高频放大器的实验

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我们常常对收音机有这样的要求:1.要求它能够收得远,并且声音够响;2.不光是收得远,听得响,还要求声音清晰,没有本地电台的干扰(夹音)。这两种要求,用无线电术语来说,第一种是收音机的灵敏度性能,第二种是收音机的选择性性能。对一部收音机的评价,主要就是用这两种主要性能去衡量的(当然还有一些其它的性能要求)。解决这两个问题的方法之一,是在收音机前面(再生式收音机的检波级前,超外差式收音机在变频级前)加装一级或两级高频放大器,让它把需要的高频信号放大,不需要的加以滤除。下面是最常见的一级高频放大器的实验。

交流高频放大器

图1
图1 🔍原图 (1104×483)

实验用材料 实验用料除在线路图1里注明的外,还要小七脚电子管座1只(6K4Π用),接线柱6只,20×45×1公厘胶木板3块(装接线柱用),尖头旋钮2只,1/8″×1/2″元帽铁螺钉8只(接线板和管座固定用),5/32″×1/2″3只(可变电容器固定用),多芯塑胶线红色50公分,黄色70公分,黑色40公分,铜焊片8只,300×270×1公厘铝板或喷漆铁底板1块,没有高放的交流再生式或超外差式收音机一架,另外接线若干。图1中电容器C\(_{2}\)-C4是耐压 400伏的纸电容器,C5是云母电容器,L\(_{1}\)、L2是美通610RF线圈。

图2
图2 🔍原图 (1094×700)

实验方法 把铝板或铁板照图3、4折成一个20×17×5公分的底板架,板上安装另件用的大小孔眼要比照另件的大小和图中另件排列位置事先开好,然后照图装配,把另件一个个焊牢。从放大器输出接线柱和地线接柱上各接出一根黑色长度不超过20公分的塑胶线,与收音机的天地线插孔或接线钉分别接好(放大器输出端接线也可接收音机可变电容器的定片)。放大器的电源也可取自收音机,只要从收音机引出这么两根线:一根(红色塑胶线)从电力放大级电子管帘栅极的灯座焊片或该机乙电正极引出,直流电压约在180-240伏之间;一根(黄色塑胶线)从电力放大管灯丝极的灯座焊片引出(注意这根线,应该接在不和底板相连的那一个丝极焊片上),交流电压约6伏。将线线接放大器乙+接线柱,黄线接灯丝6.3伏接线柱,这样就解决了高频放大器的电源问题。

图3
图3 🔍原图 (219×350)

试验时,先检查是否按图将线接好,并将室外的天地线接到放大器的天线和地线接线柱上,暂时不插电子管,开启收音机,用6—8伏小电珠,从它的灯座引出两根线(图2)插到灯座的3、4脚孔内,小电珠发光是正常的现象,如果小电珠灯丝烧毁,说明灯丝线错接到乙+高压上了,必须查明改正,方能试验,以免烧毁电子管。如手头有三用电表,比较方便,灯丝电压用电表的交流10伏挡测量,读数应在6伏左右;乙电高压用直流250伏挡测量,电表的负极测试棒与金属底板接好。用正极测试棒接触灯座的第5孔焊片,这是电子管屏极,电表读数约在180-240伏之间,与收音机供给的电压大小相等;再用正极测试棒接触灯座的第6孔焊片,这是电子管的帘栅极,因电路中串联有降压电阻R2,测得电压应略小于屏极电压,第1、2、7孔焊片均无电压。测量结果与上述情况无误时,把收音机关掉,插入电子管,R\(_{3}\)旋至阻值最小(箭头近地端),C1动片旋出一半,重新开收音机。这时6K4Π灯丝开始红亮,稍候片刻,等阴极有足够温度时,按收音机的调整方法调整C\(_{1}\)收听一个电台,这时的音量一定很小,甚至比不加高频放大器时还要小一些,然后再旋转C1,使它的动片与收音机里可变电容器动片的旋出角度大致相同,此时音量显著提高,增大的程度,可以使收音机的失真度增加。旋转R\(_{3}\),减低音量,再仔细调节一次收音机和高频放大器的可变电容器,务求前后两谐振回路的谐振频率完全一致,即能发现它的灵敏度和选择性比原来的收音机大大提高。

思考这个实验使我们很清楚的分辨出收音机的灵敏度增加了,并相应的消除了夹音现象,也就是说选择性提高了。现在我们分析一下它的结构和作用。

高频放大器有两个主要组成部分,一个是电子管的栅极回路,接有可变电容器C\(_{1}\)和线圈L2构成的谐振回路,它和后面收音机的谐振回路没有区别,从天线线圈L\(_{1}\)输入复杂的信号中;经过调谐,选择出我们需要的频率。谐振回路本身的有效电阻,直接关系到本机的选择性,计算和实验证明,谐振回路中的电阻愈小,谐振曲线愈尖锐,分开各种不同频率电压(分隔电台)的能力愈强。这种电阻造成一种损耗,主要集中在线圈的导线中,导线的绝缘中,电容器的介质中,装配的接线中和电子管的灯座上,应该尽量使这一电路中的电阻减至最小,方能得到优良的选择性。

