电子管振荡器电路

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电感线圈L和电容器C组成的振荡回路,在振荡过程中有能量损失,振幅会逐渐衰减。为了维持等幅振荡,必须不断地向回路中补充能量。一般的电子管振荡器就是根据这一原理制成的。通过电子管把电源的能量不断输入到振荡回路中去,以补偿回路中的损耗,就能使回路中保持等幅振荡。具体的电子管振荡器电路种类很多。本文只就其中较常见的几种加以简单介绍。

图1
图1 🔍原图 (772×346)

1.调栅振荡器。电路如图1所示。LC振荡回路接到电子管的栅极电路内。回路的振荡电压e\(_{c}\)加到电子管的栅极,使电子管屏路内产生一个交流电流ip 。由于屏路中的线圈L\(_{b}\)和回路线圈L有互感,所以当ip流过L\(_{b}\)时,就在L中产生一个感应电动势e。如果Lb方向接得正确(两头没有接反),感应电动势e的方向就和回路内原有的振荡电流i\(_{c}\)的方向一致,促进ic的流动。这祥就把能量加到回路中去,补偿了回路中的能量损耗,使回路中得以维持等幅振荡。

振荡频率决定于L、C的数值。一般用调节可变电容器C的办法来改变振荡频率。

为了说明L\(_{b}\)的正确接法,我们在线圈Lb和L的上端各画了一个黑点。它表示:如果在某一瞬间,L\(_{b}\)中的电动势是有黑点的那一端为正(a端为正,b端为负);那么,在L中的感应电动势也是有黑点的那一端为正(a′端为正,b′端为负);如果在某一瞬间,Lb中的电动势是有黑点的那一端为负,那么L中的感应电动势也是有黑点的那一端为负。这种线圈的具体绕法如图2所示。在图2a中,L\(_{b}\)和L是顺同一方向绕制的。设在某一瞬间,各个线匝中感应的电动势的正方向如各匝上的箭头所示,那么很明显,Lb和L中的总电动势都是上端为正,下端为负,因此黑点都应该点到上端(或者都点到下端也是一样的)。在图2b中,L\(_{b}\)和L绕的方向相反。设在某一瞬间,各匝中感应的电动势的正方向如图中箭头所示,那么,Lb中的总电动势是上端为正,而L中的总电动势是下端为正,也就是说黑点一个在上,一个在下。确定线圈的实际黑点位置后,就可按照图1所示的黑点位置连接线圈,不会弄错。

在一般电子管振荡器中,都要在电子管的栅极上接一个电阻R\(_{g}\)。在电阻Rg上并联一个电容器C\(_{g}\)(图3a)。Cg的数值很大,对振荡高频来说可以认为是短路的。在振荡的正半周内,当栅压为正时,栅极吸引电子形成栅流,栅流通过电阻R\(_{g}\)和线圈L流入阴极,在Rg上形成一个电压降,栅极端为负,阴极端为正。C\(_{g}\)也充电到同样的电位差。当振荡向负半周变化时,栅流停止,Cg上的电荷逐渐向R\(_{g}\)泄放。如果Cg和R\(_{g}\)的数值足够大, 那么这个放电过程就很慢,在下一个栅流脉冲到来时,Rg上的电压降不会减小很多。所以粗略地说,R\(_{g}\)Cg的组合使得电子管的栅极得到了一个负偏压。这样有很多好处。第一,它可以起保护电子管的作用。在图1没有R\(_{g}\)Cg的电路中,如果振荡很强,栅极正电压就会很高,将吸引大量的电子形成很大的栅流,严重时会把栅极烧毁。加了R\(_{g}\)Cg后,由于给栅极加了一个负偏压,使栅流减小,保护电子管不被烧毁。第二,当没有R\(_{g}\)Cg时,栅极平均是处于零电位,因而屏流的平均值(直流分量)很大。我们知道,只有屏流的交流分量才能补充振荡回路中的能量损失,直流分量对振荡不起作用,它只会耗散到屏极上使屏极发热。所以屏流中的直流分量越小,电源给出的能量中就有越多的部分用来产生振荡,也就是振荡器的效率越高。由此可见,接入R\(_{g}\)Cg给栅极加上一个负偏压,就可以减小屏流直流分量,提高振荡器的效率。第三,通过R\(_{g}\)Cg取得栅偏压,可以稳定振荡的幅度。如果振荡幅度因某种外界影响而变大,那么加到栅极上的高频电压就增加,于是栅流变大,栅偏压变大,这样屏流就要减小,使振幅变小,恢复到正常情况。相反地,如果振荡幅度偶而变小,那么栅流和栅偏压也变小,结果屏流增大,使振荡幅度增大到正常情况。

图2
图2 🔍原图 (754×320)

在许多振荡器电路内,栅漏电阻R\(_{g}\)也可以不象图3a那样通过线圈L接阴极,而是象图3b那样直接并联在电子管栅极阴极之间。其作用是完全一样的。Cg一方面将振荡回路的高频电压耦合到电子管栅极,一方面强迫栅流的直流分量流经R\(_{g}\),造成负栅偏压。

