크리스털 라디오

크리스탈 라디오 수신기는 크리스탈 세트라고도 하며, 단순한 라디오 수신기로 라디오 초창기에 인기가 있다. 수신된 무선 신호의 힘만을 사용하여 소리를 생산하는데, 외부 전원이 필요하지 않다. 그것은 원래 갈레나 같은 결정 미네랄 조각으로 만들어진 가장 중요한 성분인 결정 검출기로 이름 붙여졌다.^[1] 이 성분은 이제 다이오드라고 불린다.

크리스털 라디오는 가장 단순한 유형의 라디오 수신기로^[2] 안테나용 와이어, 전선 코일, 콘덴서, 크리스털 검출기, 이어폰 등 몇 가지 저렴한 부품으로 만들 수 있다(크리스털 세트는 확성기에 충분한 전력이 없기 때문이다).^[3] 그러나 그것들은 수동 수신기인 반면, 다른 라디오들은 무선 신호를 더 크게 하기 위해 배터리나 벽 콘센트의 전류에 의해 구동되는 증폭기를 사용한다. 따라서 크리스털 세트는 다소 약한 소리를 내고 민감한 이어폰으로 들어야 하며 제한된 범위 내에서만 방송국을 수신할 수 있다.^[4]

광물과 금속의 접촉의 교정 성질은 1874년 카를 페르디난드 브라운에 의해 발견되었다.^[5][6][7] 크리스탈은 1894년 자가디쉬 찬드라 보세(^[8][9]Jagadish Chandra Bose)가 마이크로파 광학 실험에서 전파 검출기로 처음 사용되었다. 그것들은 1902년 G. W. 피카르에 의해 무선 통신 수신을 위한 계량기로 처음 사용되었다.^[10] 크리스탈 라디오는 최초로 널리 사용되는 유형의 라디오 수신기로,^[11] 무선 전신기 시대에 사용된 메인 타입이다.^[12] 수백만 명이 팔고 집에서 만든 이 저렴하고 믿을 수 있는 크리스털 라디오는 대중에게 라디오를 소개하는데 큰 원동력이 되어 1920년경 라디오 방송이 시작되면서 오락 매체로서의 라디오 발전에 기여했다.^[13]

1920년경에는 수정 세트가 진공관을 사용한 최초의 증폭 수신기로 대체되었다. 이러한 기술 발전으로 크리스탈 세트는 상업적 용도로^[11] 쓸모없게 되었지만, 주로 라디오의 기술에 대해 배우는 방법으로서 취미 활동가, 청소년 단체, 보이^[14] 스카우트에 의해 계속 지어졌다. 그것들은 여전히 교육용 기기로 판매되고 있으며, 그들의 건설에 헌신한 열성가 그룹들이 있다.^{[15][16][17][18][19]}

FM 설계가 구축되었지만 크리스털 라디오는 진폭 변조(AM) 신호를 수신한다.^[20][21] 그들은 거의 모든 무선 주파수 대역을 수신하도록 설계될 수 있지만, 대부분은 AM 방송 대역을 수신한다.^[22] 몇몇은 단파대대를 받지만 강한 신호가 필요하다. 첫 번째 크리스털 세트는 20kHz의 낮은 주파수에서 스파크 갭 송신기에 의해 방송되는 무선 전신 신호를 수신했다.^[23][24]

역사

크리스탈 라디오는 19세기 후반에 길고 부분적으로 알려지지 않은 일련의 발견들에 의해 발명되었는데, 이 발견들은 20세기 초반에 점점 더 실용적인 무선 수신기로 점차 진화되었다. 크리스털 라디오의 가장 초기 실용적 사용은 초기 아마추어 무선 실험자들에 의해 스파크 갭 송신기에서 전송되는 모스 부호 무선 신호를 수신하는 것이었다. 전자제품이 진화하면서 라디오로 음성 신호를 보내는 능력은 1920년경 오늘날의 라디오 방송 산업으로 발전한 기술적 폭발을 일으켰다.

초년

초기의 무선 전신에서는 스파크 갭과 아크 송신기는 물론 무선 주파수에서 작동하는 고주파 교류기를 사용했다. 공동주임은 무선신호를 탐지하는 첫 번째 수단이었다. 그러나 이들은 약한 신호를 감지할 수 있는 감도가 부족했다.

20세기 초, 다양한 연구자들은 갈레나 같은 특정 금속 광물이 전파 신호를 감지하는 데 사용될 수 있다는 것을 발견했다.^[26][27]

인도의 물리학자 Jagadish Chandra Bose는 1894년경부터 전자파를 수신하기 위해 갈레나 검출기를 사용하여 전자파 검출기로 크리스탈을 처음으로 사용했다.^[28] 1901년, 보스는 갈레나 결정의 사용을 언급하는 "전기 장애 감지를 위한 장치"에 대한 미국 특허를 신청했고, 이것은 1904년, #755840년에 허가되었다.^[29] 1906년 8월 30일 그린리프 휘티어 피커드는 1906년 11월 20일에 허가된 실리콘 결정 검출기에 대한 특허를 출원했다.^[30]

