高频振荡与谐振演示

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高频振荡演示

图1是一块演示高频振荡现象的示教板。可以看出,这是采用三点式振荡电路。屏极电路的能量,通过线圈的交连回输给栅极回路,因而产生振荡。

图1
图1 🔍原图 (605×510)

演示方法:高频振荡电流不可能通过电流计指针的摆动来观察,因为电表的转动机构不可能摆动得很快,就是能摆动,我们也看不出来。比较简便的方法是用拾电环来验证。拾电环是用一圈扁铜环或扁铜丝,两端接在一个小电灯泡座上制成(见图2)。把拾电环放在高频磁场中,拾电环内便会通过电磁感应作用而产生高频电流,将小灯泡燃亮。

图2
图2 🔍原图 (270×359)

演示时,将灯丝甲电源接好,待电子管灯丝烧红后,加上高压即可开始演示。

将拾电环放在线圈L附近,小灯泡燃亮,就表示有高频振荡存在,因为高频振荡电流流过线圈L,使线圈周围产生了高频磁场,这个磁场的磁力线的分布情况如图3。磁力线穿过拾电环,通过磁生电的作用,使拾电环内感应出电流,将小灯泡燃亮。

图3
图3 🔍原图 (434×480)

然后再将拾电环放在线圈周围的几个不同位置进行观察,可以看到:当拾电环在一固定方向上远近移动时,离开线圈愈近,灯泡愈亮,离开愈远,灯泡光度也随着减弱。当拾电环放在线圈一端、内部、外部、侧面等各个不同位置时,小灯泡的亮度也是不同的。这说明高频振荡所形成的磁场内各点的磁场强度,也就是磁力线的分布密度不同,因此拾电环在不同位置时,穿过它的磁力线数不同,亮度也不同。

也可以用小霓虹灯泡(或日光灯管)进行试验,效果也一样。演示时,手持小霓虹管的一端,另一端接触或接近振荡回路的各部分及耦合电容器、电子管屏极等各处有高频电流的地方,都能发光;在高扼圈(RFC)两端试验,一端亮,一端不亮,也可看出高扼圈阻止高频电流的作用。

高频振荡的存在,除了直接用拾电环验证外,还可以通过无线电收音机能否接收到这个高频振荡的电磁波来验证。试验的方法是:让振荡器产生振荡,用一部普通的带短波段的收音机,放在实验室的另一端(离开约20米)来接收。打开收音机,拨到短波段,在7~14兆赫范围内旋动收音机的调谐旋钮,便可在刻度盘上某处听到“嗡……”声。这时如果转动一下示教板上的电容器C,“嗡……”声就没有了。这说明示教板的高频振荡电流,通过线圈变成高频电磁场,再通过它的电磁波把振荡信号传到收音机,因而收音机扬声器中有声音出现。此时用导线触碰振荡回路上任一点,收音机内将发出“喀——喀”声。

如果在线圈上接一个天线,上述现象就更加显著。收音机内的嗡声就更响,而此时用拾电环去检试,小电泡的亮度比前减弱,这说明加了天线以后,向外辐射出去的高频振荡能量增多,留在线圈附近的能量相对减弱的结果。

零件的选用:振荡管——选用1625,原是四极束射管,在这里把它的帘栅极和屏极接在一起,作三极管用。

线圈 L——用直径2毫米(SWG14)或更粗的漆包线绕8圈(空心间绕),线圈直径约6厘米,两端用高脚瓷绝缘子(或电灯吊盒)架起来。离下端两圈半处抽头。绕线如用空心铜管,效果更好。

电容器C——采用空气心可变电容器,最大电容约300微微法,片距要宽,绝缘要良好,一般矿石机用的纸介单连电容器不适用。

电容器C\(_{1}\)——云母电容器,电容量0.002到0.005微法均可,但必须耐高压,起码1000伏以上。

电容器C\(_{2}\)——云母电容器,电容量由100到250微微法。

电阻R——20千欧,5瓦以上。

高扼圈——4.5毫亨,允许通过电流要大一些,要求在75毫安以上。

小灯泡——14~16伏彩色尖头小灯泡。

电源设备——甲电灯丝电压12.6伏,电流0.45安培。乙电由一组整流器供给,用电子管83作全波整流。采用电感输入式滤波装置,加泄放电阻。输出直流电压要求550伏特,电源变压器高压组次级线圈应能供给输出直流150毫安。

注意事项:1.演示时间应尽量缩短,只要把振荡现象观察清楚即可。尤其接天线观察,时间应更短,以免高频振荡电磁波辐射出去,影响附近地区其它通信设备的工作。

2.振荡管可以换用807或其它扩音机上常用的输出管。如果乙电源电压不够高。例如采用一般五灯外差收音机的电源电路供电时,可以改用6P1(6Π1Π)、6V6GT或同一类型的输出管,如6AQ5、6L6、6F6等。这时乙电压够200伏以上即可工作;但应注意改换灯丝电压及管座接法,其它电路不变。

3.演示时要注意人身安全,勿触及高压及振荡电路。

谐振演示

电谐振演示需要另做一块如图4所示的演示板,配合上述高频振荡示教板一起进行。这块板上装了一个调谐回路,由调谐线圈L′和调谐电容器C′组成。回路里还串联了一个小灯泡(3.8伏),用以指示谐振电流的大小。

图4
图4 🔍原图 (506×533)

演示时,先接通高频振荡示教板的电源,使它发生振荡,然后将谐振示教板放在振荡线圈L的旁边,线圈L的磁力线穿过了调谐线圈L′,因而在它里面感应出电流,小灯泡点亮;这时调整可变电容器C′,便会发现转到一个位置时,小灯泡亮度增到最大,再继续往前调或往回调,亮度都会减小。这是由于:在最亮点,电容器的电容量和线圈的电感量配合,刚好使它们对感应进来的高频电流的阻力相互抵消(当然剩下的还有线圈和接线的一些很小电阻),因而回路里电流最大,灯泡最亮。这时我们说调谐回路的谐振频率与高频振荡示教板传来的振荡的频率符合一致,也就是通常所说的“调谐”到这个振荡信号的频率上了。

电容器转到其它各个位置时,也就是在不同电容量时,它对感应进来的高频电流的阻力,将不等于线圈的阻力,不能完全抵消。抵消得多些,回路里电流就大些,小灯泡亮些;反之小灯泡就暗些。

收音机找电台就是利用这种谐振现象。当我们转动双连(或单连)电容器的旋钮,调节它的电容量到合适的数值时,能使收音机调谐回路的谐振频率与外来电台信号的频率符合一致,因此声音最响,向左或向右转开一些,声音都会减小。

将谐振示教板调到谐振后,把它放在振荡线圈L四周围的不同位置观察,也可以发现小灯泡的亮度在变化。这也说明高频线圈周围各点上的电磁场强度不同。

如果在—固定方向上改变谐振示教板与振荡线圈L的距离,也会发现小灯炮的亮度在变化,离得越远,光度越暗。这是由于离得远了,调谐线圈L′交连到的磁力线减少,调谐回路里感应出来的电流就要减小。这种现象可以用来说明为什么收音机里的调谐线圈与天线线圈距离远些,收音机的灵敏度会降低,扬声器里声音会减小的原因。

调谐线圈L′用SWG14号漆包线绕8圈,线圈直径6厘米,间绕也用高脚绝缘子架起。电容器C′可采用一般收音机上用的空气心单连可变电容器。在上述调整电容器C′时,如果没有谐振现象,可将示教板移近一些,或稍微调一下振荡电容器C。(杨琳)