我们也会添加一个电压表，这样我们就可以计算我们接收到的总能量。
电流是通过电路的电流，以安培或简称为安培为单位。电压是推动电流通过电线的压力。如果电是水，那么电流就是流动的水量（加仑/分钟），电压就是水压，单位是磅/平方英寸。
由于电流量非常小，我们将使用一个以微安或最多几分之一毫安为单位测量电流的仪表。在下面的照片中可以看到一些微安表和毫安表的例子：
要测量收音机中的电流，我们需要让电流流过仪表。为此，我们将微安表连接在耳机和接地连接之间，这样任何将流过耳机产生噪音的电流也必须流过仪表。仪表有两种连接方式，一种是正向的，一种是反向的。如果仪表接反，指针将在零以下开始读数。如果发生这种情况，只需反转连接，使指针读数高于零。
为了测量电压，我们将仪表连接到两根耳机线。示意图现在看起来像这样：
如果你有一个好的天线，或者附近有一个强大的无线电台，电流表的读数可能会超过50微安。如果您的天线较短，您可能只有5微安电流，但仍能在耳机中清楚地听到电台。我在房子上方的两棵树之间安装了一个英尺长的天线，然后调到大约30英里外的一个50,瓦的电台，现在我的仪表有微安的电流。我把耳机放在一个锥形的嘴边（就像扩音器一样），当房子安静时，我可以清楚地听到房间对面的收音机。它听起来不像将耳机放在我耳边那样清晰明了，但我可以轻松地跟踪对话（这是一个全新闻台）。
同一台收音机中的电压表读数为毫伏。由于瓦特（我们拥有多少功率的度量）是电压乘以安培，所以我们有0.乘以0.，或0.0218瓦，或约22微瓦。该站正在输出50千瓦的功率，而我们正在接收该功率的十亿分之一，但我们可以在房间的另一端听到它。
尝试不同长度的天线，观察电流上升，因为较长的天线从无线电台接收到更多的功率。多尝试一根天线。尝试将地线连接到与地面相连的不同物体上，例如管道、金属栅栏等。在尝试每次测试时，请确保再次调谐收音机，因为您的更改可能会影响调谐。
添加一个电容器（或三个）
当您尝试不同的天线长度时，您可能已经注意到您必须移动线圈上的抽头才能使电台的声音最大。要了解为什么会发生这种情况，以及我们如何利用对它的了解来改进我们的收音机，我们必须首先了解电容以及它如何影响调谐线圈。
电容器只是两块金属，它们之间有一个绝缘体。如果将电容器连接到电池，电池会将电子推到一块金属（称为板）上，并从另一块金属中吸取电子。如果我们取下电池，电子就不能去任何地方，所以电容器的一个极板将比另一个极板拥有更多的电子。
如果我们用一根导线将两个极板连接在一起，电子会从拥有太多的极板（因为电子具有相同的电荷，因此像两个磁铁的北极一样相互排斥）冲向拥有较少电子的极板.当电子从一块板冲到另一块板时，我们可以让它们工作，比如点亮一个灯泡。通过这种方式，电容器似乎存储了电池的电力，以便在电池不存在时使用。
现在假设我们像这样将一个线圈和一个电容器连接在一起：
还假设电容器已由电池充电，因此顶板比底板具有更多的电子。当我们连接线圈时，顶板中多余的电子立即开始穿过线圈到达电子短缺的板上。
当电子穿过线圈时，它们会产生磁场（请记住，“线圈”只是“电磁铁”的另一个词）。磁场不断增长，直到电容器上的极板均衡为止。此时您会认为电流将停止在线圈中流动。但是当电流流过线圈时建立的磁场现在开始崩溃。
正如将磁铁移过线圈会产生电流一样，线圈周围的塌陷磁场也会产生电流。电流的方向与产生磁场时的方向相同，因此线圈最终将电子推到电容器的底板上，并从顶板上窃取它们。
当线圈周围的磁场完全崩溃时，电容器的底板有多余的电子，而顶板则有不足。你可以猜到接下来会发生什么。
电子开始流回线圈，这次是从底板流向顶部。线圈再次开始建立磁场，但由于电流现在反向流动，以前磁场的北极现在是南极，反之亦然。
电场会一直增长，直到电容器均衡，然后它会坍塌，并将电子泵入电容器的顶板。我们现在回到了开始的地方，整个过程重新开始！