결정 검출기에는 결정, 일반적으로 결정과 접촉하는 얇은 와이어 또는 금속 탐침, 그리고 그러한 구성품을 제자리에 고정하는 스탠드 또는 외함 등이 포함된다. 가장 흔히 사용되는 결정체는 작은 갈레나 조각이다; 피라이트는 더 쉽게 조정되고 안정적인 광물이었고, 도시 신호 강도에 꽤 충분하기 때문에 종종 사용되었다. 몇몇 다른 미네랄도 검출기만큼 성능이 좋았다. 결정의 또 다른 이점은 진폭 변조 신호를 강등시킬 수 있다는 것이었다.^{[citation needed]} 이 장치는 일반 대중에게 무선 전화기와 음성 방송을 가져왔다. 수정 세트는 배아 라디오 방송 산업이 성장하기 시작한 시기에 이러한 신호를 수신하는 저렴하고 기술적으로 간단한 방법을 대표했다.

1920년대와 1930년대

1922년 미국 표준국은 '단순히 집에서 만든 라디오 수신복의 구성과 운영'이라는 제목의 출판물을 발표했다.^[31] 이 기사는 간단한 도구들을 잘 다루는 구성원을 둔 거의 모든 가족이 어떻게 라디오를 만들고 날씨, 농작물 가격, 시간, 뉴스 그리고 오페라를 조율할 수 있는지를 보여주었다. 이 디자인은 일반 대중에게 라디오를 제공하는 데 있어서 중요한 역할을 했다. NBS는 그 뒤를 이어, 보다 선택적인 2 회로 버전으로, 같은 해에 출판되어 오늘날에도 마니아들에 의해 자주 만들어지고 있는 크리스탈 검출기를 이용한 2 회로 무선 수신 장비의 건설과 운용에 대해 언급했다.

20세기 초, 라디오는 상업적 용도가 거의 없었고, 라디오 실험은 많은 사람들에게 취미였다.^[33] 일부 역사학자들은 1920년 가을을 오락 목적의 상업적 라디오 방송의 시초로 여긴다. 웨스팅하우스가 소유한 피츠버그 방송국 KDKA는 하딩콕스 대통령 선거 결과를 방송하기 위해 때맞춰 미국 상무부로부터 면허를 받았다. 특집행사 신고 외에도 농작물 가격 신고 농가에 대한 방송은 라디오 초기의 중요한 공공 서비스였다.

1921년에 공장에서 만든 라디오는 매우 비쌌다. 인구가 적은 가정은 소유할 여유가 없었기 때문에 신문과 잡지에는 일반적인 가정용품으로 수정 라디오를 만드는 방법에 관한 기사가 실렸다. 비용을 최소화하기 위해 오트밀 박스 등 빈 페이스트보드 용기에 튜닝 코일을 감는 방안이 다수 제시돼 가정용 라디오의 공통 기반이 됐다.

크리스토디네

1920년대 초 러시아 올레그 로제프는 전파탐지기 제조를 위해 다양한 종류의 결정체에 전압 편향을 적용하는 실험을 하고 있었다. 결과는 놀라웠다: 아연산염 결정으로 그는 증폭되었다.^[34][35][36] 이것은 터널 다이오드가 개발되기 수십 년 전, 음의 저항 현상이었다. 첫 번째 실험 후에, Lostv는 재생과 초히테로디네 수신기를 만들었고, 심지어 송신기도 만들었다.

크리스틴은 원시적인 조건에서 생산될 수 있다; 그것은 진공관이나 현대의 반도체 소자와는 달리 시골의 단조에서 만들어질 수 있다. 그러나, 이 발견은 당국에 의해 뒷받침되지 않았고 곧 잊혀졌다; 어떤 장치도 연구를 위한 몇 가지 예 이상의 대량으로 생산되지 않았다.

"폭스홀 라디오"

광물 결정 외에도 많은 금속 표면의 산화 코팅이 정류할 수 있는 반도체(디텍터)의 역할을 한다. 크리스탈 라디오는 녹슨 못, 부식된 페니, 그리고 많은 다른 흔한 물건들로 만들어진 탐지기를 사용하여 즉흥적으로 개조되었다.

1944년 봄 이탈리아 안지오 근처에서 연합군이 중단되었을 때, 독일인들은 초헤테로디네 수신기의 지역 오실레이터 신호를 감지할 수 있는 장비를 가지고 있었기 때문에 전력 공급되는 개인용 무선 수신기가 엄격히 금지되었다. 크리스탈 세트는 동력구동 로컬 오실레이터가 부족하여 감지할 수 없었다. 몇몇 지략이 풍부한 군인들은 뉴스와 음악을 듣기 위해 버려진 재료로 "결정" 세트를 만들었다. 한 종류는 검파기로 청강 면도날과 연필심을 사용했다. 블레이드의 반도체산화물 코팅(자석)에 닿는 납점이 조잡한 포인트-접촉 다이오드를 형성했다. 칼날 표면의 연필심을 조심스럽게 조절함으로써, 그들은 교정할 수 있는 지점을 찾을 수 있었다. 이 세트들은 대중 언론에 의해 "폭스홀 라디오"라고 불렸고, 그들은 제2차 세계대전의 민속학의 일부가 되었다.

