带有一级和两级低频放大级的二管三管收音机,它的工作方式如图1。图中的调谐回路、检波级和单管机相同,只是在检波后多添一级或两级放大,将检波后的音乐、语言(信号)加以放大,由喇叭输出,供多数人收听。为了了解二管三管收音机的放大情形,我们先简单介绍一下电子管的工作原理。

1.电子管屏极电流的控制方法
同一个电子管可以作多种不同的用途,主要是由于栅极的控制作用。
二极管的灯丝上加以正常的电压后,就能发射一定量的电子。如果电子管的屏极也加上一个正电压,电子管内部的屏极和阴极之间就产生一个电场,这个电场能吸引电子奔向屏极,产生屏极电流。
电子管的屏极并不一定能把所有阴极放射出来的电子全部吸收,吸收的多少(也就是屏流的大小)要看屏极对阴极形成的电场强度来决定,屏极电压愈高,被吸的电子愈多,屏流愈大。这种屏压和屏流间的关系常是经过实验,用一条曲线记录下来,作为研究电子管工作的根据。图2是电子管2Д2C的屏极特性曲线,可以作为一个例子。从图中可以看出,当屏压为20伏时,屏流为18毫安;屏压为40伏时,屏流为29毫安。但是屏流并不是随着屏压无限地增加。当屏压超过60伏时,屏流几乎不再增加而达到饱和。这是由于阴极所放射的电子已全部被吸收的原因。

如果是三极管的话,它的内部多了一个栅极,这时屏流就会受到双重控制(屏压和栅压):栅压保持一定值不变时,屏流就单独地受屏压变化的影响而增大或减小;在屏压保持不变时,屏流就只受栅压的控制。下面解释栅压控制屏流的情形。
如果栅压保持一个固定值而让屏压变化,屏压愈高,它和阴极之间所形成的电场强度愈大,屏流愈多,但到饱和点后屏流就不再增加,这和两极管完全一样,可以用一条屏极特性曲线来表示。不过要加以说明,指出栅压的数值(图3)。如果屏压保持一定值而变化栅压,也能控制屏流,因为栅极加上电压后,它和阴极之间也产生一个电场,这个电场和屏极所产生的电场如方向相同,就帮助屏极吸收电子,使屏流加大,如电场方向相反,就拒斥电子,力图不让电子穿过栅极,于是屏流降低。因此,当栅压变化时,拒斥或吸引电子的能力也随着改变,就起到控制屏流的作用。栅极控制屏流的特性也能用如图4的一条屏栅极特性曲线来表示,在曲线上也要注明屏压的数值。


这类同样的曲线可以画出很多。给出一个栅压,就能画出一条屏极特性曲线。这样,在不同的栅压下就能画出许多条屏极特性曲线,这些曲线称为“屏极特性曲线族”(图5)。同样的道理,每一个指定的屏压都能画出一条屏栅极特性曲线,得出屏栅极特性曲线族(图6)。这些曲线都是应用电子管的根据。


四极管和五极管控制屏流的方法,基本上也和三极管一样。
栅极能控制屏流,屏极也能控制屏流,究竟这两个电极那一个的控制能力大,只要研究一下电子管的特性曲线就明白了。
以6C5为例,当屏压是250伏时,栅极电压应是-8伏,如果这两个电压不变,屏流是8毫安(图5的A点)。这时我们想使电流减到6毫安的话(变化2个毫安),可有两种方法:减低屏压或是增加栅负压。如果改变屏压,就要由250伏减到230伏(图5的B点),变化20伏;如果改变栅压,只要变动到-9伏左右(图60的C点),只变化1伏。这说明栅极的控制能力要比屏极大得多,栅压变化1伏相当于屏压变化20伏。
2.怎样才能把信号(语言、音乐)放大
音乐和语言(信号)都可以看作是随着时间起伏变化的正弦曲线(图7)。如果把这个信号电压加到电子管的栅极上,那么电子管的屏流就会随着信号而大小地变化。这时再把负荷(电阻或喇叭、耳机等)接到屏极回路中,屏流变化时,负荷上就得到放大的信号。信号电压究竟放大了多少,可以很容易地由欧姆定律求出。如仍以6C5为例,当屏压保持250伏不变,假定负荷电阻为10000欧,信号电压起伏地在-10伏到-8伏之间变化(图8)时。当信号为-10伏,屏流是4.5毫安(由图6的D点看出),负荷上的电压降是4.5毫安×10000欧=45伏;信号是-8伏时,屏流是8毫安(图6的A点),负荷两端的电压为8毫安×10000欧=80伏。于是信号变化时,负荷两端的电压变化范围是80-45=35伏。这样,只有2伏变化的信号经过电子管放大后,就得到35伏的信号。


