电子管调频收音头

电子管调频调谐器的设计、制作和调试

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摘    要：本文讨论采用电子管作为放大器件，利用现代设计软件学习调频调谐器的电路设     

          计，利用现有材料制作关键元件，完成电子管调频调谐器的整机制作和调试。

关 键 词：电子管  调频  调谐器 

    一、电子管调谐器原理图的设计  

（一）电子管的工作原理

1、当点亮电子管灯丝，灯丝温度逐渐升高，虽然是真空状态，但灯丝温度以辐射热的方式传导至阴极金属板上，等到阴极金属板温度达到电子游离的温度时，电子就会从金属板飞奔而出。此时在电子是带负电的，在屏极加上正电压，电子就会受到吸引而朝屏极金属板飞过去，穿过栅极而形成一电子流。栅极犹如一个开关，当栅极不带电时，电子流会稳定的穿过栅极到达屏极，当在栅极上加入正电压，对于电子是吸引作用，可以增强电子流动的速度与动力；反之在栅极上加入负电压，同性相斥的原理电子必须绕道才能到达屏极，若栅极的结构庞大，则电子流有可能全数被阻隔。利用栅极可以轻易控制电子流的流量，将输入讯号连接在栅极上，并且加入适当的偏压，并且在屏极串上一个电阻，藉此即可达到讯号放大的目的。电子管也与晶体管一样，具有多种放大形式。收音头中比较常用的是电子管阴极接地电路。

（二）调谐器的电路结构

1、概述电路结构  

现代调谐器一般采用超外差接收原理，它的优点主要是灵敏度高，选择性好。这是由于调谐器可把接收到的高频信号，经过变频使之转化为频率较低的固定中频信号，然后把中频信号进行放大进一步抑制干扰。调谐器的基本电路是：输入电路、高频放大电路、变频电路、中频放大电路（根据需要可有多级组成）、鉴频电路、去加重电路。

图一  电路结构框图

2、调谐器的主要电路构成

2.1.1输入电路

调频调谐器输入电路有图二的四种代表形式，本机是利用图a的阴极接地调整式电路进行改变，天线从初级线圈的中心抽头接入。天线匹配阻抗为75Ω，这种电路，天线对地是不平衡式。在超短波中，最简单的天线是半波偶极子天线（Half-wave Dipole），而它的辐射电阻（Radiation Resistance）是75Ω。就是通常的拉杆天线。

图二  四种输入电路图

2.1.2高频放大电路  

为达到足够的灵敏度，除天线配合接收波长以求达到谐振取得较大的输入电压外，必需加上高频放大级，这样才能更有效地减弱杂波的干扰。一般高频放大使用低噪声、极间电容小的三极管。本机使用一个6N15电子管进行高频放大，采用双三极管并阴放大电路，提高放大增益。

图三  高频放大电路

2.1.3变频电路

本调频调谐器采用超外差原理，把电台信号转变为本机中频（10.7MHZ）频率。通过中放电路进一步放大。大多数调频调谐器的变频级都用他激式变频电路，就是利用本机振荡频率与电台信号频率在非线性元件中混合产生两者之差信号，通过谐振与10.7MHZ的中频变压器选择出这个差信号输出到后级中频放大电路。本机使用6F1作为变频管，其三极管部分作为本机振荡器，产生高于电台的振荡信号，通过2P电容输出到6F1的五级管部分，并调整五级管工作点使其工作于非线性状态。在非线性状态是就会混合出多种频率来。本机振荡管接成最常见的哈特莱式振荡器。下面左图是振荡部分，右图是混频部分，本机振荡信号通过2P电容耦合到混频五级管栅极。

图四  振荡混频电路图

2.1.4 中频放大部分

中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。本机采用双调谐回路放大器，双回路调谐放大器在临界耦合时，增益较高，选择性较好，通频带较宽，相位特性也较好。为了有较高的性能，本机采用三级中放。

2.1.5鉴频电路

调频信号的解调方法较多。基本类型有斜率鉴频器、相位解调器与计数型解调器。

2.1.6去加重电路 

 为提高信噪比，调频发射机必需把高频提升，而在调频收音机中，将检波级输出信号中的高频减少同一幅度。这种电路称为“去加重电路”。对于高音的衰减，主要决定于去加重电路的R-C时间常数。该网络的时间常数一般为50µs或75µs，我国采用50µs。