2차 세계 대전 동안 일부 독일 점령 국가에서는 민간인들로부터 라디오를 압수하는 일이 광범위하게 있었다. 이것은 청취자들이 종종 기본적인 결정 집합에 지나지 않는 그들만의 비밀 수신기를 만들기로 결정하게 했다. 그렇게 하는 사람은 누구든지 체포될 경우 투옥되거나 심지어는 죽을 위험을 무릅썼고, 대부분의 유럽에서는 BBC(또는 다른 동맹국 방송국)로부터의 신호가 그런 세트에서 수신될 만큼 강하지 않았다.

만년

초창기에 누렸던 인기와 일반적 이용은 결코 회복되지 않았지만, 크리스탈 라디오 회로는 여전히 사용되고 있다. 보이스카우트는 1920년대부터 그들의 프로그램에 라디오를 설치하는 것을 계속해왔다. 조립식 신상품과 간단한 키트는 1950년대와 1960년대까지 많이 발견될 수 있었고, 전자제품에 관심이 있는 많은 어린이들이 신제품을 만들었다.

크리스탈 라디오를 만드는 것은 1920년대에 유행했고, 다시 1950년대에 유행했다. 최근에, 취미 활동가들은 초기 악기들의 예를 디자인하고 만들기 시작했다. 이 세트들의 공연뿐만 아니라 시각적인 외관에도 많은 노력을 기울인다. 매년 열리는 크리스탈 라디오 'DX' 콘테스트(장거리 수신)와 빌딩 콘테스트는 이들 세트 소유주들이 서로 경쟁하며 관심의 공동체를 형성할 수 있도록 한다.

기본 원리

크리스탈 라디오는 라디오 수신기가 본질적으로 축소되었다고 생각할 수 있다.^[3][37] 최소한 다음과 같은 구성 요소로 구성된다.^[22][38][39]

• 전파가 전류를 유도하는 안테나.
• 안테나가 수신하는 모든 무선 신호에서 원하는 라디오 방송국의 주파수를 선택하는 공명 회로(조정 회로) 튜닝된 회로는 와이어(인덕터라고 함)와 함께 연결된 콘덴서로 구성된다. 이 회로는 공명 주파수를 가지며, 그 주파수의 전파가 검출기로 전달되는 동시에 다른 주파수에서 파동을 크게 차단한다. 코일 또는 캐패시터 중 하나 또는 둘 다 조정 가능하여 회로가 다른 주파수로 조정될 수 있다. 일부 회로에서는 캐패시터를 사용하지 않으며 안테나가 이 기능을 제공하는데, 이는 전파의 1/4 파장보다 짧은 안테나가 용량성이기 때문이다.
• 오디오 신호(변조)를 추출하기 위해 라디오 신호를 강등하는 반도체 결정 검출기. 결정 검출기는 사각 법칙 검출기의 기능을 발휘하여 무선 주파수 교류를 오디오 주파수 변조로 감압한다.^[40] 검출기의 오디오 주파수 출력은 이어폰에 의해 소리로 변환된다. 초기 세트에서는 갈레나 등 미세한 전선이 표면에 닿는 작은 결정광물 조각으로 구성된 '고양이 수염탐지기'^[41][42][43]를 사용했다. 크리스털 검출기는 크리스털 라디오에 이름을 붙이는 부품이었다. 현대의 반도체 다이오드는 현대적인 반도체 다이오드를 사용하지만, 일부 취미주의자들은 여전히 크리스탈이나 다른 검출기로 실험한다.
• 오디오 신호를 음파로 변환하여 들을 수 있도록 하는 이어폰. 수정수신기에 의해 발생하는 저전력은 확성기에 전력을 공급하기에 충분하지 않기 때문에 이어폰이 사용된다.

크리스털 라디오는 전원 공급이 없기 때문에 이어폰이 만들어내는 음력은 오로지 안테나가 포착한 전파를 통해 수신되는 라디오 방송국의 송신기에서 나온다.^[3] 수신 안테나가 사용할 수 있는 전력은 무선 송신기로부터의 거리의 제곱에 따라 감소한다.^[44] 강력한 상업방송국의 경우에도 수신기에서 몇 마일 이상 떨어져 있을 경우 안테나가 수신하는 전력은 매우 작으며, 일반적으로 마이크로와트나 나노와트 단위로 측정한다.^[3] 현대의 크리스털 세트에서는 안테나에서 50피코와트 정도의 약한 신호를 들을 수 있다.^[45] 크리스털 라디오는 인간의 청각의 뛰어난 민감성 때문에 증폭을 사용하지 않고도 이렇게 약한 신호를 수신할 수 있는데,^[3][46] 이 때문에 10W⁻¹⁶/cm의² 강도로만 소리를 감지할 수 있다.^[47] 그러므로 크리스털 수신기는 가능한 한 효율적으로 전파의 에너지를 음파로 변환하도록 설계되어야 한다. 그렇더라도, 무선 전신 시대에 사용된 무선 전신 신호는 수백 마일에서 수신될 수 있었고,^[49] 수정 수신기는 그 기간 동안 대양간 통신에 사용되기도 했지만,^[48][49] 그들은 보통 AM 방송국의 경우 약 25 마일 거리 내에서 방송국을 수신할 수 있을 뿐이다.^[50]

디자인

상업적 수동형 수신기 개발은 1920년경 신뢰할 수 있는 진공관의 출현과 함께 포기되었고, 후속 크리스탈 라디오 연구는 주로 라디오 아마추어나 취미로 하는 사람들에 의해 이루어졌다.^[51] 많은 다양한 회로가 사용되어 왔다.^[2][52][53] 다음 절에서는 크리스털 라디오의 부품을 보다 상세히 논한다.

