【火腿DIY】齐润华：DIY小功率电子管发射机 | 让老古董焕发青春
DIY小功率电子管发射机
作者：齐润华
你对六十年前HAM们使用什么设备感兴趣吗？在电子管时代他们自制的设备性能究竟如何？这里向有电子管情结的业余无线电爱好者推介一款前苏联HAM设计的，笔者自己装调过的小功率电子管发射机。你可以轻松地复制它，通过安装、调试、通联试验，对那个时代的电子管设备的性能和优缺点获得真实的感性认识。它虽然是六十年前的老古董，至今仍有参考价值和学习价值。
为什么选择了这一款发射机而不是别的设备，主要是因为它具有下面的诸多优点：
★通讯距离远。据设计者说，他住在乌克兰基辅市西部的小城克罗斯台雪夫（在欧洲中南部），仅使用这台机器的20米波段用AM模式10W的输出功率就与莫斯科、巴黎、罗马、维也纳、斯德哥尔摩、布鲁塞尔、阿姆斯特丹等欧洲主要城市实现了双向通联。对方对他的呼叫信号给出了RSM 575～595的评价。笔者装调这台机器是在文革前，那时我国的业余电台活动还处于被暂停状态，只能在极短的开机时间内试验性质地在收音机的短波波段收听一下机器发出的声音，无法验证该款发射机的通联效果。顺便说一下，我国的个人业余电台活动在1950年3月被取消，时隔42年后在1992年才重新开放。
★频率稳定性好。虽然发射机的本机震荡是LC回路，没有用石英晶体，也完全能满足AM通讯需要。发射机的调制质量也令人满意。
★电路设计简单，安装调试容易。发射机能够与简单的天线匹配。不使用千伏高压供电。不含有多少稀缺零件。即使在今天我们仿制时仍不会为获得某个零件犯难。
资料来自于前苏联的科普刊物。当时有位叫做阿·别洛夫的苏联HAM（呼号UB5KEL,后来使用UB5XD）在1960年10月号《Радио》（苏联的“无线电”杂志）上，发了一条消息，标题是『谈谈使用小功率发射机工作』。说他用自制的发射功率不超过15瓦的发射机使用AM（调幅话）在40米波段与苏联国内的以及欧洲的多个国家的爱好者在短时间内进行了不下500次的通联。对方对他的呼叫信号给出了RSM 575～595的评价。
别洛夫还简单的介绍了一下他的40米波段发射机：6P6P（电子管型号改写为我国现在习惯叫法，下同）做振荡器，产生需要的频率；6J4做缓冲放大器；6P3P做末前级功率放大器；末级（输出级）使用两个FU-7并联，工作在非常轻松的状态。调幅是在输出级电子管的控制栅进行的。发射机工作在AM方式时输出功率不大于15瓦。他使用的天线是普通的20米偶极子，和发射机精确地谐振。天线高度15米。电源是自制的，输出300伏和500伏。使用的整流管是5Z3P。话筒型号是МД－12（一种高灵敏度动圈话筒）。
别洛夫还说，在装调这台小发射机时，试验了许多方案，不断地简化完善这台机器。他说，在他的机器里没有难找到的稀缺零件。使用最简单的仪器设备就可以调试此发射机。事实上，只需要一块三用表和一台普通的有短波段的收音机就可以完成调试。
别洛夫的原文：
《Радио》杂志发表了别洛夫的这则消息后，引起了广大读者的兴趣。确切说是初学短波的无线电爱好者的兴趣。《Радио》杂志编辑部和别洛夫本人都收到了大量信件，请求详细给出完整的电路图和自制零件数据以及安装调试过程。于是，《Радио》杂志编辑部于9个月后在1961年7月号发表了别洛夫（此时他的呼号已经改为5字符UB5XD）的第二篇文章。文章标题是『简单的四极管发射机』（807为束射四极管）。别洛夫在这篇文章里详细地给出了这台小功率自制发射机的电路原理图、零件的选用、自制零件（LC回路的线圈）数据、安装调试过程、变通的方案……最后还给出了一款简单的单馈线天线，它能与本机很好地配合工作在20米、40米、80米波段。
别洛夫的发射机工作在80米、40米、20米、10米四个业余波段。工作模式有CW和AM两种。发射机有两个切换波段的组件，一个组件支持80米和40米，另一个组件支持20米和10米。我们先提供20米和10米这个组件。建议经验不足的新手，最好还是只试验一个波段（比如20米波段）的设备，容易成功。