当然,实际的情形要比这里的解释复杂一点,因为在这里我们没有把屏压的变化考虑进去。实际上负荷是有电压降的,当负荷的电压降改变时,屏极上的电压就不能保持不变,不过为了说明放大作用的本质,利用这个不十分严密的解释还是可以的。
3.电子管放大器的输入和输出电路
未经放大的信号怎样输入到电子管呢?又怎样由电子管将放大后的信号输出到负荷呢?这是靠输入和输出回路。
输入回路 ①最简单的输入回路(图9)是“直接输入”式,就是把信号电压直接加到栅极和阴极之间。当信号电压变化时,栅压变化,屏流就发生变化,得到放大的信号。这种回路的电子管在工作时,由于阴极发射出来的电子碰到栅极上,就会堆积在那里,使栅极变为负电位。如果时间长了,堆积的电子增多,栅极电位更负,最后阻止屏流通过,破坏了放大作用,因此很少采用。

②阻容输入回路:在栅极和阴极之间如图10加接一个1兆欧左右的电阻,凡是由阴极射到栅极上的电子都能由这个电阻回到阴极,不让它堆积在栅极上(所以常称它为栅漏电阻);另外,信号电压是经一个耦合电容器C再接到栅极,这样就可以把信号中没有用的直流成份分离开。这个电容器一般是0.05微法左右。

③变压器输入回路:将变压器的次级线圈接到栅极和阴极之间,而信号电压则加在变压器的初级线圈上(图11)。虽然初级和次级线圈没有直接相联,但由于电磁感应,信号电压加到初级线圈后,就能在次级感应出一个形状和它一样的信号加到栅极上,甚至感应的电压比原来的信号电压还要高,所以这种回路可以使放大器获得更大的输出。

输出回路 输出回路和输入回路是相似的。
①直接输出回路:把负荷(喇叭耳机等)直接接到电子管的屏极是一种最简单的输出回路(图12),它的缺点是在负荷中除了信号电流之外还有没有用的直流。

②阻容输出回路:这种线路现在用得最多,如图13。屏极输出的信号电流在电阻R上产生了电压降,经过耦合电容器C输送到负荷。它的优点是可以将没有用的直流成份分开,不使流到负荷中去,另外是价格低廉。但是它也存在着不可免的缺点,就是电阻上产生的电压降很大,消耗功率,影响了工作效率。

③扼流圈输出回路:把图13中屏极回路里阻值很大的电阻R取消,换上一个直流电阻很小的扼流圈L,就可以克服阻容输出回路中电阻上电压降过大的缺点(图14),电子管可以得到较高的屏压(或是电源电压可以低些)。但它的缺点是扼流圈价格较贵,而且笨重。

④变压器输出回路:变压器输出回路如图15,它的特点除了和扼流圈相似以外,还有一个更大的优点,可以使电子管和负荷之间得到满意的匹配。

因为只有在负荷的阻值和电子管所要求的一样时(匹配)才能获得最好的效果(例如音质好、输出大等等)。但是负荷的阻值却不是都能满足电子管的要求的,例如电动式喇叭只有几欧,而电子管要求的负荷是数千欧,怎么办呢?解决的方法就是利用变压器。合适的变压器能够使负荷和电子管达到匹配,获得优美效果。
两级放大器间的耦合方法 上面所谈到的输入和输出回路,如用在两级放大器之间,就成为级间的耦合回路。一般收音机除了不用直接输入式外,其它的几种回路是常用的。因此,耦合回路可以综合成三种:①阻容式,②扼流圈式和③变压器式(图16甲、乙、丙)。阻容式因为便宜,音质好,用得最多。