안테나

안테나는 전자파 전파의 에너지를 안테나 내의 교류 전류로 변환하여 튜닝 코일에 연결한다. 크리스털 라디오에서는 모든 전원이 안테나에서 나오기 때문에 안테나가 전파로부터 가능한 한 많은 전력을 수집하는 것이 중요하다. 안테나가 클수록 더 많은 전력을 차단할 수 있다. 크리스털 세트와 함께 일반적으로 사용되는 유형의 안테나는 길이가 수신 중인 전파의 1/4파장 배수에 가까울 때 가장 효과적이다. 크리스털 라디오와 함께 사용되는 파장의 길이가 매우 길기 때문에(AM 방송 대역파는 182-566m 또는 597–1857ft이다.)^[54] 안테나는 현대의 라디오에서 사용되는 채찍 안테나나 페라이트 루프스틱 안테나와 대조적으로 긴 와이어에서 가능한 한 길게 만들어진다.^[55]

진지한 크리스탈 라디오 취미로 하는 사람들은 건물이나 나무 사이에 가능한 한 높게 매달린 수백 피트의 와이어로 구성된 '인턴 L'과 'T' 타입 안테나를 사용하며, 중앙이나 수신기로 이어지는 한쪽 끝에는 피드 와이어가 연결되어 있다.^[56][57] 그러나 창문 밖으로 매달린 철사의 임의 길이가 더 자주 사용된다. 초기에는 (특히 아파트 거주자들 사이에서) 침상,^[14] 화재 대피소, 철조망과 같은 기존의 큰 금속 물체를 안테나로 사용하는 것이 일반적인 관행이었다.^[49][58][59]

그라운드

크리스털 수신기와 함께 사용되는 와이어 안테나는 접지와 관련하여 출력 전압을 개발하는 단극 안테나다. 따라서 수신기는 전류의 리턴 회로로서 접지(지구)에 연결해야 한다. 접지선은 라디에이터나 수도관, 또는 지상으로 구동되는 금속 말뚝에 부착되어 있었다.^[60][61] 초기에는 적절한 접지 연결이 가능하지 않을 경우 대위법을 사용하기도 했다.^[62][63] 크리스털 세트는 안테나로부터 전력을 효율적으로 전달하는데 필요한 낮은 입력 임피던스를 갖도록 설계되었기 때문에, 크리스털 세트는 동력 수신기에 비해 크리스털 세트에 더 중요하다. 접지 내 저항은 안테나로부터 사용 가능한 전력을 감소시키기 때문에 저저항 접지 연결(우선 25Ω 미만)이 필요하다.^[55] 대조적으로, 현대의 수신기는 높은 입력 임피던스를 가진 전압 구동 장치여서 안테나/접지 회로의 전류 흐름이 거의 없다. 또한, 주전원 수신기는 전원 코드를 통해 적절히 접지되며, 전원 코드는 잘 확립된 접지를 통해 지구에 부착된다.

튜닝 회로

코일과 캐패시터가 함께 연결된 튜닝 회로는 튜닝 포크와 비슷한 공명기의 역할을 한다.^[64] 전파가 안테나에서 유도하는 전하가 코일을 통해 콘덴서의 판 사이를 왔다 갔다 빠르게 흐른다. 회로는 원하는 무선 신호의 주파수에서는 높은 임피던스를 가지지만 다른 모든 주파수에서는 낮은 임피던스를 가진다.^[65] 따라서 원하지 않는 주파수에서의 신호는 튜닝된 회로를 통해 접지로 전달되는 반면, 원하는 주파수는 대신 검출기(다이오드)로 전달되어 이어피스를 자극하여 소리가 들리게 된다. 수신 스테이션의 주파수는 커패시터의 캐패시턴스 C와 코일의 인덕턴스 L에 의해 결정되는 튜닝 회로의 공명 주파수 f이다.^[66]

${\displaystyle f={\frac {1}{2\pi {\sqrt{LC}}}\,}$

회로는 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C) 또는 둘 모두를 변화시켜 서로 다른 라디오 방송국의 주파수에 회로를 "조정"하여 다른 주파수로 조정할 수 있다.^[1] 가장 저렴한 세트에서, 인덕터는 코일을 따라 미끄러질 수 있는 권선을 누르는 스프링 접점을 통해 가변적으로 만들어졌고, 따라서 코일의 회전 수가 회로에 더 많거나 적어서 인덕턴스가 달라졌다. 또는 가변 캐패시터를 사용하여 회로를 조정한다.^[67] 일부 최신 크리스털 세트는 페라이트 코어 튜닝 코일을 사용하며, 이 코일은 페라이트 자기 코어를 코일로 이동시키고, 따라서 자기 투과성을 변경하여 인덕턴스를 변화시킨다(이 때문에 신뢰성이 떨어지는 기계적 접촉이 제거됨).^[68]

안테나는 튜닝된 회로의 일체형 부품이며, 안테나의 리액턴스는 회로의 공명 주파수를 결정하는 데 기여한다. 안테나는 보통 정전용량 역할을 하는데, 1/4파장보다 짧은 안테나는 정전용량 리액턴스를 갖기 때문이다.^[55] 많은 초기 결정 세트에 튜닝 캐패시터가 없었으며,^[69] 대신 와이어 안테나에 내재된 캐패시턴스(코일의^[70] 유의한 기생 캐패시턴스 이외에)에 의존하여 코일과 튜닝 회로를 형성하였다.