电路原理图见下图：
发射机需要的所有元器件在淘宝上几乎全能找到。包括气体稳压管WY4P，FU-7电子管的管座和管帽，所需的电源变压器，铝板制成的底台（未开孔）。底台如自制不方便，也可以请人加工。淘宝上都有提供。
线路概述
由发射机的电路原理图可以看出，发射机由三级构成。电子管6P6P（Л1）构成震荡器，产生所需频率的震荡。6P3P（Л2）用作缓冲倍频级，两只FU-7（Л3，Л4）并联做输出级。
振荡器使用了电子耦合LC电路。为了稳定振荡频率，6P6P工作在轻负荷状态。同样，为了稳定频率电容器C3应当选用负温度系数的电容（表面是冷色调，深蓝深绿色的）。使用气体稳压管WY4P（Л7）为振荡管6P6P的屏极和屏栅极提供稳定的电压也大大地提高了振荡频率的稳定性。
振荡器产生的高频电压从振荡管Л1的屏极经由电容器C7加到缓冲倍频级的电子管Л2的控制栅极。Л2的屏极回路是L2、C10构成的LC电路，谐振在所需的倍频。
倍频电压从电子管Л2的屏极回路经电容器C11加到电子管Л3、Л4的控制栅。输出级的电子管屏极负载是L3、C14构成的LC回路。此回路同天线的耦合是自耦变压器式的。电容器C15用来阻止直流高压加到馈线上。
电路原理图中下面的部分是调制器的电路。本机是在输出级电子管的控制栅调制。当然，也可以使用其他电路设计，在输出级电子管的屏栅极或者屏极调制。限于篇幅，具体线路这里不累述。
图中的调制器是由电子管6J8P（Л5）和6P6P（Л6）构成的二级低频放大器。电位器R9用来调音量。电位器R13调音色。若使用灵敏度高的动圈话筒，此调制器在该发射机中完全能胜任话音调制，无论是调制质量还是调制深度都令人满意。若使用普通的动圈话筒，可能要增加一级音频电压放大，比如说，用双三极管6N8P取代6J8P，当然线路也要做相应的改变。
原理图中有些元件给出了两个数值，这些元件的具体数值应当在调试发射机时再精确确定。
对于那些喜欢玩CW不用AM的爱好者，更简单了。可以略去调制器和为调制器供电的电源。敲电键控制载波输出就可以了。建议键控在输出级电子管的阴极完成。见图3。
图3 CW阴极键控
长时间的试验表明，如果使用三个整流器给发射机供电，发射机能够更好地更稳定地工作。一个整流器（300伏）给Л1、Л2供电，第二个整流器（600伏）给Л3、Л4供电，第三个整流器（250伏）给调制器供电。
安装和零件
这里以搭棚焊为例。发射机可以装配在380×180×60mm的底台上。把控制面板牢固地固定在底台的前面。调制器单独地装配在一个金属盒子里，盒子大小为200×150×100mm。以上尺寸仅供参考。实验者可根据手头现有的底台或板材灵活掌握。同时也取决于实验者是要把发射机制成“成品”试用还是试验完就拆掉。制造底台用的板材可选用2mm厚的硬铝板。铁底台也可以使用，只是加工费力些。因为我们总是免不了要在加工后的底台上临时打孔。
发射机和调制器可以安放在一个小型置物架上面。下面放置电源部分。
在控制面板和底台的合适位置，安装电键插孔、调制输入插孔、收发转换按钮及状态指示灯、工作模式CW/AM切换开关及模式指示灯、波段开关、频率调谐、倍频调谐、频率显示、毫安表、末级调谐、天线调谐（L3与馈线连接位置。若不更换天线可略去）、天线输入端子、天线输出端子（去接收机）、机壳接地、+600V、+300V、～6.3V、+12V（给频率计模块供电）、电源地等等。
调制器上安装麦克插孔、调制信号输出插孔、+250V、～6.3V、电源地。
发射机能否安装调试成功的关键，是要非常合理的安排基本零件的位置，诸如电子管、可变电容器、波段开关、线圈等。安装使用的零部件事先也要仔细检查一下，看看其机械强度及参数是否和标称值一致。
如果调谐可变电容器的动片不接地（如C10、C14）,应该确保整个电容器与底台有良好的绝缘。同样，要根据电路图检查所有的电路和零件是否都有可靠的绝缘。零件要使用卡子固定牢靠，当然也要考虑更换零件的快捷方便。电子管的栅极电路与屏极电路要尽可能相互远离。最好是不要把底台当做导线使用。比如说，电子管的灯丝供电要使用两根导线直接把变压器次级的灯丝绕组接到电子管管座的灯丝焊片，而不是只用一根导线，另一根用底台代替。可以在底台上铆接一条厚铜皮用作电路的公共地。焊接操作要快，不要使零件过热。在实验装配好的部件之前一定要认真核对安装是否准确无误。
