收音机的内部杂音

当我们打开收音机收听广播的时候，往往夹杂着有令人不快的“劈剥”声和“沙沙”声，这便是杂音。音量放得愈响，杂音也愈大，所以杂音限制了收音机的灵敏度，有了杂音，再提高收音机的灵敏度也是没有用处的，收听远地的广播，信号较弱，杂音问题更显得特别严重。

这些杂音一部分是与收音机本身无关的外部杂音，我们不去谈它。另一部分就是我们下面要讨论的收音机内部杂音。

内部杂音主要有两个来源：一是回路杂音，一是电子管杂音。

回路杂音，主要是收音机内电阻和谐振回路所产生的杂音。我们先谈谈发生这两种杂音的原因：

电阻器杂音：有些制造不良的电阻器，内部接触不良，电阻数值不稳定，产生杂音。除此之外，便是制造得很好的电阻也会产生杂音（图1）。因为电阻里面有自由电子，像气体中的分子一样，是经常在不规则的运动着方向和速度都是任意的，产生杂音便是这种自由电子运动的结果。图2表示一个电阻器。取一l长的小段来看，我们可以想像自由电子的运动虽极混乱，可是在某一瞬间，一定有一个顺着l的长度方向的运动总和，电子有运动就是有速度，电子有速度就是有电流，所以顺l长度的运动就代表流入或流出l段的微小电流i。设l段长的电阻值为r，由欧姆定律可以得出l段两端的电压降是ir。同样在电阻器任何一段长度内都是如此，使得电阻器两端有个总电压降等于各小段ir的和。

也许我们会想到流出l段的电子数可能恰好等于流入的电子数，结果顺l段长度方向的电流为零，不会产生电压降。如果计算的时间很长，这样的想法是对的，就是说电子在电阻内热运动的平均电流应当为零。但在任一瞬间，流入l段的电流，不恰等于流出的电流，某一瞬间流入的可能多些，另一瞬间流出的可能多些。所以l段上的电压降从某一瞬间到另一瞬间永远存在着而且是不断的变换着。是一种波形极不规则的电压，整个电阻两端的电压也是如此。这种波形如图3。时间愈长，平均值愈接近于零。所以在电阻两端用直流电表量平均电压是量不出来的，但可以用交流电表量出有效值来。换句话说，杂音电压只能以它的瞬时值的平方的平均值来度量，代表符号为e- N2。此处e\(_{N}\)为瞬时值，“-”代表求平均数。这种雷压的波形，一周和另一周不同，而在每一段较长时间内的e- N2值（如每一秒钟），实际上相同，所以e- N2可以用热偶式电表测量，它的值固定不变。

像图3这种波形是没有周期性的。

我们晓得任何有周期性的波形，可以分成许多正弦波相加，这些正弦波的频率成整数倍数的关系，如图4波形①是有周期性的，它是波形②和③的和，而波形③的频率恰为波形②的一倍。可是无周期性的波，确可以分成为无数的正弦波，彼此频率相差极微，也就是从零到无穷大整个频率范围内，任何一个频率的正弦波都有。这种正弦波的幅度虽小至极顶，但数目是无限大，所以总合起来恰等于一个非周期性波的波形。

为了便于比较起见，我们选择了一个频率为f\(_{1}\)的有周期性的长方形波（甲），和一个无周期性的长方形脉冲（乙）来相互对照一下（图5）。波形（甲）只能分成频率为f1、2f\(_{1}\)、3f1……等的波来，而波形（乙）所含的波，除少数几个频率没有以外，其余由零到无穷大每一个频率的正弦波都有，它们的幅度都小至极顶。

图3所代表的杂音的非周期性的波形，可以根据同样原理分为无数频率不同而幅度相等的正弦波（图6）。换句话说，杂音的能量，在从0到∞的频率范围间是均匀分布的，所以在图上两个相等的频带f\(_{3}\)-f4和f\(_{1}\)-f2内，所含能量相等。如一个电阻用在超短波的回路中，许可通过的频带为7000周，又用在一音频回路中，许可通过的频带还是7000周，那么两回路输出端所含杂音功率是相等的。频带宽度加倍，所含正弦波数加倍，杂音功率也加倍，所以说杂音功率是与频带宽度成正比例的。