초기의 크리스털 수신기는 튜닝된 회로가 전혀 없었으며, 단지 안테나와 접지 사이에 연결된 크리스털 검출기로 구성되었을 뿐, 이어폰을 가로지르고 있었다.^[1][69] 이 회로는 안테나의 넓은 공명 외에 주파수 선택적 요소가 전혀 부족했기 때문에 원하지 않는 방송국을 거부하는 능력이 거의 없었기 때문에 넓은 주파수 대역 내의 모든 방송국이 이어폰에서^[51] 들리게 되었다(실제로 가장 강력한 방송국은 대개 다른 방송국을 익사시킨다). 그것은 라디오 초창기에 사용되었는데, 한 크리스탈 세트의 제한된 범위 내에 한두 개의 방송국만이 있을 때 사용되었다.

임피던스 매칭

이어폰에 최대 전력을 전달하기 위해 크리스털 라디오 설계에 사용되는 중요한 원리는 임피던스 매칭이다.^[51][71] 한 회로의 임피던스가 다른 회로의 임피던스일 때 최대 전력은 회로의 한 부분에서 다른 회로로 전달된다. 이는 두 회로의 저항이 동일해야 함을 의미한다.^[1][72][73] 그러나 결정 집합에서 안테나 접지 시스템의 임피던스(10~200옴^[55] 정도)는 일반적으로 수신기의 튜닝된 회로의 임피던스(공명시 수천옴)보다 낮으며,^[74] 또한 접지 부착의 품질, 안테나의 길이, 수신기가 튜닝되는 주파수에 따라 달라진다.^[45]

따라서 개선된 수신기 회로에서는 안테나 임피던스를 수신기의 임피던스와 일치시키기 위해 안테나를 튜닝 코일의 회전 부분에만 걸쳐 연결했다.^[66][69] 이로 인해 튜닝 코일은 튜닝 기능을 제공할 뿐만 아니라 임피던스 매칭 변압기(오토트랜스포머 연결에서) 역할을 하게 되었다. 안테나의 저저항은 튜닝된 회로의 저항과 일치하도록 회전율의 제곱(안테나가 연결된 회전수의 비율, 코일의 총 회전수의 비율)과 같은 인수에 의해 증가(변환)되었다.^[73] 무선 시대에 유행하는 「2슬라이더」 회로에서는 안테나 회로와 검출기 회로가 모두 슬라이딩 접점으로 코일에 부착되어 공명 주파수와 회전 비율을 모두 (상호작용)^[75] 조정할 수 있었다.^[76][77][78] 또는 코일의 탭을 선택하기 위해 다진 스위치를 사용하였다. 이 조정기는 스테이션이 이어폰에서 가장 크게 울릴 때까지 조정되었다.

선택성 문제

크리스털 세트의 단점 중 하나는 주파수에서 원하는 스테이션까지 가까운 스테이션의 간섭에 취약하다는 것이다.^[2][4][45] 종종 두 개 이상의 스테이션이 동시에 들린다. 단순한 튜닝 회로가 주변 신호를 잘 거부하지 않고, 넓은 주파수 대역이 통과할 수 있게 해, 즉 현대적인 수신기에 비해 대역폭(낮은 Q 인자)이 커 수신기의 선택성이 낮기 때문이다.^[4]

결정 검출기는 상대적으로 저항이 낮기 때문에 튜닝된 회로를 "로드"하여 유의한 전류를 끌어내고 진동을 감쇠시켜 Q 계수를 감소시켜 더 넓은 주파수 대역을 통과하도록 문제를 악화시켰다.^[45][79] 많은 회로에서는 검출기와 이어폰 회로를 코일 회전의 극히 일부에 걸쳐 탭으로 연결함으로써 선택성이 향상되었다.^[51] 이는 조정된 회로의 임피던스 로드를 감소시켰을 뿐만 아니라 검출기와 임피던스 일치를 개선시켰다.^[51]

유도 커플링

보다 정교한 크리스털 수신기에서 튜닝 코일은 느슨한 커플링이라는 기법에 의해 선택성을 향상시키는 조절 가능한 공기 코어 안테나 커플링 변압기로^[1][51] 대체된다.^[69][78][80] 이는 안테나 및 접지에 부착된 1차(기본)와 나머지 회로에 부착된 2차(보조) 와이어의 2개의 자성 결합 코일로 구성된다. 안테나에서 나오는 전류는 1차 코일에 교대 자기장을 생성하여 2차 코일에 전류를 유도하고 이어폰에 전원을 공급한다. 각 코일은 튜닝된 회로의 기능을 하며, 1차 코일은 안테나(또는 때로는 다른 캐패시터)의 캐패시턴스와 공명하고, 2차 코일은 튜닝 캐패시터와 공명한다. 1차 및 2차 모두 방송국의 주파수에 맞춰 조정되었다. 두 회로가 상호 작용하여 공명 변압기를 형성했다.