按照同一个线路图装备出来的设备，总是有各自不同的装配电容（分布电容）。在调试设备选择零件具体数值时应该考虑到这一点。
线圈的绕制数据见下面的表格。
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波段 |
14MHz |
28MHz |
||||||
|
线圈 |
骨架 直径 mm |
导线 |
匝数 |
绕组 类型 |
骨架 直径 mm |
导线 |
匝数 |
绕组 类型 |
|
L1 L2 L3 |
22 25 35 |
漆包线0.5 漆包线1.0 裸线 2.5 |
13 7 9 |
密绕 密绕 绕组长 36mm |
20 20 35 |
漆包线0.5 漆包线1.0 裸线 3.5 |
13 7-9 4-5 |
密绕 密绕 绕组长 35mm |
注：工作在14MHz时，C1动片用6片，28MHz用2片。
线圈要使用陶瓷骨架。手头没有合适的可在淘宝上定制。厂家会用粉料烧制。除了骨架的外直径和长度，也要考虑安装孔。绕制线圈时要拉紧导线均匀缠绕。线圈的两端要固定牢靠。线圈抽头时不要甩出套子形成回路。当线圈的电感量在调试中确定后，要在线圈上涂上AB胶，晾干。
可变电容器一定要使用陶瓷绝缘的而且电容器的片距要足够大。特别是C14，片距太小不能使用。
高频阻流圈Дp1、Дp2、Дp3如果自制的话，可以选用电子管时代那种绿皮的2W碳膜电阻，用细砂纸打磨掉漆皮和碳膜，只使用它的骨架，用0.2～0.3的漆包线一圈一圈的绕满。
阻流圈Дp4和Дp5用来防止末级产生寄生振荡。两个阻流圈其实是共同使用一个2W电阻的骨架。在骨架上拉紧电炉丝稀疏的绕上20圈。两端牢固的固定在电阻的引线上。两根引线分别与两个FU-7的屏帽相连。绕组的中心抽头，去连接L3和C14。
线圈L1、L2和电子管Л1、Л3、Л4应该屏蔽起来。屏蔽罩可以用白铁皮制作成直径60mm、高65mm（线圈用）的圆柱形。
调制器中的调制变压器可以使用任何电子管收音机的级间变压器。若自制，可以找一个大些的单端输出变压器（如6P1的）拆下次级绕组，用细些的漆皮线多绕些圈（约为原来次级绕组的几倍即可）。
调制器与发射机的连接使用了一段屏蔽线。调制信号连接到发射机的电容C12，屏蔽层接发射机机壳和调制器的机壳。也可以在调制器及发射机各装一个插座，使用双插头屏蔽线连接。这样方便移动。
发射机的机壳底台要接地。可以使用一根金属管接地，隔一段时间灌入一些食盐水。也可以在一块厚铜皮上焊接（铜焊）一段粗铜线，将铜皮埋在地下，周围撒盐。北方要注意，应将铜皮埋在不冻层以下。
量程300mA的直流电流表在发射机的调试阶段还是要有的。在AM模式下发射机调到最大功率输出时输出级的屏流约80mA。
天线与发射机谐振与否是用指示灯Л8（6.3V/0.3A）来监控的。当Л8的灯丝最亮时匹配最好。如果Л8不够亮，可以换用2.5V/0.16A指示灯。在天线与发射机谐振后把Л8去除。
若嫌使用指示灯亮度来判断天线谐振太粗糙，也可以准备一块小量程的直流电流表（如1mA），根据电流表示数大小来判断天线与发射机的匹配。当然，电流表不能接在Л8的位置。具体用法可参考其他资料。
当收发状态转换到接收时，开关BK1与BK2切断发射机电源。因为发射机末级供电电压达600V，要注意选用绝缘良好的二刀开关。最好是使用双稳态继电器控制收发转换。
电源可以使用常用的全波整流。600V用整流管5Z3P，300V用5Z4P。
如果电源变压器无所需高压绕组，比如只有290V-0-290V，全波整流后只能输出300多伏直流高压，达不到600伏。此时可以不用绕组的中间抽头，不用全波整流，使用桥式整流。输出直流高压也可以达到600多伏。当然，额定输出电流要相应的减半。
