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电子管放大器 1970/01/01 19:07 点击:706 / 回复:0

 

沈肇熙
微弱的信号(指电压、电流的变动或波动)是不能起很大作用的,随着电子学的发展,愈来愈多的电气设备离不开放大器,无论是收音机、扩音机、广播、通信电视和传真的接收机和发射机,工业上的自助控制装备等,都是把小的信号变成大的信号来起作用的。用电子管做放大器,曾经是惟一无二的办法,现在人们虽已经能够做灵巧的半导体放大器和简便的磁放大器了,但电子管放大器在现有设备中应用最多,所以在我们分析了几种电子管的特性以后,就来谈谈电子管放大器的作用。

一个放大器我们可以画一个方框框来代表。在方框的左右两边各画两个小圆圈代表放大器的输入和输出端。要被放大的信号接到输入端,已经放大了的信号从输出端接出去。电子管放大器不仅需用电子管,而且还要用些普通的无线电零件,如电阻、电容器、线圈、变压器等。妙在给它们以不同的安排,就产生不同的作用。
  


 

我们对放大器的基本要求,是只放大信号不改变信号,改变了信号的样子术语叫做“失真”。输出的信号比输入的信号大的倍数多又没有失真,才是好放大器。
我们能够用电子管做成放大器,主要是因为栅极电压的变动可以影响较大的屏极电流同样变动的缘故。管内电子群永远是从阴极到屏极,所以屏极中流应当是直流电流。但在变动的栅极电压的作用下,这直流电流可以有变化,从效果上来看,一个大小变化的直流,相当于一个固定不变的直流电流加上一个大小同样变化的交流电流。单看交流部分,就像在栅极和它的引线上(输入端)有很少的电子往管外或管内跑,就带着大量的电子也在屏极和它的引线上(输出端)往管外或管内跑。它们的活动完全是一模一样的,不过数量有很大的差别。因此就使我们有利用电子管来做成放大器的可能性。
把一个变动的直流分成不变的直流和交流两部分来看,事实上有很多方便。这交流既可以想像是在管内来回流动,那么电流在电子管里,就和在一个电阻里相似。电子管的内阻rp,正是对交流起作用的这样一个电阻。但我们不能单纯地用rp来代表电子管,因为一个电阻是不能发电的,而在栅极电压变动的作用下,电子管活像一个发电机,能够发出交流电流。当我们要使用发电机的时候,它能够发电是基本的性能,它可以是用汽油机或柴油机推动来发电的,或是用电极激动来发电的。  


 

所以一个电子管放大器应当看成是一个有电动势e和内阻rp的交流发电要,它可以对接在屏、阴极间(输出端)的电回路输出电力,也可以使我们在这电回路上得到电压。因此就做成了电力放大器和电压放大器。  


 

这个电动势e应当有多大呢?它实际上是表现栅极电压eg对屏流的作用的,我们现在想像它是直接产生屏流的一个电动势,等于屏极电压对屏流的关系一样。由于栅极电压在这一作用上比屏极电压的作用大μ倍,所以e应当等于μeg。结果一个电子管放大器的“等效电回路”就是一个有内阻rp又发出电动势μeg的发电机,接在屏、阴间的电回路就成了这个发电要的“负荷”。用等效回路来分析电子管放大器的问题十分简单。例如输入电压是eg,负荷是一个电阻R(图7),那么由欧姆定律,在μeg,rp和R串联的简单电路里,我们可以得出:
 
