中国电子产品演进的岁月华章(3)信号世纪晶体管无线电接收机发射机

中华人民共和国成立至今已有75年。在这3/4世纪里,中国电子产业依次经历了以电子管、晶体管、集成电路这3代电子元器件为代表的不同阶段,留下了众多具有代表性的电子产品。值此中华人民共和国成立75周年之际,就让我们以音频产品、影像产品、遥控产品这3类不同的电子品为代表,纵览中国电子产品技术演进的岁月华章。

遥控产品的演进

无线电技术诞生之初,由于其不需要线缆就可以传播的特点,人们顺其自然地想到了采用无线电对飞机、轮船、车辆等交通工具进行远程控制,也就是无线电遥控。1955年3月,刚创刊不久的《无线电》就将无线电遥控器操纵飞机模型的画面展现在读者面前(见图1),并刊登《看不见的指挥员——无线电操纵》一文,对无线电遥控的基本原理进行了图文并茂的科普介绍。

到1961年,用于无线电遥控的设备已经具备了布局更加专业化的操作面板和能够拿在手中、使用更加方便的控制盒(见图3)。在全国范围内也举行了种类更丰富、更贴近工农业生产实用需求的无线电操纵航空/舰船模型竞赛会(见图4)。此时,无线电遥控设备的功能复杂度也有一定提升,能够分别控制左转、右转、爬升、俯冲、加速、减速等6种动作,为遥控人员带来更方便的操作体验。其中,发射机共用3枚2П2П电子管,1枚2П2П用于音频振荡,2枚2П2П组成推挽式高频振荡发射电路(见图5)。在其音频振荡电路中,有6个相同规格的100kΩ电位器,将电位器调节到不同的阻值接入振荡电路后,就能够得到200~500Hz不等的音频信号,然后将其以调幅形式调制到高频信号上发射出去。与之相应的是同样具有3枚电子管的6通道接收机,其中1枚2П2П用于超再生检波电路,1枚1K2П用于电压放大电路,1枚2П2П用于功率放大电路(见图6)。在接收机内,实现通道选择功能的是谐振继电器,其中具有6根长度依次增加、谐振频率从200~500Hz不等的谐振簧片,能够与接收到的信号检波放大所得的200~500Hz音频信号产生谐振,从而控制相应的中间继电器线圈接通,实现遥控操纵。

20世纪50年代末到20世纪60年代初的电子技术得到了快速发展,这一时期的无线电遥控设备也在持续且迅速地进步。2路8通道模型遥控发射机和接收机在20世纪60年代前期登场时,立即吸引了无线电爱好者和遥控操作人员的注意力,受到了普遍的欢迎和重视。

这种新型遥控设备的优点在于:首先,2路8通道意味着其发射机的8个遥控信号通道共分成2组,可以从每组中各选1个通道的信号同时发出(见图7),从而实现更复杂的遥控操纵功能,例如让遥控飞机在加速的同时实现爬升,或者在右转的同时进行俯冲。此前,单路遥控发射机的所有动作操纵都只能按先后顺序一个接一个地实现,这样会导致遥控飞机的动作比较刻板僵硬。采用2路8通道遥控设备以后,遥控模型飞机的飞行就能更加灵活机动。其次,在2路8通道模型遥控接收机电路中(见图8),不仅使用性能优异的微型电子管95108实现超再生检波,还将晶体管П6Г和П6B应用在后续的电压放大电路和功率放大电路中。这样不仅充分降低了遥控接收机的耗电功率,而且还将接收机的体积缩小到以前采用普通小型电子管时望尘莫及的程度。从2路8通道模型遥控接收机的元器件布置中可以看到:微型电子管的体积和晶体管的体积差异并不大,在接收机的全部电路元器件中,占据了较大空间的唯一元器件仅有具备8根谐振簧片的谐振继电器(见图9)。电子技术的进步,不仅提高了遥控操作的灵活度,而且减轻了遥控模型飞机的负重,为模型飞机飞得更高、更远、更灵活提供了有力支持。

