電子管基礎(chǔ)

電子管
   基本電子管一般有三個極,一個陰極(K)用來發(fā)射電子,一個陽極(A)用來吸收陰極所發(fā)射的電子,一個柵極(G)用來控制流到陽極的電子流量.陰極發(fā)射電子的基本條件是:陰極本身必須具有相當(dāng)?shù)臒崃?陰極又分兩種,一種是直熱式,它是由電流直接通過陰極使陰極發(fā)熱而發(fā)射電子;另一種稱旁熱式陰極,其結(jié)構(gòu)一般是一個空心金屬管,管內(nèi)裝有繞成螺線形的燈絲,加上燈絲電壓使燈絲發(fā)熱從而使陰極發(fā)熱而發(fā)射電子,現(xiàn)在日常用的多半是這種電子管(如圖所示).由陰極發(fā)射出來的電子穿過柵極金屬絲間的空隙而達(dá)到陽極,由于柵極比陽極離陰極近得多,因而改變柵極電位對陽極電流的影響比改變陽極電壓時大得多,這就是三極管的放大作用.換句話說就是柵極電壓對陽極電流的控制作用.我們用一個參數(shù)稱跨導(dǎo)(S)來表示.另外還有一個參數(shù)μ來描述電子管的放大系數(shù),它的意義是說明了柵極電壓控制陽流的能力比陽極電壓對陽流的作用大多少倍.

   為了提高電子管的放大系數(shù),在三極管的陽極和控制柵極之間另外加入一個柵極稱之為簾柵極,而構(gòu)成四極管,由于簾柵極具有比陰極高很多的正電壓,因此也是一個能力很強(qiáng)的加速電極,它使得電子以更高的速度迅速到達(dá)陽極,這樣控制柵極的控制作用變得更為顯著.因此比三極管具有更大的放大系數(shù).但是由于簾柵極對電子的加速作用,高速運動的電子打到陽極,這些高速電子的動能很大,將從陽極上打出所謂二次電子,這些二次電子有些將被簾柵吸收形成簾柵電流,使簾柵電流上升這會導(dǎo)致簾柵電壓的下降,從而導(dǎo)致陽極電流的下降,為此四極管的放大系數(shù)受到一定而限制.
   為了解決上述矛盾,在四極管簾柵極外的兩側(cè)再加入一對與陰極相連的集射極,由于集射極的電位與陰極相同,所以對電子有排斥作用,使得電子在通過簾柵極之后在集射極的作用下按一定方向前進(jìn)并形成扁形射束,這扁形電子射束的電子密度很大,從而形成了一個低壓區(qū),從陽極上打出來的二次電子受到這個低壓區(qū)的排斥作用而被推回到陽極,從而使簾柵電流大大減少,電子管的放大能力得而加強(qiáng).這種電子管我們稱為束射四極管,束射四極管不但放大系數(shù)較三極管為高,而且其陽極面積較大,允許通過較大的電流,因此現(xiàn)在的功放機(jī)常用到它作為功率放大.

電子電路中的反饋電路
      反饋電路在各種電子電路中都獲得普遍的應(yīng)用,反饋是將放大器輸出信號(電壓或電流)的一部分或全部,回授到放大器輸入端與輸入信號進(jìn)行比較(相加或相減),并用比較所得的有效輸入信號去控制輸出,這就是放大器的反饋過程.凡是回授到放大器輸入端的反饋信號起加強(qiáng)輸入原輸入信號的,使輸入信號增加的稱正反饋.反之則反.按其電路結(jié)構(gòu)又分為:電流反饋電路和電壓反饋電路.正反饋電路多應(yīng)用在電子振蕩電路上,而負(fù)反饋電路則多應(yīng)用在各種高低頻放大電路上.因應(yīng)用較廣,所以我們在這里就負(fù)反饋電路加以論述.負(fù)反饋對放大器性能有四種影響:
1.負(fù)反饋能提高放大器增益的穩(wěn)定性.
2.負(fù)反饋能使放大器的通頻帶展寬.
3.負(fù)反饋能減少放大器的失真.
4.負(fù)反饋能提高放大器的信噪比.
5.負(fù)反饋對放大器的輸出輸入電阻有影響.