 
输出电压(即在负荷电阻 R上的电压)
因此输出电压比输入电压大了 rp+R倍。可见要放大器放大的倍数大,μ要大,R也要大。如果R比rp大得多,放大倍数就接近于μ。所以电子管电压放大器的最大电压放大倍数不能超过μ的数值。
我们应当选择μ很大的电子管来做电压放大器。
用等效回路来分析电子管电力放大器也很简单。一个发电机内阻愈小,供电的效率愈高,所以我们应当用 rp小的电子管来做电力放大器。当负荷电阻和发电要的内阻数值相等时,发电机供给负荷的电力才是最大,所以单为了让电子管输出最大的电力,负荷必须调整到等于rp。
选用最大的负荷电阻来做电压放大器,选用最适当的负荷电阻来做电力放大器,是安排各种无线电回路的两个基本规律。如果没有适当的负荷,就得设法把它变得合适。高频和中频电压放大器,是收音机里在检波以前所常用的,为了得到非常大的R,所以在它们的电子管屏、阴极间都接着相当于极高电阻的并联谐振回路。音频电力放大器是收音机检波以后在接剌叭前所常用的。因为喇叭的音圈没有几圈,直接做为电子管的负荷很不合适,所以加用输出交压器把喇叭音圈的电阻变得合适,使喇叭可以得到很大的电力,声音才响亮。
 

从阴极到屏极的电子群,是通过栅极上的洞孔跑过去的。栅极电压的正、负变动,大到对阴极有正电位时,也能吸收一小部分电子;栅极电压变动小,就不容易吸收电子。当栅极上吸收电子时,电子冲击栅极发热,这热量在栅极上消耗,自然应当由接在栅极上的信号电源来供给。当栅极上不吸收电子时,就不需要从信号电源输入电力。电子管放大器的使用方法很多,可以按甲、乙、丙分类,乙类放大器细分还有甲乙1和甲乙2几种,甲类和凡是挂着“甲”字的乙类放大器,都不要输入电力,乙类和丙类都要输入电力。

   一个电子管放大器能够输出比输入更大的电力,这并不是它本身有什么神秘的作用能够创造电力,电力的输出离不开电流,电子管的屏流是由加在屏极上的直流电压产生的,因此输出的电力和电子群冲击屏极所消耗的电力,都是由直流电源供给的。


 

把信号稍微放大一点是容易的,用不着考虑失真问题。但如果放大倍数高到几百倍,那就有些困难。我们涉想一个电子管输出的屏流很大,它的磁场向四围散开,达到栅极上并在栅极上感应出来了电压,这栅极电压自然也影响屏流,因此屏流不仅受信号电源来的电压的影响,也会受这种感应电压的影响,自然屏流的变化就不可能完全和信号电压一样,失真就无法避免。对微小信号的放大也是比较容易的,到信号电压变化很大时,就进入到了乙类或丙类的工作状态,栅极上有了电流,这栅流通过栅、阴极间的电回路也会产生电压加在栅极上,等于栅极上除了信号电压外又有了一个电压起作用,这时屏流的变化也不可能单和信号电压一样,失真也无法避免。对一个频率的信号放大还是容易的,要放大含有许多频率的信号就有困难。相当于我们说话的音频电压,可能含着高低几千种频率,相当于音乐队演奏的信号所含频率更多;相当于电视形像的信号所含频率甚至有几百万种。放大器一律要将些频率放大,毫不失真;原来各个频率大小有什么样的关系,放大后还保存同样的关系,原来它们彼此是怎样安排好的,放大后还要安排得同样好,却实有一定的困难。现在脉冲技术大大地发展,一个简单的长方形脉冲电压,分析起来就含着无数的频率成分,要放大脉冲电压也同样困准。所以要得到完全不失真的宽频带放大,理论上和实际制造上问题都相当复杂。
 
为了照顾到不失真的要求,我们往往需要特别设法。例如用一种束射四极管代替五极管,用“推挽式放大器”和“负回授”回路,用“串联补偿”却“并联补偿”的宽频带回路等。在不同的情形下,有不同的办法。如果是用普通的三极管五极管和简单回路,为了免除失真,时常是牺牲些输出电力来补救。例如三极电力放大管的负荷R虽然等于rp时输出最大,但为了失真最小,就提高R到 R=2rp;五极电力放大管的R也不等于rp,而是大约等于直流的屏压和直流电流的比值。例如 6F6五极管的屏压用300伏时,直流屏流约35毫安,它的负荷电阻大约是(300/35)×1000=8500欧。(沈肇熙)
文章:youk [1970/01/01 19:07]
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