코일을 물리적으로 분리하여 코일 사이의 결합을 줄임으로써, 한 코일의 자기장이 다른 코일과 교차하는 것을 적게 하고, 상호 인덕턴스를 감소시키고, 대역폭을 좁히고, 단일 튜닝에서 발생하는 것보다 훨씬 더 날카롭고 선택적인 튜닝을 초래한다.^[69][81] 그러나 루프 커플링은 두 번째 회로로 전달되는 신호의 출력도 감소시켰다. 변압기는 조절 가능한 커플링으로 제작되어 청취자가 다양한 설정을 실험하여 최상의 수신을 얻을 수 있도록 하였다.

"루즈 커플러"라고 불리는 초기 설계는 더 큰 1차 코일 안에 더 작은 2차 코일로 구성되었다.^[51][82] 더 작은 코일은 큰 코일 안이나 밖으로 선형적으로 미끄러질 수 있도록 랙에 장착되었다. 무선 간섭이 발생하면, 더 작은 코일이 더 큰 코일에서 더 멀리 미끄러져 커플링이 느슨해지고 대역폭이 좁아져 간섭 신호가 거부될 것이다.

안테나 커플링 변압기는 또한 임피던스와 일치하는 변압기로서, 안테나 임피던스를 회로의 나머지 부분과 더 잘 일치시킬 수 있도록 했다. 한 코일 또는 두 코일 모두 보통 스위치로 선택할 수 있는 여러 개의 탭이 있어 변압기의 회전 횟수를 조정할 수 있으며, 따라서 "회전 비율"을 조정할 수 있다.

1차 회로의 튜닝, 2차 회로의 튜닝, 코일의 커플링 등 세 가지 조정은 모두 인터랙티브로 이루어졌고, 한 변압기는 다른 변압기에 영향을 미치기 때문에 커플링 변압기를 조정하기가 어려웠다.^[83]

크리스털 검출기

결정 검출기는 무선 주파수 신호를 강등시켜 무선 주파수 반송파에서 변조(음파를 나타내는 오디오 신호)를 추출한다. 초기 수신기에서 자주 사용되는 결정 검출기의 유형은 "고양이 수염 검출기"^[42][86]였다. 와이어와 크리스탈의 접촉점은 반도체 다이오드 역할을 했다. 고양이 수염탐지기는 전류가 반대 방향보다 한 방향으로 더 잘 흐를 수 있는 조잡한 쇼트키 다이오드를 구성했다.^[87][88] 현대 크리스탈 세트는 현대 반도체 다이오드를 사용한다.^[79] 크리스털은 외피 검출기의 기능을 하여 교류 라디오 신호를 펄스 직류로 정류하고, 그 피크는 오디오 신호를 추적하는 피크로서, 검출기에 연결된 이어폰에 의해 소리로 변환할 수 있다.^{[22][failed verification][85][failed verification]} 검출기에서 보정된 전류는 반송파 주파수에서 나오는 무선 주파수 펄스를 가지고 있으며, 높은 유도 리액턴스에 의해 차단되어 초기 이어폰의 코일을 잘 통과하지 못한다. 따라서 바이패스 커패시터라고 불리는 소형 커패시터는 종종 이어폰 단자에 걸쳐 배치된다. 무선 주파수에서의 낮은 리액턴스는 이어폰 주변의 이러한 펄스를 접지까지 우회시킨다.^[89] 일부 세트에서는 이어폰 코드가 이 구성 요소를 생략할 수 있을 만큼 충분한 캐패시턴스를 가지고 있었다.^[69]

수정 표면의 특정 부위만 정류 접합부로 기능했으며, 장치는 약간의 진동으로 인해 교란될 수 있는 수정 와이어 접촉의 압력에 매우 민감했다.^[6][90] 따라서 사용 가능한 접점은 매번 사용하기 전에 시행착오를 거쳐 찾아야 했다. 교환원은 이어폰에서 라디오 방송국이나 "정적인" 소리가 들릴 때까지 수정면을 가로질러 전선을 끌고 갔다.^[91] 또는 일부 라디오(회로, 오른쪽)는 입력 회로에 부착된 배터리 구동 버저를 사용하여 검출기를 조정했다.^[91] 버저 전기 접점의 스파크는 정적인 것의 약한 원천으로 작용했기 때문에 검출기가 작동하기 시작하면 이어폰에서 윙윙거리는 소리가 들릴 수 있었다. 이어 버저가 꺼지고, 무전기가 원하는 방송국에 맞춰 튜닝을 했다.

