上一篇,我们拆开了放大电路的“魔法”,看着信号一级一级长大。可是信号到底长大了多少倍?电台上那些表头、数字、旋钮背后藏着什么信息?更重要的是——电,这个看不见摸不着的伙伴,既能为你所用,也随时可能“咬”你一口。多少伏算安全电压?雷雨天怎么保护天线塔?电池充太快为什么危险?这些问题,业余无线电几十年的经验把它们变成了题库里一组组“保命题”。
这一篇,我们给电台做一次全面的“体检”:先从贯穿整个无线电世界的 dB(分贝)说起,再认识万用表、示波器、场强表、驻波比表这些“体检仪器”,接着看看电源和蓄电池这个“心脏”怎么伺候,最后划一划安全与防雷那些绝对不能碰的“红线”。
一、分贝:无线电的“音量单位”
在业余无线电里,“大了多少倍”几乎从不用“倍”来表达,而是用分贝(dB)。它把庞大的倍数压缩成好记的小数字,是每个火腿的“第二语言”。某电路输出信号功率是输入信号功率的 100 倍。该电路的增益为:
【MC1-1321】某电路输出信号功率是输入信号功率的 100 倍。该电路的增益为: 正确答案:A(20dB)
功率放大 100 倍 = 20dB——因为功率的 dB 数 = 10×lg(倍数),lg100=2,所以是 20dB。记住两个“锚点”:功率 10 倍 = 10dB,功率 100 倍 = 20dB。那 100 万倍呢?某电路输出信号功率是输入信号功率的 100 万倍。该电路的增益为:
【MC1-1322】某电路输出信号功率是输入信号功率的 100 万倍。该电路的增益为: 正确答案:A(60dB)
100 万 = 10⁶,6 个 10 倍 = 60dB。dB 的好处立刻体现:把“乘 10 倍”变成了“加 10dB”,把天文数字变成了两位数。一个放大器具有 20dB 的信号增益,其意义是:
【MC1-1319】一个放大器具有 20dB 的信号增益,其意义是: 正确答案:A(放大器把相当于输入信号的 100 倍的能量从电源转移到了负载)
注意这个表述的严谨之处:放大器不是“凭空造出”100 倍能量,而是把电源的能量“搬运”了 100 倍给负载——能量守恒在放大电路里一样成立,放大器只是“搬运工”。
电压的 dB 算法和功率略有不同:某电路输出信号电压是输入信号电压的 100 倍。该电路的增益为:
【MC1-1325】某电路输出信号电压是输入信号电压的 100 倍。该电路的增益为: 正确答案:A(40dB)
电压的 dB 数 = 20×lg(倍数),所以电压 100 倍 = 40dB,正好是功率同倍数的一半关系(因为功率∝电压²,电压翻倍功率翻四倍)。再来一个“半功率”的经典考点。某电路输入信号功率是输出信号功率的一半。该电路的增益约为:
【MC1-1324】某电路输入信号功率是输出信号功率的一半。该电路的增益约为: 正确答案:A(3dB)
输入是输出的一半,也就是输出是输入的 2 倍——功率翻倍 ≈ +3dB。3dB 是“功率翻倍”的快捷换算,滤波器带宽、天线增益表里到处是它。反过来,衰减也是负数 dB。某电路输出信号功率是输入信号功率的 1/100。该电路的增益为:
【MC1-1329】某电路输出信号功率是输入信号功率的 1/100。该电路的增益为: 正确答案:A(-20dB)
缩小 100 倍就是 -20dB——衰减和增益,在 dB 的世界里只是正负号的区别。把这组“dB 口诀”记住:功率 10 倍=10dB、2 倍≈3dB、电压 10 倍=20dB,后面看天线增益(dBi、dBd)、看馈线损耗(dB/m)、看信号报告,全都用得上。