4.放大器的失真问题
由上面的事实可以看出,只要有一个信号输入到栅极并在屏极接一个适当的负荷就能得到放大的信号。如果这样想那就只对了一半,问题是并不那么简单的。如果随便地把一个信号电压输入到栅极,在屏极负荷上得到的放大了的信号,很可能和原来的信号形状完全不同(无线电工程中称这种现象为“失真”或“畸变”)。它的原因主要是因为屏流和栅压的关系不是直线性的缘故。以一个典型的电子管屏栅极特性曲线(图17)为例。这条曲线可分为四部分:起始的弯曲部EA,无失真的直线部分AB,过渡的弯曲部分BC和饱和的直线部分CD。如果信号电压是在A点左右摆动,电压增加时会使屏流增加很多,但电压减少时,屏流却减小得很少,于是屏流和输入栅极的信号电压的形状就不完全一致,上半部大而下半部小(图18),产生失真。


同样,如果信号电压在B点左右摆动,失真情形和图18相仿,不过这时上半部放大得小而下半部放大得大(图19)。

因此,只有让信号电压在直线部分AB的中点F左右摆动时,屏流才和栅压一致(图20)。所以要获得不失真的输出,一定要使输入电压工作于电子管的直线部分。

一般说来,信号电压都是在O的左右摆动,但是要使它能工作于电子管的直线部分,就不得不把它偏移一下,从O点移至F点(见图20)。这种偏移手续是靠加一个负的电压在电子管的栅极上获得的。所加的负电压在无线电工程上称为“栅负压”或“栅偏压”。对于每一个电子管所要加的栅负压到底多大,都可以从电子管的特性表中查到。
栅负压怎样加到栅极上呢?最简单的方法就是利用电池。将它的正极接在电子管的阴极上,而负极接到栅漏或变压器上,这样栅极就得到了一个负电压(图22)。这种方法多只用于电池式收音机中。由于栅极没有电流,所以只要这个电池不霉烂,可以用得很久。另一种供给负压的方法是“自给式”,电压是从乙电池中取得,线路见图23。把一个电阻(称为丙电阻)串联到乙电池负端和电子管的阴极之间。其中图甲是丙电阻只供一个电子管负电压的情形。当电子管的屏流经电阻R,电流方向是由电池正极经屏极而阴极再经电阻回到负极,在电阻上产生了电压降,“1”端的电位比“2”高,即“1”为正,“2”为负。如果把栅极电阻或变压器接到2的话,那么栅极就得到比阴极负的电位。


图乙是多个电子管合用一个丙电阻的情形。各个电子管的屏流都经过这个丙电阻而回到电池负极。1端的电位比2端高,各电子管的栅极接在电阻上的适当抽头上,就能得到适合的负电压了。
丙电阻值的计算可以用欧姆定律,即R=E/I,R是所求的电阻数值,E是所需要的栅压负电压值,I是通过这电阻的总电流。下面是计算方法的举例:
(1)6C5屏压为250伏,屏流为8毫安,栅负压需要-8伏,求丙电阻值
R=8伏0.008安=1000欧。
(2)一放大器由6C5和6V6组成,屏压250伏,6C5屏流为8毫安,6V6的总电流为50毫安。6V6栅负压为-12.5伏,6C5栅负压为-8伏。求丙电阻
R=12.60.05+0.008=200欧。
实际上在丙电阻的两端还常并联有一个容量很大的电容器,使信号电流不经过电阻,不受损失。这个电容器的容量大约是10—20微法。(义)