      圖F1是一種最基本的放大器電路,這個電路看上去很簡單,但其實其中包含了直流電流負(fù)反饋電路和交流電壓負(fù)反饋電路.圖中的R1和R2為BG的直流偏置電阻,R3是放大器的負(fù)載電阻,R5是直流電流負(fù)反饋電阻,C2和R4組成的支路是交流電壓負(fù)反饋支路,C3是交流旁路電容,它防止交流電流負(fù)反饋的產(chǎn)生.
一.直流電流負(fù)反饋電路.
晶體管BG的基極電壓VB為R1和R2的分壓值,BG發(fā)射極的電壓VE為Ie*R5那么BG的B、E間的電壓=VB-VE=VB-Ie*R5.當(dāng)某種原因(如溫度變化)引起B(yǎng)G的Ie ↑則VE↑,BG基發(fā)極的電壓=VB-VE=VB-Ie*R5↓這樣使Ie↓.使直流工作點獲得穩(wěn)定.這個負(fù)反饋過程是由于Ie↑所引起的,所以屬于電流負(fù)反饋電路.其中發(fā)射極電容C3是提供交流通路的,因為如果沒有C3,放大器工作時交流信號同樣因R5的存在而形成負(fù)反饋作用,使放大器的放大系數(shù)大打折扣.
二.交流電壓負(fù)反饋電路
交流電壓負(fù)反饋支路由R4,C4組成,輸出電壓經(jīng)過這條支路反饋回輸入端.由于放大器的輸出端的信號與輸入信號電壓在相位上是互為反相的,所以由于反饋信號的引入削弱了原輸入信號的作用.所以是電壓負(fù)反饋電路.R4是控制著負(fù)反饋量的大小,C4起隔直流通交流的作用.當(dāng)輸入的交流信號幅值過大時,如果沒有R4和C4的負(fù)反饋支路,放大器就會進(jìn)入飽和或截止的狀態(tài),使輸出信號出現(xiàn)削頂失真.由于引入了負(fù)反饋使輸入交流信號幅值受到控制,所以避免了失真的產(chǎn)生.

阻抗匹配的基本原理
   右圖中R為負(fù)載電阻，r為電源E的內(nèi)阻，E為電壓源。由于r的存在，當(dāng)R很大時，電路接近開路狀態(tài)；而當(dāng)R很少時接近短路狀態(tài)。顯然負(fù)載在開路及短路狀態(tài)都不能獲得最大功率。

根據(jù)式:

從上式可看出，當(dāng)R=r時式中的式中分母中的(R-r)的值最小為0，此時負(fù)載所獲取的功率最大。所以，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時，負(fù)載將獲得最大功率。這就是電子電路阻抗匹配的基本原理。色溫
    彩色電視機(jī)有一個鮮為人知的參數(shù)--顯象管的色溫.低色溫的顯象管其圖象色彩鮮艷熱烈;高色溫的顯象管圖象清新自然各有特色.那么色溫是一個什么東西呢?通常的光源如太陽,日光燈,白熾燈等發(fā)出的光統(tǒng)稱為白光.但由于發(fā)光物質(zhì)不一樣,光譜成份相差也很大.如何區(qū)別各種光源因光譜成份不同而出現(xiàn)的差別呢?為此物理學(xué)中用一個稱為黑體的輻射源作為標(biāo)準(zhǔn),這個黑體是一種理想的熱輻射體,它的輻射程度只與它的溫度有關(guān).當(dāng)用其它光源和黑體輻射作比較時,察看它的輻射與黑體何種溫度時的輻射特性相當(dāng)(即它們的光譜成份相同),就以黑體此時的溫度(絕對溫度)稱為某光源的色溫.在實際使用中,這常是用光源中的藍(lán)色光譜成份和紅色光譜成份的比例來區(qū)別,光源色溫的高低一般是藍(lán)色成份高時色溫較高;紅色成份高時色溫較低.

