电源-Ⅰ

在短短的15个月里，汉们已经把从矿石机到超外差式5灯收音机的简单原理和制作方法，作了一个扼要的介绍。这里要谈的是收音机的电源问题。

采用电子管的收音机，不管它是直流的或是交流的，至少要由外部供给它两种高低不同的电压：一种是供给电子管灯丝用的低压（例如1.5伏，6.3伏）；另一种是供给电子管屏极和帘栅极的高压（例如90伏，250伏）。对交流收音机说，灯丝电源可只用交流，也可以用直流；但对直流收音机说，灯丝如用交流，就会引起交流声。而屏压和帘栅压，不管那种收音机，都非用直流不可。

电池式收音机用的电源，一般是用干电池或蓄电池供给的。我们日常使用的干电池，是用炭精棒做阳极，锌皮做阴极，中间填充含有二氧化锰的去极剂和含电解液的糊质。这种电池使用方便，体积小，适于断续使用，目前电池式收音机里差不多都采用这种电池。

干电池不管它的体积大小，每一节的电压都是1.5伏左右，可以用作收音机的甲电，供给灯丝电压．但灯丝消耗电流大，要选用电池容量较大的6号电池（高约150公厘，直径约63公厘），比较耐用经济。把30节到60节小型甲电串联起来，就成为供给电子管屏压和帘栅压45伏或90伏的乙电了。市售的乙电就是用小型甲电串联而成的。甲电和乙电市上无线电料行都有出售。

干电池是一种一次电池，电用完后不能恢复。有人想出使干电池充电的办法，可以延长使用寿命（见本刊1957年第11期），但等到锌皮烂掉，就无法再充了。

有些地区的市镇没有直流发电厂（电灯厂），在晚间开机供电，这样就可以利用蓄电池，不过电厂供给的直流电一般都是110伏电压的，这对于低电压容量较大的甲电池来说充电很不方便。在这类的电源上最好是使用串连丝极式的交直流电池三用式收音机，配上一组90伏的高压蓄电池，这样白天放电夜晚充电很是方便。蓄电池放电特性好，价也不贵，购买容易，是一个比较经济的办法。如果电厂供给的是交流电而且也只在晚上供电，那就需要用硒堆整流器将交流变为直流再行充电，这类整流器的设计方法以后讨论。

国产北京牌直流电子管额定灯丝电压是1.2伏，屏压60伏，用2伏蓄电池供给丝压时电压太高，要在灯丝回路里串联一个降压电阻或可变电阻，把多余的电压降掉这个电阻可用欧姆定律计算：

式中R是降压电阻，E\(_{1}\)是蓄电池电压，E2是灯丝额定电压，I是所有电子管灯丝的总电流。例如上—期讲座里的直流4管超外差式收音机，如果改用2伏蓄电池作为灯丝电源时，加接的降压电阻

可用一5欧1瓦的电阻或10欧的可变电阻加以调节。

市售乙电干电池有45伏和90伏的，也有一种小型 的乙电是67.5伏的。乙电池自制也很简单，可以买手电筒用的单节电池用铜丝焊接相互串联。每一节电池电压为1.5伏，用40节串联就成为60伏的乙电池了，可以供给国产直流电子管的屏压。

干电池和蓄电池使用上很简单，只要根据收音机的规格和要求（例如丝压、屏压）购买电压相符的甲电和乙电就行了。不过要特别注意电池的各根接线不能接错，如果错把乙电正极接到收音机甲电的接线柱上，常常会在顷刻之间把所有电子管全部烧毁。这一点对装置直流收音机的读者，要千万警惕！

交流收音机的电源在使用上比电池式的更为方便省事，也没有烧毁电子管的危险。但是市电电源一般是110状或220伏，对灯丝（例如6.3伏）显得太高，对高压（例如250伏）有嫌不足；而且电子管的屏极和帘栅极要求的不是交流电而是直流电，所以交流收音机要比电池式收音机多一部分“变电”的设备——把电源电压变低或变高；把交流电变成直流电——去满足各个电子管对供电电源的要求。

变电设备实际上由电源变压器、整流器和滤波器三部分组成，习惯上统称整流器。电源变压器是根据不同电子管的需要，把交流市电提高或降低到我们要求的数值；整流器把交流电变成跳动的单向电流——脉动直流；滤波器再把脉动直流变成平稳的纯粹直流。为了叙述方便，我们先谈整流器。

整流器 在谈到整流器前，不妨先来温习一下交流电的原理。当我们把一根导线串联一定的电阻接到—个电池的两极时，导线上就通过—个稳定的直流，方向是从电池的正极趋向负极。这样的电流是标准的直流，叫做纯粹直流。如果我们把接在电池上某—极的导线很快地不断拉开和接通，这时导线内电流流动的方向虽然不变，但电流的大小不再稳定，而是像我们血管里血液的流动一样跳动，我们叫它做脉动直流。如果极快的速度不断地来回变换电池两极接线的位置，那末导线里通过的电流不但数量（大小）起伏跳动，而且它流过导线的方向也随着电池极性的转换而不断改变。这样的电流叫交流。因此我们说：1．纯粹直流是方向和数量（大小）都是恒定不变的电流；2．交流是方向和数量不断改变的电流；3．脉动直流是方向不变但数量不断变化的电流，可以把它看作—个纯粹直流和一定数值的交流混合作（图1）。

