低频放大的实验

🏠 首页 《无线电》杂志 1959年 🔗 第5期 🔗 第34页 分类:想想看 🔗 之铭 🔗

前几期里,我们谈到了检波器的实验。在实验中大家会发现光用检波器收音,声音是不够响的。下面我们再进行另一个实验:把检波后的声音加以放大。因为音乐和语言的频率都在10,000周以下,比无线电波的频率低得多,所以这种频率叫低频,放大这种频率的放大器叫低频放大器。

低频放大器的种类很多,有“甲类放大”,“甲乙\(_{1}\)类放大”,“甲乙2类放大”,“乙类放大”等。收音机里常用的是甲类放大。

甲类放大的特点是栅偏压(或工作点)选用在屏流栅压曲线上直线部分的中点(图1甲),不论有无信号输入,栅极始终带负电,因此没有栅流,栅极上不需要推动电力;输出和输入波形相同,没有失真。而且不论有无信号输入,都有屏流,放大效率低。

乙类放大的特点是栅偏压选在屏流栅压曲线的截止点附近(图1乙),只有输入信号在正半周时才有屏流,负半周时屏流被截断,所以输出波形只有输入波形的一半,失真大,要用两只电子管作推挽放大以补全缺少的另一半波形。乙类放大在输入信号最大时,产生栅流,需要推动电力,输入阻抗低。但这类放大器的效率高。

甲乙\(_{1}\)类与甲乙2类放大的特点是介于甲类和乙类放大之间的,甲乙\(_{1}\)放大和甲类相近,在最大输入信号时也无栅流,即栅极始终带负电。但栅偏压较甲类放大时的高(图1丙),因此屏流较小,屏压可以用得较高,借以提高放大器的效率。它比甲类放大效率高。甲乙2类放大和乙类相近,在最大输入信号时,栅极带正电(图丁),效率又比甲乙\(_{1}\)类高。这两类放大的输出波形都切去一小半,也要用两只电子管作推挽放大。

图1
图1 🔍原图 (516×1476)

从放大器和前级交连上看。又有电阻、电容交连,变压器交连以及用低频扼流圈和电阻、电容组成的总阻交连等,平常用得最多的是电阻、电容交连,其次是变压器交连。

甲类放大的实验

1.电阻、电容交连放大

实验用材料 再生式单管机一架(例如上期本栏所介绍的),2П2П电子管一只,小七脚管座一只,250千欧和500千欧电阻各一根,0.01微法固定电容器一只,4000欧耳机一付,另外,1.5伏甲电,3.5伏丙电,60伏乙电各1只,接线柱8只。

图2
图2 🔍原图 (748×400)
图3
图3 🔍原图 (608×391)

实验方法 用木条钉一底架,照线路图2甲把另件装在图3的底架上。线路接好后,先用单管机收听一家电台(收听时注意声音的响度,以便在加接放大器后比较),然后把收音机上原来接耳机的接线柱改用导线与放大器的输入端相连(单管机耳机的屏极接线柱接R\(_{1}\)上端,乙+接R\(_{1}\)下端),耳机改接到放大器的输出端,接上各个电池,收音机上的电源接线柱也用导线和放大器上相应的电源接线柱相连,耳机里听到的声音比单管机响亮清晰。

思考 这个实验告诉我们电子管具有放大作用(二极管除外)。图中电阻R\(_{1}\)是代替耳机作为单管机的负荷,好让检波以后输出的音频通过时在上面产生一个电压降,经过交连电容器C1加到2П2П的栅极上。电阻R\(_{2}\)是栅漏。甲电是供丝极加热使丝极放射电子用的,乙电负端接丝极,正端接帘栅与屏极,使帘栅与丝极间建立一个正电场,以便帘栅帮助屏极吸取丝极飞出的电子。另外,栅极上接有丙电的负端,它的正端接在丝极,这样,栅极与丝极间建立了一个负电场,它可以抵消帘栅与丝极间正电场的作用,阻挡丝极放射出的电子飞向屏极,作用力的大小,要看这两个电场形成的强弱而定。从电子管的构造上我们知道,栅极与丝极间的距离比帘栅与丝极间的距离要近,所以栅极上加的负电压虽小,负电场也弱,但也已有足够的力量去影响屏极呼取电子的数量。

