直流放大器

直流放大器是能够放大变化缓慢的直流电压的放大器。这种放大器广泛地用在电子稳压线路、量测线路和自动控制线路中。直流放大器与低频放大器的主要区别是级间耦合的方法不同。

要使电阻电容耦合的放大器能良好地工作，必须使级间耦合电容器在工作频段中的阻抗小于下一级电子管控制栅路中的电阻。随着频率的减小，实现这个条件就变得极其困难。而当频率减小到几十和几百分之一周时，就不可能实现上述条件，因为要让这样低的频率通过，级间耦合电容器的电容量势必大得不能实现。这里用变压器来耦合同样是不合适的，因为对于这样低的频率，变压器的阻抗接近零，等于把下级放大器栅一阴极间短路，因而放大器的增益等于零。

这样看来，对直流放大器级间耦合元件的要求是：

（1）它能传送变化缓慢的电压；

（2）同时能保证第二级电子管的工作点处在所需的位置上，电池能满足上述的要求，可以充当这样的元件。

图1就是用电池E\(_{c}\)作为级间耦合元件的直流放大器。当这个电池的电压Ec选择得比电子管V\(_{1}\)的屏压ep刚好大一个电子管V\(_{2}\)所需的栅偏压时，即ec=E\(_{c}\)-ep时，电子管V\(_{2}\)便能在没有栅流的状态下不失真地放大电子管V1屏极上的变化。

上述直流放大电路有着下列严重的缺点：

（1）每级的栅路和屏路分别使用两组各自独立的电池。在两级放大的电路中，即使不把点燃灯丝的电池算在内，就需要4组电池。随着级数的增加，所需的电池组也就相应地增加，而且后面几级的级间耦合电池的电压必须很高，才能满足E\(_{c}\)=ep+e\(_{c}\)的条件。

（2）极间耦合电池与地之间的寄生电容并联在栅阴极之间，因此放大器在高频时的增益急剧下降。为了避免这种现象，必须仔细地屏蔽级间耦合电池。

（3）这种直流放大器对电源稳定的要求很高，否则它的输出电压变动很大。如果电子管V\(_{1}\)的屏压eP由于电源的不稳定而变化，譬如变化0.5伏，那么当第二级的增益为30时，输出电压便变化15伏。在通常的电阻电容耦合的放大器中，同样的屏压变化几乎并不影响输出电压，因为电子管V\(_{1}\)的工作状态实际上并不变化，而断流（级间）电容器又使屏压ep的变化不能直接作用在电子管V\(_{2}\)的栅极上。

图2是用分压器耦合的直流放大器。这个电路的优点是：不论有几级放大级，电池组一共只需两个。第一放大级的栅偏压很小，可以用自偏压得到。电池组E\(_{p}\)用来供给所有各级的屏极电源，而各级的栅偏压则取自与电池组Ep、E\(_{c}\)并联的各该级的分压器。

由图3的等效分压器中可以看出：移动分压器的滑臂总能找到这样一个位置，使C点的电位等于O点的电位，这就相当于零偏压。同此，当构成分压器的电阻R\(_{3}\)、R4和R\(_{5}\)的数值选择得适当时，就能使电子管的偏压等于零。

电阻R\(_{4}\)和R5可用下列公式算出：

R\(_{4}\)=R3\(\frac{e}{_{p}}\)+ecE\(_{p}\)-ep（1+R\(_{3}\);Rp）'

R\(_{5}\)=R3\(\frac{e}{_{p}}\)-ecE\(_{p}\)-ep（1+R\(_{3}\);Rp）\(^{0}\)

式中R\(_{p}\)是电子管的内阻。

分压器耦合放大级的增益比电池耦合放大级的小，因为这里的屏极负荷电阻R\(_{3}\)与电阻R4、R\(_{5}\)并联而减小。此外，加在V2栅极上的电压仅是电子管V\(_{1}\)屏压交变分量的一部分，这一部分电压取决于这两个电阻间的比值。

图4中绘出用色子管6SJ7构成分压器耦合的两级直流放大器的实际电路。这里应用了负回授，以增加放大器工作的稳定度，并扩展均匀增益的频带宽度。负回授是由电阻R\(_{6}\)来实现的，它的一头接电位器R8的滑动触点，另一头接电子管V\(_{1}\)的阴极。当频率在20千周以下时，这个电路的增益等于100。取消负回授电路大约可将增益提高13倍，但频带则缩短到2千周。