二、万用表:会“读心”的数字眼睛
体检的第一件仪器,是每个无线电爱好者工作台上都有的万用表。它最常用的档位是直流电压档,但它的“读数逻辑”值得琢磨。用指针式万用表的直流电压档测量最小值为 0 的方波电压(占空比为 1:1),得到的读数是该电压的:
【MC1-1300】用指针式万用表的直流电压档测量最小值为 0 的方波电压(占空比为 1:1),得到的读数是该电压的: 正确答案:A(峰值的 1/2,亦为有效值)
指针式万用表的直流档测的是“平均值”:0 到峰值来回跳的方波,平均值就是峰值的一半——这个值恰好也等于它的有效值。那正负对称的方波呢?用万用表的直流电压档测量正负对称的方波电压(占空比为 1:1)。所得读数为:
【MC1-1298】用万用表的直流电压档测量正负对称的方波电压(占空比为 1:1)。所得读数为: 正确答案:A(零值)
正负对称,平均值是 0——直流档读数为 0。记住这个结论,以后在电路里遇到“直流档量出来是 0”别急着说没电压,先想想波形是不是对称的交流。
万用表的电阻档也能“听出”电路的秘密。用万用表的电阻档测量一个电路。最开始,电表指示电路的阻值很小。但是随着测量时间的延长,测量值却变得越来越大。这是因为:
【MC1-1301】用万用表的电阻档测量一个电路。最开始,电表指示电路的阻值很小。但是随着测量时间的延长,测量值却变得越来越大。这是因为: 正确答案:A(这个电路两端可能存在一个很大的电容)
电阻档会从表内电池输出电流,如果电路两端跨着大电容,一开始电容“抢着”充电、电流大、指示阻值小;充得差不多了,电流变小、指示阻值变大——所以“阻值越测越大”,是在提醒你:这里藏着电容。用指针式万用电表的电阻档测量一个常用元件,表笔第一次连接时表针挥动了一下,但很快回到零点。断开表笔重新连接,表针却不再有任何指示。正确的推论是:
【MC1-1303】用指针式万用电表的电阻档测量一个常用元件,表笔第一次连接时表针挥动了一下,但很快回到零点。断开表笔重新连接,表针却不再有任何指示。正确的推论是: 正确答案:A(该元件可能是一个电解电容器)
第一次表针挥动,是给这个元件“充电”的瞬间电流;断开再测,它已经带上了电荷、不再“要电流”——这正是电解电容的典型表现。认元件,用电阻档“充一下电”就知道。
万用表还有个衡量“素质”的指标。指针式万用表的电压档有个“欧姆/伏(每伏欧姆)”指标。越大的每伏欧姆数越说明:
【MC1-1304】指针式万用表的电压档有个“欧姆/伏(每伏欧姆)”指标。越大的每伏欧姆数越说明: 正确答案:A(测量电压时电表对电路工作状态的影响小)
“每伏欧姆”其实是电压档的内阻指标:数值越大,内阻越高,并联到被测电路上“偷走”的电流越少,对电路工作状态的影响越小。挑万用表,这个数越大越好。
数字万用表比指针表更“耿直”,但也需要会读。用数字万用表的直流电压档测量电路两点间某个等幅音频信号的电压,发现读数不为零。交换两支表笔之后再测,所得读数的极性反转。正确的推论是:
【MC1-1305】用数字万用表的直流电压档测量电路两点间某个等幅音频信号的电压,发现读数不为零。交换两支表笔之后再测,所得读数的极性反转。正确的推论是: 正确答案:A(音频信号上叠加有直流成分)