线圈和电容器正在共振，就像秋千上的孩子或浴缸里的水一样。事实上，这个回路被称为“水箱回路”，就像一个装满水的水箱来回晃动。
我们可以通过两种方式控制振荡频率。我们可以把线圈做得更大或更小，也可以把电容器做得更大或更小。我们为收音机制造的线圈有抽头，根据我们连接到天线的抽头，可以使线圈变短或变长。
我们的收音机有一个线圈。但它没有电容器。或者是吗？实际上，天线本身就像一个电容器。天线的电容与线圈的电感发生反应，以在无线电台的频率上产生谐振。
当我们改变天线的长度时，就像改变电容器的大小一样。这就是为什么改变天线的长度会改变收音机的调谐，迫使我们移动到线圈上的不同抽头以收听同一个电台。
还有另一种方法可以改变电容器的电容。我们可以改变两个板之间的距离。如果两块板靠得更近，一块板上多余的电子就会被吸引到另一块板上，因为当带负电的电子从那个板上移开时，它就带有正电荷。
因为电子被正电荷吸引，我们可以将更多的电子堆积在一起，储存更多的能量。以类似的方式，当我们制作电容器时，极板之间的距离越远，正电荷越远，并且无法帮助将尽可能多的电子拉到负极板上。因此我们可以存储的能量较少，我们说电容器的容量较小
既然我们知道了电容器的工作原理，我们就可以组合电容器来提高或降低电容。如果我们将两个电容器并联在一起，我们可以增加电容，因为顶板连接在一起，底板连接在一起，就像我们有一个大板的电容器一样。
如果我们串联电容器，它具有使电容器的极板相距更远的效果。这可以在下图中看到。一个电容器的底板连接到另一个电容器的顶板。在电气上，这与将两个极板放在电容器中间的一个极板相同，电容器中间的距离是外极板之间距离的两倍。幻影内板没有效果，在下图中绘制为虚线。
我们现在对电容器有了足够的了解，可以在我们的收音机中使用它们。我们可以在天线和线圈之间使用一个小电容来降低天线的电容。这将允许线圈调谐到频率更高的电台。电容器与天线的电容串联，因此总电容较低。
电路现在看起来像这样：
构建自己的电容器
电容器很容易用铝箔在厨房里建造。事实上，我们的第一个电容器将只是塞入平装书的两张箔纸，用一页分隔它们，就好像它们是两个书签一样。
这种快速电容器有优点也有缺点。它快速且易于构建，只需将其中一个箔条从书本上滑出一点，即可轻松调整以改变电容，从而减少电容。另一方面，它体积庞大，很容易分开，当你按下书本时，它的电容会发生变化，将书页挤得更紧。最后，它可以在潮湿的日子里稍微改变电容，因为书页会吸收水分。
只需稍加努力，我们就可以使用铝箔和少许蜡纸或保鲜膜制作耐用、稳定的电容器。
我们首先放下一张蜡纸。最重要的是，我们铺了一张箔纸。我们将箔纸挂在蜡纸的顶部，因此我们将有一些可以连接电线的东西。我们在第一张和箔纸上放了另一张蜡纸。然后我们在顶部放另一块箔，将它重叠在底部用于我们的另一根电线。我们确保箔片始终被蜡纸隔开，因此它们不会进行电气连接。
现在我们把整个东西像果冻卷一样卷起来。
现在我们用剪刀把纸修整一下，我们甚至可以把它卷起来，让它变小。
这个电容不像我们的第一个那样可调，但我们可以制作几个，每个大小不同，然后连接我们想要的。我们甚至可以将它们并联或串联组合以改变它们的电容。
我们可以使用小型固定电容器来调谐天线，并使用另一个可变电容器（如我们的书本电容器）来调谐线圈。我们将可变电容器与线圈并联，形成一个储能电路。小的固定电容器降低了天线的电容，使电路调谐到更高的频率。但是可变电容器为电路增加了更多的电容，使其调谐到较低的频率。现在我们可以用线圈上的抽头来调谐收音机，并将箔片滑入和滑出书本。
电路现在看起来像这样：
注意可变电容器如何有一个穿过它的箭头，表示它可以改变其电容。
构建自己的二极管
第一次世界大战期间，战场上的士兵制作了自己的收音机来收听娱乐和新闻节目。他们可以使用故障车辆的电线和电话听筒，但他们没有在小玻璃管中安装现代固态二极管。
然而，令人惊讶的是，有多少普通物体可以充当二极管，让电流以一种比另一种更好的方式流动。