根据2П2П电子管的特性,当接用的负荷为4000欧时,它的屏流栅压特性曲线如图4。现在就用图4来说明放大作用。图2甲中我们用的栅偏压是-3.5伏,假定单管机输出的音频电压是1伏,当这个电压加到放大器电子管栅极端的极性为正,丝极端为负时,栅极实际获得-2.5伏的偏压(正1伏加负3.5伏),栅极上负电压减少,它与丝极间的负电场减弱,屏极吸取较多的电子,屏流从原来的3毫安增加到4毫安;相反,当音频电压的极性改变,即栅极为负,丝极为正时,加到栅极上的负电压增加到-4.5伏(负1伏加负3.5伏),屏极只能吸取较少量的电子,屏流由4毫安下降到2毫安。输人电压以-3.5伏为中点向左右摆动,屏流也随着不断增减。

图4
图4 🔍原图 (402×604)

我们研究一下图4,在输入音频电压是1伏时,屏流从2毫安变到4毫安,变化2毫安,这个变化的屏流经过4000欧耳机(负荷)时,它两端电压的变化是0.002×4000=8伏到0.004×4000=16伏,即栅极输入电压变化1伏,负荷上电压变化8伏,这两个数字表明电子管把输入电压放大了8倍。

看来这个电子管的放大倍数是不够大的,但我们却得到了比单管机大的功率去推动耳机膜片振动。假如我们只要求放大的电压倍数尽量提高,以便推动下一级放大器,可以改用其它输出电流较小,跨导较大的电子管,再适当的加大屏极负荷电阻,而不要采用2П2П这类电子管。

2.变压器交连放大

实验用材料 和上一实验同,仅把电阻、电容器取消,改用一只低频变压器代替。

实验方法 把低频变压器的初级圈P端接单管机上耳机接线柱的屏极端,B端接单管机上耳机的乙+端,次级圈G端接2П2П的栅极,F端接丙一。照图2乙线路接好后,开启收音机,声音比用电阻、电容交连的响些。

思考 这个实验说明要想有较响的声音,放大器一定要有足够的输入电压。低频变压器初级圈的直流电阻一般仅约1千欧左右,通过它而加到检波管屏极上的乙电在它上面降去的电压极微,检波管屏极获得较高的屏压,提高了检波级的输出。另外,低频变压器次级圈的圈数一般比初级圈多几倍,有提升输入电压的作用,这样加到放大器电子管栅极上的音频电压要比电阻、电容交连放大的大一些,放大音屏流的波动(振幅)也必然较大,耳机取得较大的功率,声音响些。

在上面的实验里,我们把工作点选在屏流栅压曲线的直线部分的中点,屏流变化的波形与输入音频电压变化的波形是一致的,意味着耳机发出的声音清晰。下面我们再作一个实验,看看改变栅偏压后,声音变好还是变坏。

实验用材料 同前,仅丙电增加到7伏。

实验方法 ①栅偏压用0伏,即把两个丙电接线柱用导线相连,不用丙电池,②栅偏压增加到-7伏。其它接线同图2。这样,我们听到的声音不够响,含糊不清,失真大。

图5
图5 🔍原图 (434×592)

思考 在前面的实验中,我们用电子管屏流栅压曲线来说明电子管的放大作用的。现在我们仍然用同样的方法来说明这种现象。当栅偏压为0时(图5)输入电压就以O伏为中点向左右摆动,输入的1伏音频电压在正半周时使栅极带正电,栅极与丝极间形成了正电场,它除了帮助屏极吸取较多的电子外,本身也将吸取电子,于是栅极上有电流通过,输入回路的阻抗降低,加到栅极上的音频电压就达不到正1伏,也难于帮助屏极吸取更多的电子。屏流栅压曲线不能像在负栅压部分一样直线上升而开始弯曲,屏流波形上小下大,和图4比较,输出与输入波形不同了,声音有显著失真。

同理,栅偏用-7伏时,工作点移到屏流栅压曲线下端的弯曲部分,栅极上电压摆动的范围由-6伏到-8伏,而屏流的摆动为0.5毫安到1.1毫安,摆动的范围既小,波形上下也不对称,声音就没有栅偏压用-3.5伏时响,而且也产生失真。

放大器工作的好坏,除了受输入电压大小的影响,栅偏压的影响,还受接在屏极回路里负荷大小的影响。负荷的电阻越大,负荷上电压降越大,在同样的屏流下,声音越响,但负荷电阻不能无限制地提高,否则屏极上得到的电压过低,要影响放大器的正常工作;反过来,为了让屏极获得高的屏压而把负荷电阻尽量减小,负荷上电压降又变小。这两种方法都将得不到最大的输出功率。因此,要求放大器输出最大,负荷的大小,要加选择。(之铭)