如果两点间只有纯交流,直流档读数应为 0;读数不为 0 且换表笔极性反转,说明信号上“骑”着一份直流成分——纯交流的直流分量是 0,有直流分量才会读出非零且分正负。示波器也能看出同样的问题。用示波器的交流耦合档测得电路中某个等幅音频信号的电压波形是正负对称的。现将输入耦合切换到直流档位,所得波形在垂直方向上发生了显著偏移。正确的推论是:
【MC1-1306】用示波器的交流耦合档测得电路中某个等幅音频信号的电压波形是正负对称的。现将输入耦合切换到直流档位,所得波形在垂直方向上发生了显著偏移。正确的推论是: 正确答案:A(音频信号上叠加有直流成分)
交流耦合把直流成分“滤掉”了,所以看到正负对称;切到直流耦合,直流成分“现出原形”,波形整体上移或下移——还是那句话:信号上叠加了直流。万用表和示波器,一台看数字、一台看波形,配合起来几乎无所遁形。
三、专用仪表:场强表与驻波比表
除了万用表,电台房里还有两件“专科仪器”。第一件是场强表。用一副臂长约 10cm 的小偶极天线并联一个晶体二极管和直流微安表,做一个简单的射频场强表。关于选用硅二极管还是锗二极管,正确的考虑应当是:
【MC1-1315】用一副臂长约 10cm 的小偶极天线并联一个晶体二极管和直流微安表,做一个简单的射频场强表。关于选用硅二极管还是锗二极管,正确的考虑应当是: 正确答案:A(锗、硅二极管的起始导通电压分别为 0.3V 和 0.7V。选用锗二极管时场强表更为灵敏)
场强表靠二极管把射频“整流”成直流去推动表头——信号越弱,二极管导通电压越低越灵敏。锗管 0.3V、硅管 0.7V,所以锗管做场强表更灵敏。DIY 场强表选锗管,是前辈们的经验之谈。
第二件是驻波比表(SWR 表),它测的是馈线里的反射。为自己的 FM 电台选择驻波比表应注意什么问题?
【MC1-1317】为自己的 FM 电台选择驻波比表应注意什么问题? 正确答案:A(频率范围和功率量程)
选驻波比表,第一看频率范围(不同波段的表不能混用),第二看功率量程(小功率表扛不住大功率)。如果用驻波比表测量发射机的输出功率,你应将仪表装在哪里?
【MC1-1318】如果用驻波比表测量发射机的输出功率,你应将仪表装在哪里? 正确答案:A(在发射机与馈线之间)
驻波比表要量的是“发射机送出多少、馈线反射回多少”,所以它必须串在发射机输出口和馈线之间——装在天线端量到的就不是发射机的输出了。天线调好了、馈线换短了,第一件事就是看驻波表,这是每个火腿的固定动作。
顺便认识一种“图表语言”。下列几种图表中,最容易用来表达和解释 RTTY 调制原理的是:
【MC1-1310】下列几种图表中,最容易用来表达和解释 RTTY 调制原理的是: 正确答案:A(频率-时间曲线)
RTTY 是用两个频率代表 0 和 1 的移频键控——用“频率随时间怎么变”的频率-时间曲线来看,一目了然。每种调制都有自己的“最佳视角”,选对了图表,原理就懂了一半。
四、电源与蓄电池:电台的“心脏”
仪器看完了,来伺候电台的“心脏”——电源。业余电台最常用的电源是蓄电池和开关电源。先看一道估算题。使用蓄电池为电台供电时,应如何估算电池供电的时长?
【MC1-0971】使用蓄电池为电台供电时,应如何估算电池供电的时长? 正确答案:A(用电池的标称安时数除以收发信机的平均工作电流)
电池容量用“安时”(Ah)标称,比如 12V/100Ah,意思是以 100 安电流能放 1 小时。使用时长 = 安时数 ÷ 平均电流——注意是“平均”工作电流,不是峰值发射电流,因为电台不是一直在满功率发射。停电了怎么给蓄电池充电?如何在电网停电的情况下给一个 12 伏的铅酸蓄电池充电?