标准交流电的波形是按照正弦定律变化的，叫做正弦波。交流市电的波形和它非常相象（图1丙）。从图中可以看出，交流市电每变化到一周的第1/4 的时间，它的强度达到最大值，以后逐步下降至零，再沿反方向增加；到第3/4周的时间到负方向的最大值，以后又降至零。如此周而复始，循环不已（国内交流市电是50周，即每秒钟内有50个正负最大值）。由于交流电的大小随时都在变化，它的电压和电流值就不能象直流电那样可以用简单的数值来表示。交流电有4个意义不同的数值，那就是：1．峰值（电压E\(_{M}\)或电流IM），它是交流电的最大值，2．有效值或均方根值（E或I），它的定义是比较交流和直流电通过同一电阻时产生的热量，如果两者产生的热量相等，这时直流的强度就代表交流的有效植。 3．平均值（E\(_{AV}\)或IAV），交流电半周内各个时间强度的平均值，4．瞬时值（e或i），交流电在某一时刻的强度。它们之间有下列关系（以电压为例，电流相同）：

式中ω=2πf，π=3.1416，f=频率（周）T=时间，以上公式很重要，最好记牢。

整流器是一种单向导电的元件，它只允许电流顺着一个方向流过。任何物体能满足这个条件的都可以做整流器。收音机里用得最多的是热阴极电子管（整流管），也有少数用半导体元件（如硒整流器或叫硒堆）。

整流管是靠阴极放射电子导电的，它能够通过的电流强度和管内空间电子的密度以及吸引它的屏极电压的高低有关。收音机里用的整流管管内是高度真空的，内阻较高，管内电压跌落（电压降）较大。但是它的优点是工作情况不随环境温度变化，可靠度较高；他因为内阻高，短时间的过荷不致造成损失。

和一切半导体整流器一样，硒整流器的特点是不需要额外的灯丝电源，构造坚固，寿命比电子管长得多。缺点是环境温度不能太高。

除了上面所说的整流器以外，例如汽车收音机用的振子整流器，电解式整流器等等，由于使用不广，我们就不一一加以说明了。

一个整流元件性能的好坏，决定于下面几个参数：1．整流元件所能承受的最大反向（反峰）电压，2．正向能通过的瞬时最大峰值电流，3．输出的最大直流，4．在正常工作下能忍受的环境温度。这些参数在整流器的设计上非常重要。

加到整流元件两端的被整流的交流电压，每一周内极性变换一次，在某—半周时被整流的交流电压的极性和整流元件的极性相同，整流元件导电；另半周时交流电压的极性变换后和整流元件相反，整流元件不导电，这时加在整流元件两端正负极性颠倒的交流电压叫做反电压，它的峰值（反峰电压）是有效值的1.414倍到2.83倍，要看整流器的线路而定。如果反峰电压超过了整流元件所规定的数值，整流元件就要被打穿损坏。正向峰电流是某一瞬间能安全地通过整流元件的最大电流，它可以超过输出直流最大值的3.1416倍。输出的最大直流就是整流元件所能长时间供给负荷的最大直流。工作温度对于高真空的整流管意义不大，但对半导作整流器就要考虑，硒堆一般的环境温度不要超过35℃，内部温度不要超过60℃ 。

整流元件的各种不同接法整流元件按照不同的需要，有多种多样的接法。最简单的是半波整流，比较复杂的是中心抽头式全波整流，这是收音机里最常见的两种接法，也有少数收音机里把整流元件接成桥式全波整流和倍压整流的。

1 ．半波整流 半波整流是最基本的一种整流方式，图2甲就是这样的一种线路。从电源变压器T次级输出的交流电压跨接在整流元件V（这里是一个整流管）和负荷R\(_{L}\)的两端；假定被整流的交流电压在某一半周内A端为正，B端为负，整流管的屏极就吸收阴极放射出来的电子，电流方向是从A点到屏极、C点、D点（负荷RL）和B点再回到A点；另半周时A、B两点极性正负对换，A点变负，B点变正，屏极电位比阴极为负，拒斥从阴极放射出来的电子，回路里就没有电流通过，V1停止工作。等到被整流的交流电源的极性再度变换，A点重新变正，B点重新变负，整流管又开始导电，电流仍旧顺着A、C、D、B各点的方向流动回到A点。所以尽管供给整流管的是交流电压，而通过负荷B\(_{L}\)的电流方向却始终是从C到D，也就是说完成了整流工作。把交流电变成了单向脉动的直流电了。图2乙是半波整流器输出的脉动直流电的波形。