   在日常生活中,照相用的膠卷就有高低色溫之分.日光型的 膠卷為高色溫膠卷,燈光型膠卷則為低色溫膠卷.如果用燈光型的膠卷在日光或閃光燈下拍照,拍下來的景物的顏色會偏藍(lán).另外在用攝象機(jī)攝象時色溫也是一個很重要的參數(shù),處理得不好攝出來的圖象顏色將會失真.串,并聯(lián)諧振電路的特性
一.串聯(lián)諧振電路:當(dāng)外來頻率加于一串聯(lián)諧振電路時,它有以下特性:

1.當(dāng)外加頻率等于其諧振頻率時其電路阻抗呈純電阻性,且有最少值,它這個特性在實際應(yīng)用中叫做陷波器.
2.當(dāng)外加頻率高于其諧振頻率時,電路阻抗呈感性,相當(dāng)于一個電感線圈.
3.當(dāng)外加頻率低于其諧振頻率時,這時電路呈容性,相當(dāng)于一個電容.

二.并;聯(lián)諧振電路:當(dāng)外來頻率加于一并聯(lián)諧振電路時,它有以下特性:
1.當(dāng)外加頻率等于其諧振頻率時其電路阻抗呈純電阻性,且有最大值,它這個特性在實際應(yīng)用中叫做選頻電路.
2.當(dāng)外加頻率高于其諧振頻率時,電路阻抗呈容性,相當(dāng)于一個電容.
3.當(dāng)外加頻率低于其諧振頻率時,這時電路呈感性,相當(dāng)于一個電感線圈.
所以當(dāng)串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路不是調(diào)節(jié)在信號頻率點時,信號通過它將會產(chǎn)生相移.(即相位失真)

電子恒流源
    愛好電子技術(shù)的朋友可能在翻閱一些電子書刊時?？吹健昂懔髟催@個名詞，那么什么是恒流源呢？顧名思義恒流源就是一個能輸出恒定電流的電源。圖5中的r是電源E的內(nèi)阻，RL為負(fù)載電阻，根據(jù)歐姆定律：流過RL的電流為I=E/r+R如果r很大如500K，那么此時RL在1K---10K變化時，I將基本不變（只有微小的變化）因為RL相對于r來說太微不足道了，此時我們可以認(rèn)為E是一個恒流源。為此我們推論出：恒流源是一個電源內(nèi)阻非常大的電源。

    在電子電路中（如晶體管放大器電路）我們常需要一些電壓增益較大的放大器，為此常要將晶體管集電極的負(fù)載電阻設(shè)計得盡量大，但此電阻太大將容易使晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時我們可利用晶體三極管來代替這個大電阻，這樣一來既可得到大的電阻，同時直流壓降并不大，圖6所示。

    圖中穩(wěn)壓管D和電阻R2組成的穩(wěn)壓電路用來偏置BG1的工作點，并保證工作點的穩(wěn)定（BG2為放大管）。從晶體管的輸出特性可知，集電極---發(fā)射極電壓VEC大于1---2V時，特性曲線幾乎是平的，即VEC變化時，IC基本不變，也就是說，晶體管BG1的輸出電阻非常大（幾百千歐以上），圖中由于BG1的電流基本恒定，所以稱BG1是BG2的恒流負(fù)載。由于具有恒流源負(fù)載的放大器因其負(fù)載電阻大，故這種放大電路具有極大的電壓增益，實際上在很多集成電路內(nèi)部均采用這種電路。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源
    串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的電子電路之一，它被廣泛地應(yīng)用在各種電子電路中，它有三種表現(xiàn)形式。

    1。如圖1所示，這是一種最簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(有些書稱它是并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，我個人始終認(rèn)為應(yīng)是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路），電阻RL是負(fù)載電阻，R為穩(wěn)壓調(diào)整電阻有叫限流電阻，D為穩(wěn)壓管。這種電路輸出的穩(wěn)壓值等于D的標(biāo)稱穩(wěn)壓值，其工作原理是利用穩(wěn)壓管工作在反向擊穿的特性來實現(xiàn)的。圖2是穩(wěn)壓管的伏安特性曲線，從此曲線中我們看到反向電流在一定范圍內(nèi)大幅變化時其端點的電壓基本不變。當(dāng)RL變小時，流過RL的電流增加，但流過D的電流卻減少，當(dāng)RL變大時，流過RL的電流減少，但流過D的電流卻增大，所以由于D的存在使流過R的電流基本恒定，在R上的壓降也基本不變，所以使其輸出的電壓也基本保持不變。