【MC1-0970】如何在电网停电的情况下给一个 12 伏的铅酸蓄电池充电? 正确答案:A(用适当的连线将待充电蓄电池与汽车的蓄电池并联,然后发动车辆)
把待充电池和汽车电瓶并联、发动汽车,靠车上发电机充电——这是野外应急的经典做法(记得要串适当的保护)。题目里“把蓄电池串联电灯泡接 220V 市电”的选项是致命的陷阱,千万别学。电源还有个“坏脾气”叫内阻。电源的内阻对电路的影响是:
【MC1-0972】电源的内阻对电路的影响是: 正确答案:A(使电源的实际输出电压降低)
电流流过内阻会产生压降,所以带负载时实际输出电压比空载低——这就是为什么大功率发射瞬间电台电压会“掉下来”,也是电源线要粗、接头要紧的原因。那电源带不动负载时会怎样?将阻值为 1 欧的电阻与 13.8 伏电源并联,电阻所耗散的功率大约为:
【MC1-0961】将阻值为 1 欧的电阻与 13.8 伏电源并联,电阻所耗散的功率大约为: 正确答案:A(190 瓦)
P=U²/R=13.8²/1≈190 瓦——一个 1 欧的“小”电阻在 13.8V 下要耗散 190 瓦,会瞬间烧红。选电阻先算功率,这是 DIY 的第一课。
铅酸蓄电池是电台房里最常见的“心脏”,但它有两张危险面孔。使用普通 12 伏铅酸蓄电池为电台供电存在什么潜在风险?
【MC1-1373】使用普通 12 伏铅酸蓄电池为电台供电存在什么潜在风险? 正确答案:A(如果通风不良,会有爆炸性气体聚集)
铅酸电池充电时会释放氢气——氢气易燃易爆,通风不良的密闭房间就是“火药桶”。如果铅酸蓄电池的充电或放电过程过快会有什么风险?
【MC1-1374】如果铅酸蓄电池的充电或放电过程过快会有什么风险? 正确答案:A(电池可能过热,甚至释放氢气,抬升爆炸风险)
充放电太猛,电池过热、加速产氢,爆炸风险直线上升。所以铅酸电池要放在通风处,充电器要选合适的电流,别让电池“过劳”。
五、触电与安全电压:那些“红线”
电的脾气,得用“红线”来框。多少伏对人体是安全的?考虑实际工作环境必然存在一定的湿度,则根据 GB/T 3805-2008《特低电压 ELV 限值》在潮湿条件下的限值,当人体握紧某个带电零件时:
【MC1-1365】考虑实际工作环境必然存在一定的湿度,则根据 GB/T 3805-2008《特低电压 ELV 限值》在潮湿条件下的限值,当人体握紧某个带电零件时,零件与人体间的电压不可高于: 正确答案:A(交流 16V(r.m.s.),直流 33V)
在潮湿环境下(电台室常见),安全电压的限值很苛刻:交流 16V、直流 33V——比干燥条件下的 33V/70V 低得多。湿度大,皮肤的电阻小,电流更容易“钻”进身体。所以检修时先断电、再操作,别拿 13.8V 不当回事。
不同频率的电,危险程度还不一样。假如接触电压相同,则触及带有射频电压(例如,频率不低于 LF)的裸露导线与触及带有直流或交流 50Hz 电压的裸露导线相比,人体所受的安全威胁:
【MC1-1366】假如接触电压相同,则触及带有射频电压(例如,频率不低于 LF)的裸露导线与触及带有直流或交流 50Hz 电压的裸露导线相比,人体所受的安全威胁有什么不同? 正确答案:A(致死风险有所下降,但是灼伤皮肤或深层皮下组织的风险显著上升)
射频电流有“趋肤效应”,主要沿皮肤表面走,不容易穿过胸腔“惊动”心脏,所以致死风险下降;但它会在皮肤和皮下组织里“烤”出灼伤。如果用手分别接触电压有效值相同但频率不同的电路的两个端点,则所受安全威胁由大到小可以排序为:
【MC1-1367】如果用两手分别接触电压有效值相同但频率不同的电路的两个端点,则所受安全威胁由大到小可以排序为: 正确答案:A(工频交流电、HF 射频交流电、UHF 射频交流电)
工频(50Hz)交流最危险——它最容易引起心室颤动;频率越高,越偏向表面效应,威胁越小。所以市电比天线上的射频可怕得多,这句话请刻在脑子里。
万不得已要带电检修怎么办?如果不得已,必须带电检修由市电供电的无线电设备,则应做到:
【MC1-1368】如果不得已,必须带电检修由市电供电的无线电设备,则应做到: 正确答案:A(双脚与地绝缘,单手操作,另一只手不触摸机壳等任何与电路或接地有关的金属件)
双脚绝缘、单手操作、另一只手绝不碰任何金属——这是带电作业的铁律:不让电流有“从一只手经心脏到另一只手”的机会。当然,最好的做法是:能断电,绝不断电检修。即使设备的电源线已经拔掉,检修时仍可能遇到什么安全风险?