调谐电台用的可变电容器C\(_{1}\),它的最大容量和最小容量之比,决定了调谐频率的范围,我们叫它频率复盖范围(中波段是550-1500千周)。因为这种原因,要求放大器谐振回路L2 的电感量和C\(_{1}\)的电容量与收音机谐振回路LC的电感量和电容量相等,使两个回路的频率复盖范围取得一致,否则放大器就不能在收音机的频率复盖范围内提供需要的有用信号,得不到加装放大器的好处了。但是也不必担心我们购买的线圈和可变电容器与收音机的不同,因为线圈与可变电容器已经标准化,只要按照材料单规格去买,不会不一样的。

另一部分是电子管,它担负着放大作用。当一个高频信号电压加在电子管的栅极与阴极之间,尽管这个电压极小,却有效地控制了阴极飞向屏极的电子数量,栅极上电压的变化比屏极上电压的变化更有力地影响屏流,这就是它的放大作用。

高频放大器一定要采用五极可变放大系数的电子管,决不能用三极管。因为三极管内部分布电容大,特别是栅极与屏极间的电容。能因它的回授作用产生振荡。五极管内有帘栅极,它把栅极和屏极隔开,因此分布电容极小,能避免这种缺点。同时帘栅接有正电位,大大增高了电子管的放大效率。在一般高频放大电路中,经常利用增减自给栅负压的方法来控制增益,为了不使引起失真,必须采用可变放大系数的电子管。

总起来说,高频放大器里的两个主要部分所起的两种作用,是把天线输入的各种微弱信号经过调谐和选择之后,送入电子管栅极加以放大,然后由电子管屏极输出,送给后面收音机的检波级或变频级。加了高频放大器后,天线输入的信号频率,比原收音机多经过了一道谐振回路的选择,不需要的信号频率,就不容易混入,选择性提高了。另外,输入到收音机的信号是已经被高频放大器放大了的,输入信号较强,输出音量也必然较响,灵敏度提高了。这就是我们所要求的。

图中L\(_{1}\)是天线线圈,天线上感应得来的各种频率的信号电流,通过它传授给次级L2 ,高频扼流圈RFC是电子管的负荷,C\(_{5}\)是交连电容器,它把已经放大的高频信号电压传送给后面的收音机,R1是阴极电阻,产生自给栅偏压,C\(_{2}\)是阴极旁路电容器,R2、C\(_{3}\)是帘栅的降压电阻和旁路电容器,R4是降压电阻,C\(_{4}\)是屏回路旁路电容器。

注意 1.高频电路里的信号电流是非常微弱的,不能让它消耗在电路的焊头和接线上。因此,要求焊头要牢固可靠,接线要短、拉直后再焊(线直就短,接线电阻就小了)。如图中L\(_{2}\)的点3和C1定片通电子管栅极的接线;L\(_{2}\)点4通金属底板和C1动片通金属底板的接线;电子管屏极到RFC和C\(_{5}\)的接线,都必须愈短愈直。同时这些接线也应该装配稳固,因为接线与底板之间,接线与接线之间,都有分布电容量存在,如果接线松弛,在底板下面晃动,分布电容量就会变更,直接影响谐振回路的谐振频率,尤其在C1动片整个旋出,谐振频率高的一端影响最大。

2.高频电路的焊接工作,不能用焊油作焊剂,因为焊油的主要原料氯化锌是导体,很容易使微弱的高频信号电流漏掉,例如小七脚灯座的焊片,彼此距离很近,使用焊油最易破坏它优良的绝缘性能,降低放大器的放大效率。焊油有腐蚀性,凡用它焊接的铜线,时间稍久,容易蚀断,对线径细的铜线,危害性更大。效果最好的是松香焊剂,制法是:工业酒精30 CC,上等松香5克,把松香用乳钵研成细末分批倒入酒精,边倒边搅拌,让松香全部溶解即成。这种焊剂的使用不及焊油的容易,它必须把要焊的线头,用砂纸彻底磨净,稍瞧一点松香焊剂,用较热烙铁焊接,等酒精完全蒸发,焊锡就能烫上。

3.收音机里的电源变压器,都略能超过本机所需要的电力,增加一只电子管,等于负荷加大,实验时应注意变压器的温升,只要不过分烫手,一般是可以担负的,如热度过高,实验时间不宜过长,以免电源变压器烧坏。

4.高频放大器不宜用三极管,原因是它的屏栅极间电容量大,能引起回授,发生尖锐的叫啸。同样道理,屏回路和栅回路的接线和另件排列位置,也必须远离,否则仍有引起回授的可能。

5.电子管屏压在200伏左右,实验时要特别注意,以防电击。除了在测量电子管座各焊片上的电压时,允许接通电源外,其余如整理线路,修理、焊接等等,都不可带电工作。

以上几点,特别是1 、2两点是实验高频放大器成功与否的关键,必须注意。

电池式高频放大器

电池式高频放大器和交流高频放大器同样能增进收音机的选择性和灵敏度,它们的实验方法以及它们的工作原理也完全相同,唯一的区别是供电方法不同,下面我们提供一张电路图和开出了所用材料,以供没有交流市电地区的读者实验。

图4
图4 🔍原图 (842×527)

实验用材料 除图5注明外,需要小七脚电子管座1只,接线柱8只,2×45×1公厘胶木板4块,尖旋钮2只,1/8″×1/2″元帽螺丝10只,5/32″×112″3只,铜焊片10片,底板架一个,以及输出接线,电池接线若干根。

图5
图5 🔍原图 (1114×692)

实验方法 与上一个实验完全相同。仅仅在用小电珠测量时,与上一个实验不同,要把它的两脚接灯座的1、7两孔,另外,1K4Π的灯丝电压只有1.5伏,所以小电珠最大不要超过2.5伏的。(童光耀)