为了克服电源电压的波动而引起输出电压不稳定的现象，可以采用图5所示的推挽电路。由于流过电阻R\(_{5}\)和R6的屏流因电源电压波动所引起的变化相等，方向相反，刚好抵消，所以在没有信号输入时，输出电压等于零。而当有信号输入时，输出电压便等于电阻R\(_{5}\)、R6上电压降变化的总和。由图5上可见看出：两个推挽级的电子管阴极处于不同的电位，所以在使用直热式电子管的情况下，必须用单独的灯丝电源，而在旁热式电子管的情况下，两推挽级电子管的灯丝最好分别由两个独立的线圈供电。

图6是推换式直流放大器的实际电路。图中第二级电子管V\(_{2}\)的阴极电路中接入一个数值很大的电阻R6和R\(_{7}\)，因此电子管V2的阴极电位比前一级电子管V\(_{1}\)的阴极电位高，这就保证了电子管V2的工作点处于所需的位置上。这种放大电路的增益等于800，通带为5千周。用电阻R\(_{6}\)、R7构成的电流负回授，保证了放大器工作的高度稳定性。

用充气二极管（如氖管MH－7）作为耦合元件（图7），可提高放大级的增益。我们知道：在充气二极管和电阻串联的支路上加上一定范围内变化的电压时，流过支路的电流也就变化，但充气二极管上的电压降却保持不变。因此，充气二极管和电阻串联的支路也是一个分压器。当电子管V1的屏压变化时，基本上只能使电阻R\(_{2}\)上的电压起变化。同时加在电子管V1屏极上的直流电压大部分都降落在充气二极管上，仅一小部分降落在电阻R\(_{2}\)上。因此就不必用电压很高的电池来产生栅偏压，只要在阴极电路里接上一个数值不大的电阻R3便行了。电阻R\(_{2}\)应远小于充气二极管的直流电阻，但应大于它的交流电阻。

充气二极管是依靠电离后的气体分子导电的。由于电离气体分子需要一定的时间，所以流过充气二极管的电流的变化略滞后于加在它上面的电压变化。于是充气二极管可看成是电感性的，即它的阻抗随频率的增高而增加。这种情况限制了放大器在高频时的增益。充气二极管及电阻R2对前极屏极负荷的分路作用使第一级的增益降低，是这种线路的缺点。

为了消除上述缺点，可以加接一个三极管，而将充气二极管与电阻串联的支路接在它的阴极电路中（图8）。由于具有阴极负荷的电子管的输入阻抗非常大，所以实际上并不减小前一级的负荷，前一级的增盎也不致下降。既然第一级的增益相当大，所以这里宜用工作电流大和稳压范围大的充气稳压管来代替工作电流小，稳压范围小的氖管。

直流放大器的电源电压不仅应该稳定，而且内阻要小。如果内阻很大，那么经过电源电路的正回授，放大器可能自激。用通常的去耦滤波器或电容器和电源并联，并不能消除自激。由于蓄电池的内阻远小于干电池的内阻，因此应该尽量采用蓄电池。应当注意：电池长期放电（或长期存放）后，它的内阻会增加到原来的几十倍。用这样的电池来供电，放大器就可能产生自激当用交流市电供电时，应当使用内阻为几分之一欧的有电子管稳压的整流器。灯丝电路最好用铁磁谐振稳定器供电。应用负回授，便能大大减弱电子管参数和电源电压变化的影响。在图1的线路中可以引入一个数值在几千欧的回授电阻（用虚线画出）。

经验告诉我们：强烈的阴极漂动（阴极活动性和电极间接触电位差的变化引起电子管特性偏移的观象）发生在电子管最初工作的几百小时内，所以第一级电子管在装置之前，最好先点燃几十小时。随着屏压和帘栅压的下降，电子管的阴极漂动便显著地降低。不论是应用负回授或应用推挽线路都不能显著地减低阴极漂动的影响。

各种不同型式和牌号的电子管的阴极漂动各不相同。因此，装置直流放大器的电子管必须经过挑选。最好能事先用试验器挑好一套备用的电子管，这样更换电子管时就不必再调整放大器了。

消除所有上述原因对线路工作的影响，实际上是困难的，所以放大器输出端的电压在运用过程中要在某个范围内变化。输出电压的零位调整，可利用接在放大器输出电路中具有分压器的补偿电池去进行，如图9所示。零位调整是在放大器输出端短接时进行的。

最后应当指出，除按上述线路组成的放大器外，还用所谓载频放大器来放大直流。其中变化缓慢的输入电压控制辅助的交变电压的振幅。以后再以通常的放大器线路去放大此交变电压。辅助的交变电压的电源可以是单独的稳定的振荡器。在线路的输出端接上检波器，检出与载频振幅的变化成正比的、也就是与输入电压的变化成正比的电压。应用这种线路就没有放大变化缓慢的电压的种种困难。载频放大器可以放大远小于由阴极漂动所引起的电压变化的电压。载频线路的缺点是比较复杂。（天迪 译自苏联“无线电”杂志本刊改编）