   （三）绘制电路原理图并设计PCB图

1、绘制电路原理图  

经过查阅资料和学习绘图软件，绘制整机原理图如下：

    1.1最终设计的电子管三联电调谐高频头原理图如下图六

图五  高频头原理图

1.2最终的中放原理图如图七，因有立体声解码电路，所以不用去加重电路。

图六  中放电路原理图

    1.3使用6E2电子管的调谐指示原理图

图七  调谐指示原理图

    1.4整机设计使用6Z4整流，实际使用中可以使用晶体二极管代替扩大输出电流。另全桥整流后稳压输出5V为LED频率显示电路供电。

图八  电源电路原理图

    二、制作篇

（一）根据原理图设计PCB图

1.1为了焊接安装方便，便于批量生产，采用PCB板是就好的选择。现代电子电器全使用PCB板，所以，本机也采用PCB板制作，同时可以练习画板的技能。

1.2高频电路板设计的基本原则

    电源线应尽量与地线的走向一致，尽量加粗电源线的宽度，接地线要构成闭合环路。同一级电路应尽量采用相同的接地点。总接地线必须严格按照高频--中频--低频逐级从弱电到强电的顺序排列，高频头要采用大面积包围式地线。尽量缩短高频元器件之间的连线减小分布电容参数和相互之间的电磁干扰，输入与输出的元器件应尽量远离。

    1.3各部分采用独立的PCB板便于修改：

    1.3.1使用AD6软件设计的电源板部分如图九

图九  电源PCB图

    1.3.2使用AD6软件设计的高频头板

图十  高频头PCB图

1.3.3使用AD6软件设计的中放板

图十一  中频放大PCB图

（二）部分元件介绍和自制 

1、元件的识别

    1.1小七脚小九脚电子管管脚的识别：把管脚对着自己，从空档大的位置向右顺时针方向开始为1、2、3、4------9脚。其玻璃壳上标有型号。电解电容器是有极性元件,在电路中不允许反接。对于无标记的电解电容器,可用下述方法判定其正负极。1.外观判定(1)对于铝壳电解电容器(如CD型、CDX型),与铝壳连通的为负极。(2)对于CD11型小型电解电容器,可根据电极引线的长短来区分正负极,长引线是正。选取电解电容时耐压要使用电路要求的电解电容。高频电路的电容使用瓷片电容，或银云母电容。

    2、自制元件

    中频放大电路中使用的中频变压器没法买到，需要自制，自制过程如下：中频变压器骨架使用1ML一次性注射器改制，剪取离侧翼52mm长的一段，共5个，用6*0.75mm的丝锥攻好内螺纹。先制作鉴频变压器，在骨架的下端（定义有侧翼的一端为下端）用0.1mm的纱包线顺时针方向（从下端看）绕18圈，作为初级。次级是相距初级2.5mm的距离用0.21mm的纱包线反时针方向双线并绕14圈，其中一线的头与另一线的为连接好作为中点。线圈的固定可以使用高频石蜡。线圈绕好后再把各个线头焊接到骨架底座的引脚上，同时焊好并联的电容。中频变压器同样使用自制的骨架，初级用0.1mm的纱包线在骨架的下端顺时针方向绕30圈，相距初级5mm的位置用0.1mm的纱包线反时针方向绕30圈。

图十二  中频变压器制作过程图

    上图分别是攻丝好的骨架、试拧入高频磁芯、绕好线圈、焊接线头和电容、做屏蔽罩、焊到电路板上的过程。

   （三）焊接PCB板搭建组件

1、部件组装

本机有电源板、高频头板、中放板，机箱，接插件等零件。电源变压器、输出插座、天线插座、调谐电位器、电源开关直接安装在机箱上。电源板、高频头板、中放板要先把元件焊好后，再安装到机箱上。电源板上的5个电解电容必须注意正负极性。板上标注了所有元件的规格，只要按标注的规格对应焊接牢固，非常方便。中放板和高频头板上的472电容使用高压瓷片电容，不能装错低压瓷片。所有的电子管座要焊接在有标注的一面。各板元件焊好后就可以安装到机箱上了。