整流元件最好使用半导体器件不用电子管，可以减轻电源变压器负担（因免去了整流管灯丝供电）。因半导体器件的过载能力远不及电子管（例如1N4007与5Z3P、5Z4P比较），如果滤波电容过大容易因流过整流器件电流过大而烧毁整流器件。选用整流器件时要留有充分余地，特别是在最大电流这一参数上。在回路里加入限流电阻，也可以防止滤波电容充电电流过大。
600V整流器滤波电容可使用耐压千伏的油浸电容。若使用普通的电解电容，因单只滤波电容耐压不够而需要串联使用滤波电容，此时要加均压电阻与滤波电容并联，防止电容击穿。均压电阻用2W的，阻值大小可这样计算：每3.5V输出电压用1K。比如直流高压输出700V，均压电阻就用200K。若用2只耐压500V的电解电容串联使用，每个电容要并联上一只2W/100K的均压电阻。
功率10～15W的那个线绕电阻R15，,阻值在调试发射机和调制器时确定。
检查安装好的电源要在有负载时进行。至少要保证输出电流100mA时仍能保证所需电压。
电源没有问题后就安装调试调制器。
发射机的调试
为了试验调制器是否工作正常，可以在调制变压器的次级绕组接上一只扬声器，接通调制器电源。在话筒前讲话，调整电位器R9和R13，应当能够在扬声器里听到清晰的足够大的声音。
在确信电源和调制器已经正常工作后，可以按照下述顺序调试发射机。
<调试20米波段>
1. 接通6.3V灯丝电压，确认所有的电子管灯丝都正常点亮。
2. 不切断灯丝电压，给电子管Л1的屏极和屏栅极加上电压。使用带有2.5V/0.2A小电珠的拾电圈确认本地震荡已起振。小电珠灯丝应当很亮。当可变电容器C1的动片旋出时，灯丝亮度会下降。
3. 事先准备好一个频率计模块，例如PLJ-6LED-A。花费不多（约30几元），既方便了调试，又可以在发射机调试完毕后用来显示发射机工作频率，免去了安装调试频率刻度盘的麻烦。将C1的动片全部旋进，用频率计测量振荡频率。调整C2，使频率为7000KHz。再将C1的动片全部旋出，测量振荡频率是否为7175KHz。若不是，则调整C1的容量（必要时也要调整C2、C3的容量），使C1动片旋转180度时频率覆盖接近20米业余波段的使用频率14～14.35MHz的一半。倍频后使发射机工作在20米波段。
4. 为了使稳压管WY4P正常工作，调整5W线绕电阻R6的阻值，使稳压管的电流不要超过25mA。
5. 使用带有6.3V/0.3A小电珠的拾电圈，与L2弱耦合。给倍频器供电，慢慢地旋转可变电容C10的动片。注意观察小电珠的亮度变化。小电珠亮度最大时停止转动C10。此时倍频器调谐在14MHz，覆盖了14～14.35MHz。如果在旋转可变电容C1时高频电压跳跃式的改变（根据小电珠的亮度变化确定），则应当给C1、C7、C11更换另一组容量试一试。然后对本机震荡回路及倍频器再微调一下。提醒一句，调试发射机之前应当安装好屏蔽罩。拾电圈与线圈的耦合是经由罩子上部分的开口实现的。
6. 将带有6.3V/0.3A小电珠的拾电圈与线圈L3很弱地耦合，接通电子管Л3和Л4的屏极和屏栅极的电源，转动可变电容C14，使输出级与倍频器谐振。谐振时拾电圈的小电珠最亮。输出回路与倍频器的谐振还可以根据输出级的屏流表（那个300mA的电流表）来微调。谐振时屏流表的示数最小。
7. 改变馈线与线圈L3线匝的连接位置，使得天线指示灯（小电珠Л8）最亮，以使输出级与天线达到最佳耦合。此后去除小电珠Л8。在调试过程中可能还需要改变一下R7、R8的阻值（即改变屏栅极电压）。
8. 现在可以检查一下整个发射机的工作质量了。找一台有20m波段的收音机，收音机不接天线，尽量离发射机远一点。将收音机调谐到发射机的工作频率上。打开发射机和调制器，对着话筒讲话，收音机中应该监听到发射机发出的声音。检查调制质量和调制深度是否满意。调整电位器R9和R13，选择R5、R7、R8的阻值，使调制效果最佳。
