推挽输出式半导体三管机

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在伟大的、史无前例的无产阶级文化大革命中,广大农民群众热烈希望通过广播迅速地听到我们党中央的声音,迅速了解全国轰轰烈烈开展的文化大革命的情况。为了满足农村的这种需要,我们在这期比较详细地介绍一种适合农村收听的半导体收音机。

先谈谈原理

收音机电路的四个主要任务 在我们周围空间充满了无线电波。收音机的作用,是接收无线电波,并把它变成声音。在这个变换过程中,一般可以分成四个主要部分,我们就叫做收音机电路的四个主要任务吧。

第一个任务是选台。空间中的无线电波,来自各个电台。我们收听时,只需要听一个电台的节目,而且希望能选择要收听的电台。所以在收音机中必须有一个选台的装置。

第二个任务是检波。收到的电波是一种经过调制的频率很高的电波,不能直接转换为可以听到的声音,而要经过一番解除调制的程序,这个程序就是检波。

第三个任务是放大。收到的电波很微弱,必须经过放大,然后转换为声音,才有足够的强度。

第四个任务是发声。这是收音机最终必须完成的任务。

根据上述的四个任务,可以把我们要介绍的收音机的电路,用一个方框图来表示,见图1。记住这个方框图,就可以比较清楚地来进一步熟悉电路。

图1
图1 🔍原图 (578×201)

跑一跑电路 我们这里介绍的收音机,是一种三管推挽输出式半导体收音机,它的电路图见图2。图中的线条代表导线,各种符号所代表的实物(叫做元件),画在符号的旁边。

图2
图2 🔍原图 (1075×587)

电路中的主要元件,有电阻、电容、电感、变压器等等。在跑电路之前,先简单讲一讲这些元件的一些主要特性。电阻可以通过各种电流,包括交流(如收到的电波产生的高频电流)和直流(如电池中发出的电流)。改变电路中电阻的数值,可以改变电流的大小。电容只能通过交流电,而且它的数值愈大,交流电愈容易通过。如果数值小,就只能通过频率较高的交流电。电感能通过直流电,也能通过交流电,但是在通过交流电时,受电流频率的影响,频率愈高的电流,愈难通过电感,这一点与电容的特性恰恰相反。变压器有几组线圈,当一组线圈中有交流电流时,在其他组线圈中就能感应产生电流,相当于从一组线圈把电流传递(也叫做耦合)到其他组线圈去了。

记住上述元件的这些特性,就可以来跑一跑电路,这样可以帮助了解一些电路的基本原理,并且熟记电路,便于安装。

先从天线跑起。电波从天线下来,变成高频电流。首先通过由C\(_{2}\)、 L1组成的选台部分。C\(_{2}\)是可变电容器,转动C2可以选择电台。电容器C\(_{1}\)是用来减小外接天线时对选台电路的影响。L1、L\(_{2}\)是绕在磁棒上的线圈,相当于一个变压器。因此,收到的电台所产生的高频电流传递到L2线圈,而加到半导体管BG\(_{1}\)的基极b和发射极e之间。它的主要通路是线圈L2、电容器C\(_{3}\)、地、BG1发射极e、BG\(_{1}\)基极b、线圈L2。这个电流,通过半导体管BG\(_{1}\)放大,放大后的高频电流从BG1的集电极c和发射极e之间输出:一部分经过L\(_{3}\)、C5、C\(_{7}\)到地;一部分经过C8、L\(_{1}\)到地,再通过L2送回BG\(_{1}\)的输入端,这样就加强了输入的信号强度,这种作用叫做再生,C8也就叫做再生电容器。通过L\(_{3}\)的高频电流,感应到L4中去,经过二极管D\(_{1}\)检波后,在检波负载电阻R3上产生能够转变为声音的音频电压,这个音频电压再通过C\(_{4}\)、L2加到BG\(_{1}\)的输入端。检波后剩余的高频电流就通过C4、C\(_{3}\)入地。检波后所得到的音频电流,又经过BG1再作一次低频放大,最后经过变压器B\(_{1}\)的初级线圈输出到BG2、BG\(_{3}\)。C5与B\(_{1}\)初级线圈并接,它的作用是让低频电流通过线圈,而让高频电流通过C5,这样就把高频电流和低频电流分开了,C\(_{5}\)起的作用就好像是旁路的作用,所以叫做旁路电容器。C7的作用是使低频电流直接通过它到地,到BG\(_{1}\)发射极,完成通路。

