组装最简单的低频电子管放大器(第1部分)

Radioamator i Krótkofalowiec 1961/05. 作者:K.W.
(初学者无线电爱好者的角落)

   尽管二极管和晶体管等半导体元件的生产和应用不断进步,但电子管仍然是大多数无线电工程设备的重要组成部分。 众所周知,大约五十年前发明的电子管为无线电工程创造了广阔的发展前景,并成为其非凡事业的基础。 真空管的结构和操作原理的知识是每个无线电技术人员“入门”的第一步,因此它也适用于初学者无线电爱好者。 我们将以最简单的方式建立我们的电子管知识,即通过手工组装和测试单管低频放大器。 该放大器可用作检测器接收器,并且 - 尽管它很简单 - 非常有用,例如,如果您需要使用大量耳机(2 - 6 对)收听广播。

   图 1 中的放大器示意图有两种变体,它们的不同之处在于将信号从检测器馈送到放大器电路的方式。 In the first case (Fig. 1a), a low-frequency coupling transformer with an appropriately selected ratio is used.当从检测器接收器获得的信号非常微弱,而我们希望获得尽可能高的增益时,应使用该系统。此处不提供音量(增益)控制。然而,当接收机以相对较高的音量播放节目时,建议在图 1b 所示的电路中使用放大器;这款功放设计稍微简单,同时可以调节音量。但是,我们必须记住,该系统提供的增益低于通过变压器耦合到探测器的同一电子管提供的最大增益。当然,在这两种情况下,探测器接收器输出的声学信号都连接到同一个电极,即所谓的真空管的“控制栅”。


图 1. 放大器原理图
a - 与变压器耦合,b - 电流耦合

   电子管放大电路的操作非常简单易懂,只要看过一个晶体管的低频放大器(Radioamator No. 3/61)的说明,了解了它的一般工作原理的人都可以理解。 文章中描述的这种类型的电路。 在这里,来自检测器接收器的微弱信号也仅用于控制放大电路,而耳机的工作需要消耗本地电源(电池或交流适配器)的能量。 与晶体管一样,电子管是调节在能源电路中流动的电流的元件。

   然而,为了正确理解电子电路的操作,有必要让读者熟悉电子管的结构。 这不是一项艰巨的任务,因为你们中的大多数人可能已经对此有所了解。 谁能抵挡住诱惑,连一根破损的(破旧的)真空管都不破,亲眼看看里面是什么。 在最简单的情况下,电子管由灯丝(所谓的“阴极”)、“控制栅”和“阳极”组成。 图 2 向我们展示了这种管的结构,通常称为“三极管”。


图 2. 三极管的结构(旧型)

管内的现象绝不是复杂到不能简单解释的。 在图 3 中,我们可以看到一个普通的电灯泡,在灯泡内部放置了一个金属板形式的附加电极。 我们将此金属板称为管的“阳极”。 在真空管的阳极和灯丝之间,与Ba电池(电压为几十伏)串联了一个仪表,指示电路中流过的电流值。 Bż 灯丝电池仅用作 - 顾名思义 - 使管的灯丝发光。 由著名发明家 T.A. 爱迪生的现象非常有趣:他指出,如果同时满足两个条件,则阳极电路中有电流流动,即:

  • 管子的灯丝是白炽的,
  • Ba电池的正极接正极。

   如果上述条件中的至少一个不满足,阳极电流——我们现在称之为——不会在电路中流动。 如图 3 所示。


图 3. 爱迪生使用改良灯泡的实验

  E爱迪生无法解释如此改装的普通灯泡中出现的这些奇怪现象。 此外,考虑到当时的知识水平,这并不容易。 今天我们知道,被加热的灯丝,或电子管的“阴极”,是自由电子的来源,它构成了所谓的电子管发射电流。 如果其阳极相对于阴极存在正电压,则该电流流过管中的真空。

   电子管的真正“诞生”发生在很久之后,也就是第一次世界大战爆发前的几年,当时一个额外的第三个电极被放置在一个改良的爱迪生灯泡中。该电极称为网格。图 4 说明了栅极的操作:如果我们给它施加一个相当大的负电压(图 4a),它会强烈地抑制(排斥)从阴极发射的电子,构成基本的负电荷,以及阳极电流流经电子管的量很小。如果负栅极电压很小,它的制动作用就弱得多,因此 - 正如我们在图 4b 中看到的那样 - 电子管的阳极电流具有更大的值。图 4c 向我们展示了另一种情况:一个小的正电压被施加到管的栅极。现在栅极不仅不排斥阴极发射的电子,而且还帮助它们行进到正极;因此,流过管的电流达到很高的值。然而,与此同时,阴极发射的一小部分电子,即那些击中控制栅极稀疏间隔导线的电子,形成所谓的“栅极电流”。这是完全可以理解的,因为在这种情况下,具有小但正电位的栅极在其操作中变得类似于阳极。