    當(dāng)負(fù)載要求較大的輸出電流時，這種電路就不行了，這是因為在此時R的阻值必須減少，由于R的減少就要求D有較大的功耗，但因目前一般的穩(wěn)壓管的功耗均較小，所以這種電路只能給負(fù)載提供幾十毫安的電流，彩電30V調(diào)諧電壓通常都以這種電路來取得。
   

 2。如圖3所示，這種電路是針對上面所說電路的缺點而改進(jìn)的電路，與第一種電路不同的是將電路中的R換成晶體管BG，目的是擴(kuò)大穩(wěn)壓電路的輸出電流。我們知道，BG的集電極電流IC=β*Ib,β是BG的直流放大系數(shù)，Ib是晶體管的基極電流，比如現(xiàn)在要向負(fù)載提供500MA的電流，BG的β=100，那末電路只要給BG的基極提供5MA的電流就行了。所以這種穩(wěn)壓電路由于BG的加入實際上相當(dāng)于將第一種穩(wěn)壓電路擴(kuò)充了β倍，另外由于BG的基極被D嵌定在其標(biāo)稱穩(wěn)壓值上，因此這種穩(wěn)壓電路輸出的電壓是V0=VD-0.7v，0.7V是BG的B，E極的正偏壓降。

    在實際應(yīng)用中，我們常常對不同的電路提供不同的供電電壓，即要求穩(wěn)壓電源的輸出電壓可調(diào)，為此出現(xiàn)了第三種形式的串聯(lián)形穩(wěn)壓電路。
    3。第二種穩(wěn)壓電路雖能提供較大的輸出電流，但其輸出電壓卻受到穩(wěn)壓管D的制約，為此人們將第二種電路稍作改動，使之成為輸出電壓連續(xù)可調(diào)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源?；倦娐啡鐖D4所示，從電路中我們可看出，此電路較第二種電路多加了一只三極管和幾只電阻，R2與D組成BG2的基準(zhǔn)電壓，R3，R4，R5組成了輸出電壓取樣支路，A點的電位與B點的電位進(jìn)行比較（由于D的存在，所以B點的電位是恒定的），比較的結(jié)果有BG2的集電極輸出使C點電位產(chǎn)生變化從而控制BG1的導(dǎo)通程度（此時的BG1在電路中起著一個可變電阻的作用），使輸出電壓穩(wěn)定，R4是一個可變阻器，調(diào)整它就可改變A點的電位（即改變?nèi)又担┯捎贏點的變化，C點電位也將變化，從而使輸出電壓也將發(fā)生變化。這種電路其輸出電壓靈活可變，所以在各種電路中被廣泛應(yīng)用。

關(guān)于dbμV、dbm 、dbw

    在有線電視技術(shù)中我們常常遇到幾個信號參數(shù)的量值，這幾個量值是對數(shù)單位---分貝（db）。用分貝表示是為了便于表達(dá)、敘述和運算（變乘除為加減）。

    分貝是表征兩個功率電平比值的單位，如A=10lgP2/P1=20lgU2/U1=20lgI2/I1。分貝制單位在電磁場強(qiáng)計量測試中的用法有如下三種：

1、表示信號傳輸系統(tǒng)任意兩點間的功率（或電壓）的相對大小。如一個CATV放大器，當(dāng)其輸入電平為70dbμV時，其輸出電平為100dbμV，也就是說放大器的輸出相對于輸入來說相差30db，這30db是放大器的增益。

2、在指定參考電平時可用分貝表示電壓或電場強(qiáng)的絕對值，此參考電平通稱為0db。如定義1μV=0dbμV、1mW=0dbm、1mV=0dbmV。例如，現(xiàn)有一個信號A其電平為3dbμV，換算成電壓的表示方式為：3=20lgA/1μV、A=2μV，即這個3dbμV的信號電壓為2μV。

3、用分貝表示電壓或場強(qiáng)的誤差大小,如30