从上面讲的情况可以看出,利用一个半导体管BG\(_{1}\)对高频和低频信号电流反复放大,所以这种电路叫做来复式电路。

在离电台较远的地方,或者要供几个人收听,就还需要放大。因此,还利用两个半导体管组成一级放大电路。从B\(_{1}\)输出的低频电流,加到BG2和BG\(_{3}\)。经BG2和BG\(_{3}\)放大后的输出电流在变压器B2中相加,因此可得到较强的输出。利用两个半导体管按照图2中连接方法构成的电路,就叫做推挽放大电路。这两个三极管,就像两个火车头,一个接在车箱前面拉,一个接在车箱后面推一样。

低频电流通过B\(_{2}\),在喇叭中产生声音。C6也是个旁路电容器,让高频成分旁路,不经过B\(_{2}\),以免送到喇叭内产生杂音。

再谈一个问题 半导体管工作时需要电源,而且要按照半导体管特性供给电源。图中的电阻R\(_{1}\)、R2、R\(_{4}\)、R5、R\(_{6}\)就是为了配合半导体管特性供给半导体管电源而接入的。由于同型号的各个半导体管的特性不可能完全一样,所以在具体安装时要对这些电阻作调整。实际上,只要调整图中的R2和R\(_{4}\)电阻数值就可以了。R1是一只电位器,也就是一只可变电阻,变动R\(_{1}\)的数值可以改变BG1的电流,调整音量。

特别要注意,电池的正极和负极一定要按图中的极性连接,否则要烧坏半导体管。

图中用虚线画的零件(即C\(_{8}\)、R7)的作用,在介绍调整时再讲。

图中⊥符号表示接地,凡是接地点,都通过导线互相连接起来。

元件选择

C\(_{1}\)是天线耦合电容,可以用任何型式的,容量的要求也不严格,从几个微微法到几十个微微法都可以。同时也看你所用的天线长短而定。天线长的可用容量小一些的,天线短的可用容量大一点的。

调谐电容器C\(_{2}\)可用任何一种单速可变电容器,只要它的最大电容量是在180微微法以上的,如250、290、365、470微微法等都可以。在型式上,空气的、固体介质的、小型的或大型的都可以,要按你选用的机箱体积大小决定。本机采用365微微法的一种。要注意的是当选用其他容量的C2时,L\(_{1}\)的圈数要与他相配合。采用容量较大的C2时,L\(_{1}\)的圈数要减少些。用容量较小的C2时,L\(_{1}\)的圈数要加多些。一般可以在试收过程中加以调整。

磁棒(磁性天线棒)可以用M4型适合用于中波波段的磁棒。至于外形可以用圆的或扁的,只要截面积一样,效果也相同。磁棒的长短,一般可用70毫米到170毫米的,愈长效果愈好。如果机箱尺寸较大,应尽可能采用长一点的。

线圈:L\(_{1}\)一般宜用三至七股的多股丝包线绕制,如果买不着这种线,也可以用细漆包线(线号要求不严)自己绞合。L1的圈数要看所用磁棒的长短和C\(_{2}\)容量的大小而定,一般在50圈到100圈之间。L2也用与L\(_{1}\)同样的线,约绕3~10圈,约为L1圈数的十分之一。

高频变压器(L\(_{3}\)、L4)用外径10毫米内径6毫米的小破坏,L\(_{3}\)用38号左右的漆包线绕60~90圈,L4用同号线绕120~150圈左右。如果搞不到小磁环,也可以用棒状小磁心,这时L\(_{3}\)及L4的圈数要适当加多些。

输入变压器B\(_{1}\)及输出变压器B2\(_{1}\)可用市售一般3∶1~5∶1的推挽输入变压器,外形大小不拘,一般说来,如果机箱足够容纳,还是用大一些的效率较好。B2则要和所采用的喇叭音圈阻抗相配合,例如喇叭是3.5欧的,就要用次级是3.5欧的推挽输出变压器。至于B\(_{2}\)的初级阻抗一般都在700欧左右,要求不很严格。

电阻与电容:全机中R\(_{2}\)(几十千欧至1百多千欧)和R4(在2K~5K)要在调试过程中选择。其他电阻和电容也要求不严格,一般上下相差20~30%问题不大,有的差几倍都可以。例如耦合用电解电容器C\(_{4}\)可以用3~30微法的(耐压可用3伏以上的),旁路电容器C7可以用30~100微法,耐压是6状以上的。电位器R\(_{1}\)可用10K~50K的,大型小型都可以,R3可用10~50K的,R5可用100~200Ω的,R\(_{6}\)可用4~15Ω的,R7可用50~200Ω的。C\(_{3}\)、C5可以用0.01~0.05微法的,C\(_{6}\)可用0.01~0.1微法的。