20世纪60年代中期的无线电遥控技术更上一层楼,到1964年,发射机、接收机均采用晶体管实现的无线电遥控设备已经出现在人们的视野中(见图10)。在全晶体管遥控设备中,28~29.7MHz的高频信号的发射和接收,是用ZK317、ZK308这些当时国内还相当少见的高频晶体管实现的,如发射机中采用1枚ZK317构成共基极自感式振荡电路,接收机中采用ZK308实现超再生检波。发射机的全部元器件及其电源可以安装到一个大小为120mm×80mm×60mm的小盒内,总质量约0.6kg,与上一代采用电子管的发射机相比,在使用便捷度方面有明显改善。接收机的大小和质量更小、更轻,在4.5V供电电源外置的情况下,其机盒大小仅有44mm×32mm×18mm,质量约0.03kg。初出茅庐不久的晶体管技术在质量、体积、耗电量等指标上,很快就取得了电子管技术无可比拟的优势。不过,当时采用分立元器件实现遥控的模型尚不具备自动稳定调节航向、航速的功能,遥控人员需要具备相当快的反应速度和敏捷的协调动作能力。因此,遥控航空、航海模型作为一种对专业技能有很高要求的运动,被采纳为全国运动会的参赛项目(见图11)。

20世纪90年代中期,改革开放为更多民众带来了更加丰富的物质生活,遥控飞机、船舶、车辆模型作为启发智力的科技玩具,也越来越多地出现在青少年身边。此时的无线电遥控发射机在数字遥控指令生成和模拟射频信号发送的整体技术方案上已经相当成熟可靠(见图20),同时也采用了方便易用的操纵拨杆,使遥控操作人员能够便捷地控制模型的运动状态。

图2020世纪90年代中期的航模遥控发射机电路,体现出数字集成电路与分立式晶体管模拟电路结合后的状态(原载于《无线电》1996年第9期)

对于一般的遥控模型操作人员而言,数字电子技术的进步,不仅提升了以往采用模拟电子技术时的遥控性能指标,而且增加了以前未曾有过的全新体验。在微型处理器和相应传感器、信号处理电路相结合的基础上,遥控模型的运行能够具备自动反馈调节功能:用户只需要将初始的航向、速度等参数调节好,遥控模型就能在后续运行过程中自动保持这样的状态。20世纪90年代后期出现的自动循迹遥控车(见图21),就是遥控模型具备自动遵循运动轨迹的典型实例。这款遥控小车采用2对光电管和小灯泡作为控制前进方向的传感器,能够在深色地面上追随白色轨迹线的导向实现循迹行驶。采用当时已充分成熟且成本低廉的数字电路遥控发射机和接收机,就能以更高的指令优先级控制这款小车执行前进后退或左右转弯的动作。在此后的20多年里,能够被遥控的自动循迹小车一直都是电子科普制作领域的明星,因为它以最直观的方式展现出负反馈电路对于保持系统运行稳定性的效果。

时光荏苒,在21世纪的前20年里,中国已经一跃成为世界第一工业大国,并向世界第一工业强国稳步迈进。在电子元器件全产业链的强力支持下,中国科技企业已经能够站在电子消费产品的时代潮流前沿阵地上,以全新的无线电遥控产品让人民的日常生活更丰富精彩。遥控航拍多旋翼飞行器(见图22)就是这类产品的典型代表。采用基于微处理器的飞行控制系统,只需进行简单操作,就能自动实现起飞和降落、固定高度和方位悬停、以特定轨迹和航速飞行、主动探测避障等飞行动作或功能。在自动飞行控制系统出现以前,这些操作往往都需要操作人员投入大量精力进行学习和训练,像主动探测避障这样的功能更无从实现。以现代电子信息技术为基础,在一块集成电路上集成了亿万个晶体管后,依靠高度智能化的微型芯片和传感器让普通人也能得心应手地实现遥控飞行航拍——超越以往想象的新一代科技产品,将更加壮阔绚丽的时代风景一览无余地展现在人民大众眼前。

在中国共产党高瞻远瞩的领导下,中国电子产业的技术设计人员和生产人员开拓进取、勤劳奋斗,在电子管、晶体管、集成电路这3段技术时期,在音频产品、影像产品、遥控产品等领域都先后取得了卓越的成就,为全国各族人民提供了追求幸福美好生活的丰富物质基础。在这3/4世纪的岁月里,诞生过许许多多让一代又一代人念念不忘的著名品牌,出现过各式各样令一代又一代人历历在目的电子产品。很多出生在20世纪50年代至20世纪70年代的老一辈都对家里第一台收音机或电视机带来的欣喜记忆犹新,很多出生在世纪之交前后10年的新一代,也都感受过遥控航拍飞行器给日常出游和远程旅行带来的自由体验。

中国电子产业在这75年以来的发展,只是中华民族走向伟大复兴这一波澜壮阔的历史进程的部分缩影。在未来的岁月里,以中国人民的智慧和勤劳为基础,中华民族伟大复兴的宏伟目标,必将最终实现;以中国人民开拓进取的奋斗精神为依托,更幸福、更美好、更丰富多彩的科技生活,必将成为现实。

THE END
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