Galena (lead sulfide) was the most common crystal used,^[78][90][92] but various other types of crystals were also used, the most common being iron pyrite (fool's gold, FeS₂), silicon, molybdenite (MoS₂), silicon carbide (carborundum, SiC), and a zincite-bornite (ZnO-Cu₅FeS₄) crystal-to-crystal junction trade-named Perikon.^[46][93] 크리스털 라디오도 청강 면도날과 납연필,^[46][94] 녹슨 바늘,^[95] 페니^[46] 등 다양한 공통 물체에서 즉흥적으로 만들어왔다.이 속에서 금속 표면에 있는 산화물이나 황화물의 반도체화 층이 보통 교정 작용을 담당한다.^[46]

현대적인 세트에서는 반도체 다이오드가 검출기에 사용되는데, 결정 검출기보다 훨씬 신뢰성이 높아 조정이 필요 없다.^[46][79][96] 게르마늄 다이오드(또는^[97] 때때로 쇼트키 다이오드)는 실리콘 다이오드 대신 사용된다. 그 이유는 낮은 전방 전압 강하(0.6V에 비해 상당히 0.3V)가 그들을 더 민감하게 만들기 때문이다.^[79][98]

모든 반도체 검출기는 크리스털 수신기에서 다소 비효율적으로 기능하는데, 이는 검출기에 대한 낮은 전압 입력으로 인해 전진 전도 방향과 후진 전도 사이에 큰 차이가 발생하기 때문이다. 실리콘 카바이드와 같은 일부 초기 결정 검출기의 감도를 개선하기 위해 배터리와 전위차계에 의해 검출기 전체에 작은 전방 바이어스 전압을 인가했다.^{[99][100][101]} 치우침은 다이오드의 작동 지점을 검출 곡선에서 더 높게 이동시켜 신호 전류가 더 적은(더 높은 임피던스) 비용으로 더 많은 신호 전압을 생성한다. 라디오의 다른 장애물에 따라 이것이 만들어내는 이익에는 한계가 있다. 이 향상된 감도는 DC 작동 지점을 접합부의 I-V 곡선에서 보다 바람직한 전압 전류 작동 지점(임피던스)으로 이동함으로써 야기되었다. 배터리는 라디오에 전원을 공급하지 않고 적은 전력을 필요로 하는 바이어싱 전압만 제공했다.

이어폰

크리스탈 세트에 사용되는 이어폰의 요구 조건은 현대 오디오 장비와 함께 사용하는 이어폰과는 다르다. 그들은 전기 신호 에너지를 음파로 변환하는데 효율적이어야 하며, 대부분의 현대식 이어폰은 소리를 고도로 충실하게 재현하기 위해 효율을 희생한다.^[102] 초기 국산 세트에서는 이어폰이 가장 비싼 부품이었다.^[103]

무선 시대 크리스털 세트에 사용된 초기 이어폰에는 그 시대의 경적 확성기와 비슷한 방식으로 작동하는 움직이는 철제 드라이버가 있었다. 각각의 이어피스는 두 번째 전자석을 형성하는 철사 코일인 영구 자석을 포함하고 있었다. 두 자석극은 모두 스피커의 강철 격판과 가까웠다. 라디오에서 나오는 오디오 신호가 전자석의 권선을 통과했을 때, 전류가 코일에 흐르게 되어 영구 자석으로 인해 증가하거나 감소하는 다양한 자기장이 생성되었다. 이것은 횡격막의 끌어당기는 힘을 변화시켜 횡격막을 진동하게 했다. 횡격막의 진동이 앞의 공기를 밀고 당기면서 음파를 일으킨다. 전화 작업에 사용되는 표준 헤드폰은 임피던스가 낮았고, 종종 75Ω이었고, 크리스털 라디오가 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전류를 필요로 했다. 따라서 크리스털 세트 라디오(및 기타 민감한 장비)와 함께 사용되는 타입은 2000~8000Ω의 고임피던스를 주는 더 미세한 와이어의 회전을 통해 감겨졌다.^{[104][105][106]}

현대의 크리스털 세트는 피에조 크리스털 이어피스를 사용하는데, 피에조 크리스털 이어피스는 훨씬 더 민감하고 또한 더 작다.^[102] 그것들은 양쪽에 전극이 부착된 압전 결정으로 구성되며, 가벼운 횡격막에 접착된다. 라디오 세트의 오디오 신호가 전극에 적용되면 크리스탈이 진동해 다이어프램을 진동시킨다. 크리스탈 이어폰은 착용자의 귓구멍에 직접 꽂아 소리를 고막에 더 효율적으로 결합시키는 귀울림으로 설계됐다. 이들의 저항은 훨씬 더 높기 때문에(일반적으로 메고옴) 튜닝된 회로를 크게 "부하"하지 않기 때문에 수신기의 선택성을 증가시킬 수 있다. 압전 이어폰의 높은 저항은 약 9pF의 캐패시턴스와 병렬로 낮은 주파수를 통과할 수 있는 필터를 만들지만 높은 주파수를 차단한다.^[107] 이 경우 바이패스 콘덴서는 필요하지 않다(실제로는 품질 향상을 위해 약 0.68~1nF의 작은 콘덴서를 사용하는 경우가 많지만), 대신 이어폰의 입력과 병렬로 10-100kΩ 저항을 추가해야 한다.^[108]

크리스털 라디오가 생산하는 저전력은 일반적으로 확성기를 구동하기에는 부족하지만, 일부 가정용 1960년대 세트는 스피커의 낮은 임피던스를 회로에 맞추기 위해 오디오 변압기를 사용해 왔다.^[109] 마찬가지로 현대의 저임피던스(8Ω) 이어폰은 수신기가 구동하기에 충분한 전류를 생산하지 않기 때문에 수정되지 않은 상태로 사용할 수 없다. 그것들은 때때로 그들의 임피던스와 구동 안테나 회로의 더 높은 임피던스를 맞추기 위해 오디오 변압기를 추가함으로써 사용된다.