在一般振荡器中,C\(_{g}\)的数值为几十到几百微微法,Rg的数值为几十千欧到几百千欧。

调栅振荡器用得很广。例如,在用6A7和1A2作变频管的超外差收音机中,就是使用这种电路作本机振荡器。另外,这种电路还广泛用于各种测量仪器中。

图3
图3 🔍原图 (860×324)

2.调屏振荡器。电路如图4所示。LC振荡回路接在屏极电路中。回路中的振荡电流在栅极线圈L\(_{g}\)中感应出一个交流电压,加到电子管的栅极,使屏极电路内产生出交流电流ip。如果L\(_{g}\)的方向接得正确(按图中黑点所示方向连接),屏流iP在振荡回路中产生的交流电流就和电容器C在回路中充放电的电流方向一致。这样屏流就能对LC回路不断补充能量,维持等幅振荡。

在图4a的电路中,电源E\(_{b}\)是和振荡回路、电子管串联的。这种供电方法叫做串联供电。这时振荡回路处在直流高电压上,调节回路时不很安全。为了避免这一缺点,常用并联供电法,即电源Eb和振荡回路、电子管相并联,如图4b所示。C\(_{b}\)是隔直流电容器,把振荡回路和直流高压隔开;它的容量很大,对振荡电流可以看作是短路的。在振荡器和电源Eb之间接有高频扼流圈L\(_{a}\),以免高频电流被电源短路,同时也可以防止高频电流通过电源对仪器其它部分产生干扰。

串联供电只用于小功率振荡器。功率较大时,一般用并联供电。

图4
图4 🔍原图 (811×365)

3.自耦变压器反馈式振荡器(哈特来振荡器)。电路见图5。电子管屏极和栅极分别接在LC振荡回路的两端,阴极接在线圈L的一个中间抽头上。回路的振荡电压通过L中的一部分线匝(g\(_{k}\)段)反馈到电子管的栅极,在屏极电路中的产生交流电流分量,借以补偿回路中的能量损耗,使振荡得以维持。调节抽头K的位置,可以控制振荡幅度的大小,调节电容器C,可以改变振荡的频率。

图5a是串联供电的哈特来电路;图5b是并联供电的哈特来电路。

哈特来振荡器装置简单,容易起振,所以在测量仪表、应用电子仪器中应用很广。在用6A2,6SA7作变频管的超外差收音机中,多采用这种电路作本机振荡器。这种振荡器的缺点是波形较差。

图5
图5 🔍原图 (361×361)

4.电容反馈式振荡器(科尔毕兹振荡器)。电路如图6。由L、C\(_{1}\)和C2构成振荡回路。和哈特来电路相似,电子管的屏极和栅极分别接在振荡回路的两端。但阴极不是接到L的抽头上,而是接在C1\(_{和}\)C2的中间。C\(_{1}\)和C2对高频形成了一个分压器,C\(_{1}\)上的电压反馈到电子管的栅极上,使电子管屏极电路中产生交流电流,以补偿回路中的能量损失,维持振荡。

通常C\(_{1}\)和C2用可变电容器,连在一个轴上,用同时改变电容C\(_{1}\)、C2的方法调节频率。也可以用改变电感L的方法调节频率。

在这个振荡电路中,由于屏极和阴极间没有直流通路,所以多采用并联供电。另外,由于栅极阴极间已经有电容器C\(_{1}\)把栅流直流分量隔开,因此可以将电容器Cg省去不用。

这种振荡器的调整比较麻烦,但它的振荡波形较好,所以用得也很普遍。

图6
图6 🔍原图 (435×348)

5.调屏调栅式振荡器。电路如图7。屏极电路和栅极电路内都有LC振荡回路。但L\(_{1}\)和L2之间没有互感作用。利用电子管屏栅极间电容C\(_{ag}\)实现正反馈。一般多采用三极管,因为它的极电电容Cag较大,反馈能量较多,容易起振。

图7
图7 🔍原图 (649×331)

这个振荡器的振荡频率比L\(_{1}\)C1回路、L\(_{2}\)C2回路的固有频率稍低。在这种情况下,两个回路是相当于两个感抗,如图8a所示(为了明显起见,C\(_{g}\)、Rg和E\(_{b}\)未画出)。再把图8a改画成图8b的样子,就可以看出这个电路的工作原理是和哈特来振荡电路相似的。

图8
图8 🔍原图 (379×346)

压电晶体片的电气性能相当于一个质量很好的振荡回路。如果在图7的栅极电路中,用一个晶体片代替振荡回路L\(_{1}\)C1,如图9那样,就可以得到一个振荡频率非常稳定的振荡器。这种振荡器叫做晶体振荡器,它在各种发射机中得到了广泛的应用。

图9
图9 🔍原图 (479×407)

6.推挽式振荡器。电路见图10。它可以看作是由两个图4a的电路组合而成的。这种振荡器能供给较大的输出功率。它经常用来产生超高频振荡。(金生)