士兵们发现一把生锈的旧剃须刀片和一根铅笔芯工作得很好。通过将铅笔芯轻轻接触刀片上的蓝色斑点或锈斑，它们形成了所谓的点接触二极管。
我们可以用自制的点接触二极管替换我们从商店购买的二极管并比较结果。这些零件可以用夹子引线连接到电路上，也可以焊接，如下图所示。铅笔芯通过用裸铜线包裹并焊接到安全别针上。
安全别针充当弹簧，将铅笔芯轻轻压在剃须刀上。如果压力太大或不够硬，二极管将无法工作，因此请进行实验。剃须刀上的确切位置也很关键，因为有些位置上的氧化物太多或太少，无法制成二极管。在剃须刀上移动铅笔芯，直到声音最大，或者仪表（如果您已连接）读数最高。
在上面的照片中，您可以看到当我们想要连接新型二极管时，黄铜抽屉拉手是多么方便。
如果你周围没有生锈的剃须刀片，你可以试试其他生锈的金属。上图的刀片很干净，很新，所以我在上面放了一点盐和水，然后把它放在煤气炉的火焰里，直到它的一部分变成蓝色和紫色。
房子周围可能还有其他可以充当二极管的东西。在我的岩石收藏中，我发现了一些黄铁矿（愚人金）和一些金刚砂（碳化硅，下图中的蓝色石头）。金刚砂在强大的压力下工作得很好，所以我只是在它周围缠绕了一些裸铜线，焊接了电线，然后让夹子引线的钳口提供压力。它工作得很好。黄铁矿需要轻轻触摸，所以我用安全别针的尖端轻轻探测，直到我在黄铁矿上找到一个可以在收音机中提供良好音量的点。
更进一步——一些快速的想法
为更多电台交易响度
在我们的收音机中，二极管和耳机直接连接到天线和地。此连接获得最大的信号。但是，它也会加载调谐线圈，使其选择性降低。这意味着许多低功率或遥远的电台被当地的强电台淹没了。
我们可以通过将调谐线圈与天线和地面去耦来使收音机更具选择性。我们通过添加一个小线圈来做到这一点。新线圈连接到天线和地面，然后放置在主调谐线圈内。
将大约五或十匝电线缠绕在一个小线圈上，例如用于包装35毫米薄膜（直径约1英寸）的塑料容器。在我们缠绕大调谐线圈的塑料瓶底部切一个大孔。将天线和接地连接到小线圈，然后使用刚刚制作的新孔将其放入大调谐线圈中。通过将小线圈移入或移出大线圈，您可以改变线圈之间的耦合，从而改变无线电的选择性和灵敏度。如果您想要响亮的本地电台，请将其完全放入。如果您想听到较微弱的远处电台，请将其拉出一点。
帮助建筑数学
这是一个简单的小程序，它可以告诉您调谐线圈上需要多少匝导线才能与您选择的任何电容器谐振：
制作自己的耳机
您可以使用锡罐、钉子、小磁铁和一些细线来制作自己的耳机。在钉子周围缠绕几百圈电线。让磁铁粘在钉头上（我们目录中的钕铁硼超级磁铁在这里效果很好，因为它既坚固又非常小）。将线圈连接到收音机代替耳机。将锡罐的开口端靠近耳朵，并将钉子靠近锡罐的底部。罐子的底部会被磁铁吸引，但线圈会使它随着收音机的声音而振动。
旧继电器或螺线管的线圈通常也可以工作，并且可以省去将电线缠绕在钉子上的工作。
贝壳喇叭
我花了几美元从一家水族馆商店买了一个大海螺壳。使用混凝土钻头，我在小端的外壳上开了一个1/4英寸的孔（当海螺很小时，外壳就形成了）。然后我将一个压电耳机粘在孔上。这使得一个漂亮的喇叭状扩音器，使收音机的声音在安静的房间里清晰可闻。它看起来也很漂亮。
使用LED作为二极管。
因为我有一个长（英尺）的天线、一个良好的地面和一个距离不到20英里的强大电台（50,瓦），所以我的收音机接收到足够的功率来点亮一个低电流LED。LED是“高亮度”类型（这也意味着它会以非常小的电流微弱地发光）。我连接它而不是收音机中的二极管，它会随着收音机的工作而发光，随着声音的响亮而变得更亮。
如果您附近没有强大的站点，您可以添加一个与LED串联的电池（一个1.5伏的小型电池可以正常工作）。LED会亮起，收音机播放的声音会比没有电池时响亮得多（如果LED不亮，请尝试以相反的方式连接电池）。这种布置是我迄今为止使用过的最好的探测器，并且比1N34A锗二极管响亮。