图 4. 控制网格的运行

   上面对真空管中发生的现象的说明使我们能够大致了解其在放大器电路中的操作(图 5)。 我们发现,控制栅上电压的变化会导致流经电子管阳极电路的电流强度发生变化。 在这种情况下,相当大的电流会流过耳机,这取决于控制电极上的电压,这会导致耳机中控制信号的精确再现。


图 5. 三极管放大电路

   在熟悉了电子管的设计和放大电路的操作之后,我们现在可以回到图 1a 中的图表并开始构建放大器。 以下是为此目的所需的元素列表:

  • V - 电池供电的电子管,1S5T型 - 1个
  • Tr - 输入变压器(如所述) - 1 件
  • Ba - 阳极电池 30÷70V - 1 个
  • W - 2 极开关 - 1 个
  • 带螺母的无线电插座 - 8 个
  • 铝板或铁板
  • 小型装配设备,如螺栓、螺母、装配电缆等。

   读者可能最难获得正确的“输入”变压器,因为它目前不是很流行。 它是一个升压比至少为 1:4 的变压器。从旧的德国无线电接收器上拆下的变压器在这里是完美的。 但是你也可以根据以下数据自己做:

  • 中心芯柱横截面:约1÷2 cm2
  • 初级绕组:1000 匝漆包线,直径为 0.1 ÷ 0.15 毫米,
  • 次级绕组:4,000 匝直径为 0.1 毫米的漆包线。

   您还可以使用任何库存的扬声器变压器(例如用于 Pionier 无线电接收器、Szarotka、Stolica 等)。 当然,它们必须相应地进行调整。 由于扬声器变压器的初级绕组约为2000÷3000匝,因此可以用作新电路的次级绕组。 剩下的就是去除不必要的低电阻绕组(大约 100 匝直径约为 0.5 ÷ 0.8 毫米的导线),而是将初级绕组绕大约 800 ÷ 1000 匝。 根据可用空间,这里的线材直径可以是任何一种。

   1S5T 电子管用于流行的波兰收音机“Szarotka”的电子管。 图 6 显示了它的外观和真空管的各个电极与外部引线的连接。


图 6. 1S5T 电子管
a - 外观,b - 终端布局

我们可以看到,这个电子管是一个多电极,因为除了已知的阴极(引脚 1 和 7)、控制栅极(引脚 6)和阳极(引脚 5)之外,它还具有其他附加电极。 我们暂时不详细讨论它们,因为在我们的电路中,我们将使用 1S5T 管作为三极管。 由于它适当地包含在放大器电路中,这将成为可能。 因此,我们将引脚 4 和 5 连接在一起,并使用连接到它们的两个电极作为阳极。 如图 7 所示,其中 1S5T 管显示为三极管排列。 连接到真空管第三腿的附加电极在任何地方都没有连接,因为我们在这里不需要它。


图7 1S5T电子管改成三极管

   最好从其金属底座(即所谓的“机箱”)开始安装放大器。 图8显示了这种底座的一个例子; 当然,固定输入变压器的螺钉的位置,甚至可能是整个底座的尺寸,都应该适合您的变压器。 放大器模型的照片也可能会有所帮助,尽管人们应该尝试在示意图的基础上逐步设计简单设备的结构。 无意识地复制所描述的模型不是最佳做法,因为我们必须记住,真正的无线电爱好者只能根据示意图以及可能的附加和通用指南正确构建电子系统。


图 8. 放大器金属底座示例
个别尺寸应适应所用变压器的尺寸。

   放大器的底座最好由 0.5 毫米厚的铝板制成,这是最容易使用的,或者由铁或锌板制成。

   下一步是连接变压器、电子管插座和无线电插座。 如果机箱由金属板制成(也可能由其他材料制成),无线电插座应使用适当的绝缘垫圈固定,以便它们都不与地面接触。 垫圈的准备和组装如图 9 所示。