半波整流只利用交流电的一个半周，另半周没有利用，所以每—周内只有半周有输出，另半周没有输出，效率低，要把它变成平稳的直流比较困难。

半波整流器输出电压的波纹频率和交流电源的频率相同。如果负荷是纯电阻？输出电压只有被整流的交流电压（有效值）的0.45倍，反峰电压和被整流的交流电压的峰值相等，即有效值的1.414倍；如果负荷并联有电容器，像通常整流电路那样，反峰电压最高可达电源电压的2.8倍。

2．中心抽头式全波整流 把两个半波整流器合起来，使被整流的交流电压的每一半周都能利用，效率就可以提高。这样便构成了我们所谓的中心抽头式全波整流器（图3甲）。

全波整流器的工作原理基本上和半波整流器相同。假定电源变压器次级线圈上A点的电压为正，C点为负；B点对A点为负，对C点为正，也就是V\(_{1}\)管屏极较阴极为正，电流从A点流出经过V1管、D点、E点（负荷RL）和B点回到A点；而V\(_{2}\)管屏极的电位比阴极为负，不能工作，没有电流通过。在另半周时，A 点电压变负，C点变正；B点对A点为正，对C点为负，V2管工作，电流从C点流出沿着V\(_{2}\)、D点、E点和B点回到C点，而V1管阴极较屏极为正，不能工作。

从上面解释说明了全波整流是用两个半波整流器轮流工作的，它的输出波形等于半波整流器输出波形交叉后相加（图3乙）。因此，不管V\(_{1}\)工作或V2工作，负荷里一直都有电流流动，而且流动的方向始终是从D点到E点，也就是说完成了整流工作。

接到全波整流器上的被整流电压要2倍于半波整流，并且没有输出电压的时间极短，波纹频率等于电源频率的2倍，要把它变成平稳的直流电比较容易。在同样的滤波和负荷情形下，它的输出电压比半波整流高，在负荷是电阻或扼流圈时，为被整流的交流电压的0.9倍。

全波整流器里每一整流元件受到的反峰电压，要比半波整流器里整流元件受到的反峰电压大2倍（在电阻负荷时）。原因是一个整流元件导电时（例如图3甲里V\(_{1}\)工作时，等于把阴极和A点接通〕，A、B两点间的峰值就全部加到另一整流元件（例如V2）的屏阴极上。

3．桥式全波整流 这种整流器要用4个整流元件，电源变压器不需中心抽头，线路见图4。

图中加到整流元件（假定为半导体如硒堆）上的交流电压如A点为正，C点为负，由于整流元件的单向导电特性，电流只能从A点向B点流动，而不能通过A点流向D点；到达B点的电流同样也不能问C点流动而只能通过负荷R\(_{L}\)向D点流动，再经过C点回到A点，这时硒堆1、2工作，3、4休息。在另一半周，A点变负，B点变正，电流流通的方向就改由C点到B点，再由B点经负荷RL到D点，通过A点回到C点。这时硒堆3、4工作，1、2休息。可是不管那两个硒堆工作或休息，负荷内终有电流通过，而且方向始终是从B点到D点，因此完成了交流电变成脉动直流电的工作。

桥式全波整流线路输出的电压、电流、波形、波纹频率都和中心抽头式全波整流器一样，但是反峰电压只及中心抽头式全波整流器的一半，即电源变压器次级线圈两端电压的1.414倍。

4．倍压整流 有些不用电源变压器的110伏收音机，为了获得足够的音量，常常把整流元件接成把电源电压升高2倍的倍压整流线路，以提高供给末级强放管屏极的直流电压。倍压整流线路也有半波和全波整流的分别，图5是全波倍压整流的线路。

假定供给的电源电压A点为正，B点为负，V\(_{2}\)管阴极直接A点，它的屏极经C2接到B点，因此，屏极比阴极为负，不能工作；而V\(_{1}\)管阴极经C1接到B点，屏极直接A点，屏极比阴极为正，管内就有电流通过，流通的方向是从A点经V\(_{1}\)、C1回到B点，于是C\(_{1}\)被充电。充电电压在无负荷时为电源电压的1.414倍。在电源电压的另半周时，A点变负，B点变正，V1不工作，V\(_{2}\)工作。电流从B点流出经C2、V\(_{2}\)回到A点，使C2充电。充电电压也等于无负荷时电源电压的1.414倍。在V\(_{1}\)工作时，电流是V1的阴极流向B点，C\(_{1}\)的极性上端为正，下端为负；V2工作时，电流从B点经C\(_{2}\)流向V2，C\(_{2}\)的极性也是上端为正，下端为负。所以加到负荷RL上的电压是C\(_{1}\)、C2串联后放电电压之和，这个电压的高低要看负荷电容器的容量和整流管的内阻大小而定，约在1.8－2.5之间。 可见倍压整流是利用接在整流管输出端电容器的充放电作用而使电压提升的。要想得到比较稳定的电压，C\(_{1}\)、C2的容量要大，整流元件的内阻要小 。

全波倍压整流线路输出的波纹频率是电源电压的2倍，每一整流元件受到的反峰电压等于电源电压的1.414倍。（珣）