半导体管:BG\(_{1}\)可用任何型号的高频三极管;BG2及BG\(_{3}\)可用任何型号的低频管,但最好用适宜于作小功率输出的型号如3AX3、3AX22等。二极管D1可用任何型号的点接触二极管。

喇叭可用2寸半到6寸半的动圈喇叭,音圈阻抗也不限(但一定要与输出变压器B\(_{2}\)的次级阻抗相配合)。

所有以上许多元件,如果机箱容积许可,应当尽量选用大型的,因为大型元件价格比较便宜,而且效率高,耐用可靠。

怎样制作

图3
图3 🔍原图 (676×551)

这里介绍的收音机,实际制作采用便携式的售品塑料机箱(图3),既宜于在屋里收听,也便于带到其他地方用。机箱也可用木板自制,尺寸和开孔的位置,图3已经注明了。

收音机的元件,除电池外,全部都装在一块安装板上,然后随板一起固定在机箱里。安装板采用售品绝缘层压胶板。零件装在胶板的正面,背面焊接连线。实在没有胶板的话,也可利用硬皮书上的厚马粪纸板代替,但它不够坚韧隔电性能也较差,所以效果不如用层压胶板好。胶板大小应随机箱尺寸,可用剪刀裁剪。但是只用剪刀很难剪得整齐,而且会使胶板崩裂,可在要裁剪的地方,先用小刀在正面和背面同一条线上,沿着尺子用力各划刻出一道线槽,然后再用剪刀顺槽裁剪,这样裁得的安装板就很光洁整齐。

元件在底板上的位置,根据机箱的开孔位置决定。具体布置见图4。安排时主要考虑接线怎样可以短捷,而又不致使某些元件的相互位置关系引起不良影响。其中重要的是高频变压器(L\(_{3}\)、L4)和磁性天线线圈L\(_{1}\)、L2之间的位置,因为它们相距太近,便会引起感应,使收音机产生不应有的啸叫。图中所画的L\(_{3}\)、L4的位置,是经过试验后选定的。这样的安装位置是适当的,还可起到产生再生的良好作用。其次是两只低频变压器B\(_{1}\)2,它们的位置应当互成垂直的方向。

图4
图4 🔍原图 (1426×912)

电阻、电容器等零件采用竖立焊接的方法固定在底板上。在底板上每个元件对应的位置开两个孔,其中的一个加钉空心铆钉,使元件焊牢固定在它上面,还兼作接线之用(图5)。在底板上钉装空心铆钉的方法,可用一只大洋钉子,将其尖端磨成钝圆锥形,作为冲子放在铆钉背面用小铁锤冲铆。冲时应当注意只要钉口稍稍张开即可,不要使其崩裂,然后用锤头直接向铆钉口四周轻轻地锤击,这样钉口自然向外翻拆下卷紧固,而且铆成后可如正面一样整齐(图6)。

图5
图5 🔍原图 (405×1292)

电池采用四号小电池四节,成反L形串联装入机箱内(见图4),第二和第三节电池之间的连接,是将第二节电池的侧面外皮纸撕开一小部分,露出负极锌皮,使第三节的正极在它的侧面和它相接。也可以用铁皮做成一只接连尾端的卡子,套在第二节的尾端,使它和第三节正极相接。

磁性天线用直径为10毫米、长度为140毫米的磁棒。绕制线圈L\(_{1}\)和L2时,先在磁棒上缠一两层厚纸,另用厚书皮纸在它上面裹三四层粘制成50毫米长的纸筒,作为线圈架。线圈L\(_{1}\)用7×0.07纱漆包线绕50圈,线头为(1),线尾为(2)。线圈L2用同号线,在距L\(_{1}\)线尾5毫米处按同方向绕5至6圈,线头为(3),线尾为(4)。线圈的头尾可用双股棉线锁紧(图7)。绕成后将线圈从磁棒上退下来,去掉缠在里层的厚纸,重新套到磁棒上,使它可在磁棒上移动。绕成的线圈最好在融蜡里浸一过,这样可以防潮加固,提高线圈的性能。

图6
图6 🔍原图 (382×272)

高频变压器L\(_{3}\)、L4采用外径10毫米的小磁环为磁心,两个线圈分绕在磁环上相对的两边,L\(_{3}\)用(38号)单漆包线绕90圈,L4用同号线绕150圈。绕制前磁环上最好涂几层万能胶,或浸蘸些融蜡,使磁环棱角不致损伤线圈导线的漆皮。绕制和固定具体步骤见图8。