전원으로 사용

강한 국부 송신기에 튜닝된 결정 라디오는 증폭 없이는 들을 수 없는 원거리 방송국의 두 번째 증폭 수신기의 전력원으로 사용할 수 있다.^{[110]: 122–123}

수신신호 자체의 반송파에서 전력을 회수하기 위한 실패의 시도와 검증되지 않은 주장들의 오랜 역사가 있다. 전통적인 수정 세트는 반파 정류기를 사용한다. AM 신호는 피크에서의^{[citation needed]} 전압에 의해 변조 계수가 30%에 불과하므로 수신 신호 출력의 9% 이하(${\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {}^{}{2\mathrm{}}^{}}$ / ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle$P=$U^{2}/R$는 실제 오디오 정보로 91%는 교정된 DC 전압일 뿐이다. <수정> 30% 수치는 무선시험에 사용되는 표준으로, 언어의 평균 변조계수를 기초로 한다. 적절하게 설계되고 관리되는 AM 송신기는 왜곡이나 "분열"을 일으키지 않고 피크에서 100% 변조까지 실행할 수 있다(의도 신호 대역폭을 벗어나 방사되는 과도한 사이드밴드 에너지). 오디오 신호가 항상 최고조에 달할 가능성이 낮다는 점을 감안하면 에너지 비율은 실제로는 훨씬 더 크다. 이 DC 전압을 음에너지로 전환시키기 위해 상당한 노력을 기울였다. 초기 시도는 1966년에 1-트랜지스터^[111] 증폭기를 포함한다. 때때로 이 동력을 복구하려는 노력은 보다 효율적인 탐지를 위한 다른 노력과 혼동된다.^[112] 이러한 역사는 현재 "역전 이파 스위칭 동력 장치"^{[110]: 129} 만큼 정교한 설계로 계속된다.

갤러리

참고 항목

• 무배터리 라디오
• 카밀 파핀 티소
• 코이어
• 디모듈레이터
• 디텍터(라디오)
• 전해 검출기
• 라디오의 역사

참조

추가 읽기

• 엘러리 W. 스톤(1919). 방사성동위원소. D. 반 노스트랜드 회사. 267쪽.
• 엘머 유스티스 부처(1920). 무선 실험자 설명서: 라디오 클럽을 운영하는 방법을 통합한다.
• 밀턴 블레이크 슬리퍼(1922). 무선 연결: 무선 기기 연결에 사용되는 회로의 참조 및 기록부. 노먼 W. 헨리 출판사; 67페이지.
• JL Preston 및 HA Wheeler(1922년) "단순히 집에서 만든 무선수신기의 제작 및 운용", 표준국, C-120: 1922년 4월 24일.
• PA 킨지(1996년). 크리스털 라디오: 역사, 기초 및 설계. Xtal 세트 소사이어티.
• 토마스 H. 이 모 씨(2004년). CMOS 무선주파수 집적회로 설계
• 데릭 K. 셰퍼와 토마스 H. 이씨(1999년). 저전력 CMOS 무선수신기의 설계 및 구현
• 이언 L. 샌더스 크리스탈을 간지럽히기 — 1920년대의 국내 브리티시 크리스탈 세트; Volumes 1–5. BVWS Books(2000–2010.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 크리스탈 라디오와 관련된 미디어가 있다.

Wikisource는 이 기사와 관련된 원본 텍스트를 가지고 있다: Crystaloi 검출기 발명가와의 인터뷰

• 초기 라디오 및 크리스탈 세트에 대한 많은 정보가 있는 웹 사이트
• Hobbydyne Crystal Radios 이력 및 Crystal Radio에 대한 기술 정보
• Ben Thalk's Technical Talk 섹션 1은 "Crystate Radio Set Systems: 설계, 측정 및 개선".
• "반도체 고고학 또는 알려지지 않은 전구체에 대한 헌사" earthlink.net/~lenyr.
• Nyle Steiner K7NS, 크리스털 세트용 아연 음저항 RF 앰프 및 재생 수신기는 튜브나 트랜지스터를 사용하지 않는다. 2002년 11월 20일.
• 크리스탈 세트 DX? 로저 라프톤 G3XBM
• 크리스털 세트에 사용된 크리스털의 디테일
• Asquin, Don; Rabjohn, Gord (April 2012). "High Performance Crystal Radios" (PDF). Ottawa Electronics Club. Retrieved 2016-09-27.
• http://www.crystal-radio.eu/endiodes.htm 다이오드
• http://www.crystal-radio.eu/engev.htm 민감한 크리스탈 리시버를 만드는 방법?
• http://uv201.com/Radio_Pages/Pre-1921/crystal_detectors.htm 크리스털 디텍터
• http://www.sparkmuseum.com/DETECTOR.HTM 라디오 디텍터