2、整机装配   

    各板在机箱中的位置如下图：上面是中放板组件、下左一起分别是高频头组件、电源板组件、和备用板。中间是电源变压器。

图十三  机箱内部图

    下图是电源开关、调谐电位器在面板上的位置和天线插座、电源插座、保险丝座、输出插座在后面板上的位置。

图十四  机箱正面图

图十五  机箱后面图

    三、电子管调频调谐器的调试 

（一）调试前的准备  

1.1整机各组件安装就位后，先连接各板灯丝供电连线，打开电源，看看各电子管灯丝是否点亮。再连接各板高压连线，通电测量各板高压供电电压是否正常。最后检查其它连线，确保无松、错、漏装。 

1.2调试调频调谐器最好具备扫频仪、示波器。本次制作使用目黑7125A收音机专用扫频仪，使用前，要先设置好中频频标点，和射频频标点，中频频标点设置为10.5MHZ、10.6MHZ、10.7MHZ、10.8MHZ、10.9MHZ共5个。射频频标点设置为86.5MHZ、90MHZ、98MHZ、106MHZ、108.8MHZ。扫频仪和示波器的具体使用方法请参考使用说明书。

（二）调试方法

1.1中频放大电路的调整主要是调整中频变压器。如下图十七，把扫频仪输出线的红色端夹子夹在E点，黑色端夹子夹在就近的接地端，扫频仪信号输出线的红色端夹子夹在D点，黑色夹子夹在就近的接地端。打开调谐器电源、扫频仪电源，扫频仪调到10.7MHZ档。调整鉴频变压器的次级和初级磁芯，使10.7MHZ频标点处于水平线上，其他频标点在水平线上下两端，并且上下波形最大同时波形要对称。再把扫频仪的输出信号夹子夹子到C点，同上方法调整，然后把扫频仪的信号夹子夹在B、再A点同上方法调整各级中频变压器。最后，把扫频仪的输出信号夹子夹在附图二高频头调试图中的B点，并使本震停振，调整混频变压器的初次级磁芯，使波形达到如上述要求。注意：10.7MHZ的频标点不能偏移水平线太多，以求10.7MHZ的中频频率偏移小于正负0.1MHZ。实际图形可参照下图。

图十六  鉴频波形图

 图十七  中频放大测试点标注图

1.2中放调整完成后，接下来，可以调整高频头了。接前面，扫频仪输入线夹子不动，把扫频仪信号输出线的红色夹子夹在天线输入端，恢复本震振荡，扫频仪调到FM档，调谐器调谐到频率最低端，拉伸或压缩附图二高频头调试图中C点处的本震线圈，使扫频仪屏幕中86.5MHZ的频标点处在波形的任意一点上。然后，把调谐器调到频率高端，调整附图二高频头调试图中F点的微调电位器，使扫频仪屏幕中108MHZ的频标点处在波形的任意一点上。这就完成高频头的覆盖调整。实际调整效果如下图十八，左图为低端覆盖，右图为高端覆盖。

图十八  高低端覆盖图

    完成高频头的覆盖调整后，进行高频头灵敏度的调整（也叫跟踪调整），调整调谐器的调谐电位器，使扫频仪屏幕上的波形处在90MHZ的频标点上，拉伸或压缩图二十高频头调试图中B点处的混频线圈，使波形上下幅度最大，然后，调整调谐器的调谐电位器，使扫频仪屏幕上的波形处在106MHZ的频标点上，调整图二十高频头调试图中E点处的微调电位器，使波形上下幅度最大，这就完成了灵敏度的调整，输入回路的调整也如上述调整。

图二十  高频头调试点标注图

    经过调整后，调谐器的性能得到提高，下图二十一可见其高端谐波明显被衰减。

图二十一  跟踪调试后的高低端波形图                        

结论

本次实践后，发现使用三级中放的电子管调频调谐器的灵敏度、选择性、通频带等性能完全达到现代集成收音机的性能，而且，自己动手制作元件也是解决缺少元件的有效办法。使用现代设计软件等工具，极大的提高了工作效率，使用便捷的测量仪器，更能保证产品质量。

参考文献

[1] 陈立坚.陈立勋.实用电子计算公式.国防工业出版社.1981.

[2] 陈洪诚.小型电视台转发设备.科学技术文献出版社出版.1993.

[3] 陈其津.调频接收机.广东科技出版社.1981.