图7
图7 🔍原图 (464×1418)

各元件逐件通过铆钉焊接到底板上,同时也用细单股塑料导线在底板背面进行电路的连接。焊接的顺序,应当先接电阻、电容器等件,最后才焊半导体二极管和三极管。元件和半导体管在焊接前应当先将线脚烫锡,然后接线,这样可以缩短焊烫的时间,使元件特别是半导体管不致损坏,而且牢固可靠。焊接最好使用功率较小的电烙铁(25瓦)。在无电源的地方,用火烙铁时也应当选用小铜烙铁头烧焊。电容器C\(_{4}\)和C7是电解介质的,它们本身的接线有正负极之分,焊接时应当注意分清极性,不可接错。底板的实体接线如图9所示。

图8
图8 🔍原图 (1236×741)

调试和使用

元件和电路全部焊接完毕以后,还须经过一番调整,收音机才能正常工作。调整的内容主要是使前后两级半导体管都处于适当的工作点上工作。首先是通过变换供给基极电流的偏流电阻R\(_{2}\),来确定前一级BG1管的工作点。正常的调整手续,是将连接次级的音频变压器B\(_{1}\),从电路中的①和②两点焊开来,切断前后两级。旁路电容器C5也暂时断开不用。在①和②点换接上一副800欧耳机(这样就是一台完善的单管机),并在电路(A)处断开,串接一只0~5毫安的直流电流表,将电位器R1的动臂(2)旋向音量最大,即(1)点,然后变换偏流电阻R\(_{2}\)的阻值(图中R2旁注有*符号就是说明阻值是须经过试验调整决定的)。加大阻值可使集电极电流减小;减小阻值则电流加大。最后使电流表指示的集电极电流为1~1.5毫安,这就是这一级半导体管的正常工作点。这时旋动调谐电容器C\(_{2}\)到有电台的地方,耳机里就可听到响亮的广播声音。如果听到电台声音时,耳机里掺杂啸叫声,或是在无电台声音时也有啸叫声,这可能是高频变压器的初级线圈L3接反了,可将它的①和②两端对调一试。

在没有电流表指示集电极电流的情况下,也可以凭着听觉来进行调整。这时要多备几只阻值不同的电阻。例如这里图2中所标R\(_{2}\)为15K的,则可另备240K、200K、100K、51K、30K等数只,从高阻值起逐一换接上去充作R2,直到选出一只能够收听到电台播音的为止。

如果换后听到的电台声音很大,但音质噪杂不佳,这是偏流电阻阻值偏低了(半导体管的工作电流太大),可用小刀轻轻地将电阻上的漆皮去掉一部分,然后将露出的碳膜轻轻地刮除一些(使阻值增大),直到耳机中声音很大而音质也很优美为合格。如果换后听到的电台声音很小,这是偏流电阻偏高(工作电流太小),可将漆皮刮掉后,在露出碳膜的地方,用软铅笔涂抹(使阻值减小),直到声音又大,音质也好为止。

在前级调整完毕后,应将电路按图2恢复接好,进行下一级的调整。这时将电流表接入电路的(B)处,可变电容器C\(_{2}\)要旋在无电台地方,变换电阻R4的阻值,使BG\(_{2}\)和BG3两管在无信号情况下的集电极电流为3~5毫安。无电流表时,R4阻值可以不必调整,就按图2所列R\(_{4}\)阻值,即可收音。

为了制作简便,本机没有装设调节再生的装置,是靠高频变压器L\(_{3}\)、L4和天线线圈L\(_{1}\)之间的耦合产生固定的再生作用。所以调整时收到电台声音后,可将高频变压器在原位置作方向上的转动,即利用绝缘物如竹筷子或塑料牙刷柄插过变压器中心,使它向左或右稍作旋转,以求达到音量最大、音质最好。要想进一步提高收音机的灵敏度和分隔电台的能力,可如图2虚线所示,在BG1管的集电极和天线线圈L\(_{1}\)的抽头之间(抽头应在绕制L1时在距尾端第10圈处预先抽出),加接一只再生电容器C\(_{8}\)(实际为4.5/25微微法的瓷介半可变电容器),调节C8,可使再生量控制在最佳点上。

调整时如果喇叭里出现“扑扑”的叫声,这是由于前后两级引起反馈的缘故,可如图2虚线所示,在电路中加接电阻R\(_{7}\),使它与原有旁路电容器C7配合起来,成为一个退耦合电路,就可使叫声消除。

这台收音机在距离电台较远的地方使用,应当加接外天线,才能取得良好的收听效果。调试时也应当加接外天线,否则不易调整好。