9. 检查一下发射机信号的稳定性。发射机要预热几分钟。如果是用电子管收音机做监听，收音机也要预热。将收音机调谐到发射机工作频率。收听发射机的信号。然后使用开关BK1、BK2切断发射机电源，调制器与收音机电源不关闭。收音机调谐也不动。5分钟后，重新给发射机供电。对着话筒讲话。收音机应当立刻在原来的频率上听到发射机的声音。这样的试验应该在发射机工作的不同波段不同频率上做几遍。
10. 发射机正常工作后可以试着呼叫，与远方的HAM试验双向通讯。
<调试10米波段>
1. 更换线圈L1、L2、L3。参见上面的表格。
2. 更换可变电容器C1，或者给C1串接一个瓷管电容，目的是减少C1的容量。该瓷管电容的容量选取要求是，当C1的动片全部旋进和全部旋出时本机震荡的频率能够调整到覆盖14～14.85MHz。
3. 为电容器C3选取合适的容量，以便用微调电容器C2能够（在C1动片全部旋入时）把本机震荡的频率调整到14MHz。
4. 为了避免控制面板上出现一个波段一个频率调谐旋钮的繁杂现象，两个波段使用的两个”C1”可以同轴。即，使用双联可变电容器，兩连分别做两个波段的C1。各自按照需要拔掉几片动片的片子以减少电容量。
5. 事实上，L1、C1、C2、C3以及L2、L3只服务于某一个波段。也就是说，不同的波段有各自的一组六个元件。波段的切换是由本机震荡、倍频器、输出级三处完成。原理图中C4的左端接入不同波段的LC回路热端，震荡管Л1的阴极连接不同波段的L1抽头（2D2W，两刀两位）、切换倍频器的L2（2D2W）、切换输出级的L3和L3的抽头（3D2W）。
6. 馈线（经由隔直流电容C15）与L3各匝的连接点的调整可以使用2D8W双层波段开关完成（类似于现在的自制天调，每一匝都引到2D8W波段开关上）。当然，如果发射机只在固定地点使用，天线也不再更换，则不必使用2D8W开关，各波段的L3与馈线连接点在调试后固定在某匝即可。
7. 有高频信号流过的导线不同于低频及直流，对分布电容很敏感，对电源内阻引起的寄生耦合也敏感，容易产生自激，不适合走线过长拉来拉去。因此不用多刀多位波段开关转换工作波段为好。可以改用继电器控制。这样可以尽量缩短高频信号走线。继电器的动作交由波段开关控制。由于继电器线圈流过的是直流，导线拉长一点也不会有问题。
8. 其他，如倍频器和输出级的调整，天线和发射机的匹配，可参考20米波段，这里不再重复。
本发射机在80m、40m、20m波段，可以使用最简单的单馈线天线工作。见下图。
馈线要尽可能地短，不要有尖角折痕。
至于10m波段，要单独准备天线。例如方形天线或鞭状天线。
如果要给发射机安装一个天线插座使用50欧同轴电缆，则要改变一下输出级与天线的耦合回路，重新调整。
写在后面的话
1. 如果你要试验这例发射机，一定注意防止触电。特别是习惯了13.8V供电的没有接触过电子管的朋友。虽然输出级使用了FU-7，可以在500～750V工作，比使用FU-13在1500V工作已经安全了许多，可还是有危险。
2. 如果你要用它做通联试验，你必须有业余无线电的B类或C类操作证。你必须要通过无委验机。使用了此电路的发射机在前苏联六十年代是合格的“业余二级发射机”，被允许作为集体的和个人的业余电台使用。随着技术的进步，如PLL数字调谐技术的普及，我们今天对业余电台的频率稳定度要求很高，再也不是过去那种“可以使用超外差接收机接收，在一段时间内不跑频”就算合格的标准。还有，今天对杂散辐射的要求指标也不低。本发射机为了追求简洁，没有使用低通滤波器，对高次谐波的抑制有限，这种过于“业余”的设计不知能否达标。再就是，电子技术是与时俱进非常快的。在六十年代，20米业余波段分配给话音通讯的频段是14100～14300KHz（SSB与AM共用）。今天呢？在SSB普及的今天还有人使用AM通联吗？有否限制AM信号进入20米波段？
3. 事实上本机带领初学者迈入了电子管发射机的门槛。它更适合做试验，学习无线电技术用。比如调制试验，可以试验控制栅调制、屏栅极调制、屏极调制。试验用TDA功放模块调制。试验自己设计制作调制变压器。试验使用石英晶体做固定频点发射机。试验电子管做单边带。试验输出级与天线的多种耦合电路等等。