我们已经说明了自由电子的热运动在电阻R内产生杂音电功率的情况。杂音功率不仅与频带宽度有关，而且与电阻的温度和阻值有关。温度愈高电子运动愈大，杂音愈大；电阻值愈大，电压降愈大，杂音也愈大。

谐调回路的杂音：一个并联L-C电路当对某一频率调谐时，就相当于一高值电阻。所以一个谐振回路的杂音分析起来和电阻器杂音是一样的（图7）。收音机高放管的栅极调谐回路，在中波广播频带平均相当于一个约为80000欧的电阻。

以上是热运动杂音的缘因。普通广播频带收音机高放级的栅极回路里的热运动杂音约为3微伏。

一个二极电子管内的阴极不断放射着电子，当屏极有正压时就产生屏流。可是我们须注意到管内一个电子对屏流起作用的时候，只是当它正在管内运行的时候，而不是当它已经到达屏极以后，如果当第一个电子以某种速度运行到达屏极的时候，恰好另有一个电子从阴极出发向屏极以同样的速度运行，那么屏流可以没有变化。这样时间的巧合是不可能的，事实上电子由阴极发射出来的情况极不规则，初速也极不一定，所以屏流不断有变化，而且是极不规则的变化。产生这种不规则屏流变化的原因，即不规则的电子放射数量和不规则的电子初速，本质上和电子在电阻内的不规则运动并不相同，但影响屏流的情况从效果上来看，却与栅极回路里的电阻杂音电压相似（图8），并可用同样办法分析它的波形。所以我们时常把电子管当做是理想的，而用一等效杂声电阻接在它的栅极回路来代替。而不同的电子管还有不同的等效杂声电阻。电子管杂音愈大，等效电阻也愈大。

二极以上的电子管，极数愈多，杂音愈大，因为一个电子，能否通过各栅极到达屏极或撞到帘栅极及其他栅极上，情形是很不规则的，使得屏流里每因增加一个栅极就增加新的杂音，所以五极管的杂音大于三极管，而一部收音机里电子管杂音最大的是八极混频管。

以上就是电子管杂音的原因。普通高放五极管的等效栅极杂音电压约1微伏。

一部收音机有很多级，每级都有电子管和各自的回路，所以各极都产生杂音电压，可是愈靠近输出级的杂音电压被放大次数少作用愈小，愈靠近天线输入端的杂音电压被放大次数多作用也大。所以一部收音机的内部杂音，基本上决定于它第一级的杂音。因为五极高放管的杂音比混频管小，所以有高放级的收音机比开始就是混频管的杂音小，收听的质量高。

热运动杂音在回路里对信号电压起调制作用，所以信号放大，杂音也放大，除非信号对杂音的比值在第一级栅极上就很大，否则以后无法改善，所以第一级的栅路是有关键性的回路，在这里信号必定要因谐调作用得到适当的放大。我们假定有一部广播收音机，要它输出够大，输入端应有信号电压约为4微伏，而上面说明了第一高放栅极的杂音电压总共也很接近于4微伏，平均广播信号的调幅度不过30%，4微伏的信号载波电压只相当于1.2微伏的调制电压，所以有用的调制电压比起杂声调制电压大约还要小三倍，可是一般还有可能听到很好的声音，就是因为4微伏的信号载波电压，到第一级电子管的栅极以前，已经被输入谐调回路升高到约50微伏的缘故。

因为频率愈高，调谐回路总阻愈小，所以回路杂声也愈小。短波收音机从6兆周开始的频带，回路杂声电压就降低到了1微伏。所以频率低的时候限制收音机灵敏度的是回路杂声电压，而到了频率高的时候（20兆周以上），限制收音机灵敏度的完全是电子管杂音。 (汤国权)