图 9 绝缘垫圈的制造和无线电插座的安装

当使用由非导电材料制成的底盘时,插座将直接安装在合适的孔中(直径约 6 毫米)。 放大器的进一步组装包括根据示意图(图 1a)和组装图(图 10)连接各个元件。


图 10. 放大器组装图

将连接线(绝缘层直径为 0.5 ÷ 1 毫米)与插座螺母的孔眼连接,并焊接到管座的相应支脚。 这里描述的电路非常简单,不需要任何额外的解释,因为它的组装肯定不会给任何人带来任何麻烦。

   现在将电源连接到完成(和测试)的放大器电路。 首先 - 我们打开 Bż 灯丝电池,即 1.5 伏电池(所谓的“美国”)。 为此,链路应使用带插头的电线端接 - 最好是有颜色的,以便轻松区分两极。 图 11 显示了这样的电池并指示了它的正极和负极。


图 11. 1.5V 灯丝电池极性

灯丝电池的正确极性在我们的系统中是非常重要的,对这件事也应该做几句话说明。在普通的放大器电路中,一定的负电压被施加到各个电子管的控制栅极上。该电压的值取决于系统的参数。这是为了保证真空管的运行时尽可能少的失真。大多数读者肯定会记得,在先前已知的带有晶体管的放大器电路(Radio Amator No. 3 和 4/61)中,我们类似地使用某些“预电压”作为晶体管的基极。我们的电子管放大器的电路已经过刻意简化,因此它不包含任何额外的元素来获得这种所谓的“控制栅极极性”。然而,这个栅极对于灯丝也有一些负电位,因为它(通过变压器次级绕组)连接到灯丝电池的负极 - 在这种情况下,灯丝的平均负栅极预电压约为 0 ,7 伏)。然而,应该清楚地强调,这是一种相当独特的做法,在这种特殊情况下是可以接受的,因为所用的阳极电压很低,而且放大器的预期用途也是如此。众所周知,检测器接收器通常提供非常低的声压,因此您不必担心所谓的“削波”。正如大多数读者已经猜到的那样,这种失真是由于向放大管的栅极施加过高的声频电压导致的,大于其负预电压。在此尽可能长时间但确实有必要的解释之后,我们会记住灯丝电池必须绝对按照图表和图纸中给出的极性连接到系统。建议用颜色或符号标记相应的插头和插座。

   将灯丝电池连接到管座后,插入 1S5T 电子管(小心不要弯曲精密的引线)。 放大器使用 W 开关连接到电源,并通过观察电子管的灯丝来检查正确的组装。 在全光下很难看到任何东西,但在黑暗的房间里,你可以很容易地看到阴极发出亮橙色的光。 它以沿管的垂直轴拉伸的细线的形式可见。

   设置 Ba 阳极电池的最简单方法是使用 8 ÷ 12 节 4.5 V 扁平电池(来自袖珍手电筒)。 购买大型阳极电池毫无意义,不仅因为成本高,而且最重要的是因为我们系统的功耗非常低。 单个电池相互串联,即一个电池的正极 - 下一个电池的负极,如图 12 所示。


图 12. 4.5 V 扁平电池的串联

需要记住的是,电池的长端是负极,短端是正极。 我们还将使用适当长度的带香蕉插头的电缆终止该电池。 阳极电池连接到系统如图(图 1a 和 10)所示,即负极连接到阴极,正极连接到电子管的阳极(通过耳机)。 电池反接不会损坏放大器,但它不会工作。

   仍然需要将耳机连接到适当的插座,并将检测器接收器连接到放大器的输入端。

   以上述方式组装的系统如图13所示。


图 13. 系统:检测器接收器 - 放大器
应使用以香蕉插头端接的电线进行连接

整个事情是如此简单,以至于我们的接收装置应该立即给出最满意的结果。 当然,系统正常运行的条件是探测器接收器本身的正常运行,这应该事先用耳机检查。 同时,通过比较直接从探测器接收到的广播强度和放大器输出的广播强度,我们可以粗略估计我们第一个电子管设计的工作质量。

   正如在介绍中已经提到的,可以将更多对无线电耳机连接到系统。 执行此操作的最简单方法如图 14 所示。


图 14. 为少量耳机制作“分离器”:
a - 外观,b - 接线图

正如你所看到的,一个带有适当数量无线电插座的小塑料肥皂盒被用来构建“分离器”。 具有增益控制的放大器设计(图 1b)将在下一期期刊中讨论。

电子管爱好者文章内容由Grzegorz 'gsmok' Makarewicz提供