【MC1-1370】即使设备的电源线已经拔掉,检修时仍可能遇到什么安全风险? 正确答案:A(充满高电压的电容器可能让维修者遭遇电击风险)
电源线拔了,电容里存的电荷还在!开关电源的大电容充满电可以“咬”人很久——所以检修前先给电容放电,这是老手的肌肉记忆。自制由 220 伏交流市电供电的设备,安全措施应至少包括:
【MC1-1371】自制由 220 伏交流市电供电的设备,安全措施应至少包括: 正确答案:A(在交流电源入口的火线中串联一个保险丝)
凡是碰市电的自制设备,电源入口的火线上必须串保险丝——这是最基本的安全底线:一旦短路,先烧保险丝而不是烧房子。
六、防雷接地:雷雨天的“护身符”
天线是电台的“耳朵”,也是雷雨天的“引雷针”——所以防雷接地是每个有室外天线的火腿的必修课。业余电台安装防雷装置是为了防止雷电危害。传统防雷装置的主要组成部分包括:
【MC1-1358】业余电台安装防雷装置是为了防止雷电危害。传统防雷装置的主要组成部分包括: 正确答案:A(接闪器(避雷针)、引下线、接地体)
传统防雷装置就是“三件套”:接闪器(避雷针)接住雷,引下线把雷“送”下去,接地体把雷“吃”进大地。防雷接地的作用是:
【MC1-1359】防雷接地的作用是: 正确答案:A(把接闪器引入的雷击电流有效地泄入大地)
防雷接地的核心任务只有一个:把雷电流快速、顺畅地泄入大地——泄得越快,越不容易在屋里“乱窜”。关于防雷装置的接地,最基本要求为:
【MC1-1360】关于防雷装置的接地,最基本要求为: 正确答案:A(要有单独的接地体,接地电阻要小,接闪器到接地体之间的引下线应尽量短而粗)
三句话:单独接地体(别跟电源地混用)、接地电阻小、引下线短而粗——这是防雷接地的“宪法”。雷电流是巨浪,只有又短又粗的“泄洪道”才扛得住。连接这些接地部件用什么材料?下列哪种导电材料最适宜连接天线、塔架和入室馈线等处的各个接地部件?
【MC1-1362】下列哪种导电材料最适宜连接天线、塔架和入室馈线等处的各个接地部件? 正确答案:A(镀银软铜丝编织扁带)
镀银软铜编织扁带导电好、柔软易弯、表面积大(高频电流走表面)——是接地连接的标准材料。以下哪一项是天线铁塔防雷接地的有效措施?
【MC1-1364】以下哪一项是天线铁塔防雷接地的有效措施? 正确答案:A(接地连接要尽可能地短而直)
接地连接越短越直越好——弯弯绕绕会增加电感,阻碍雷电流下泄。“做几个漂亮的直角弯”是这道题的经典陷阱,直角弯恰恰是最忌讳的。
七、电磁辐射与失火:看不见的“边界”
最后聊两个“看不见”的话题:电磁辐射和火灾。先澄清一个常见误解。空中的 VHF 和 UHF 信号属于下面哪一类辐射?
【MC1-1357】空中的 VHF 和 UHF 信号属于下面哪一类辐射? 正确答案:A(非电离辐射)
无线电波的能量远不足以“电离”原子——VHF、UHF 都是非电离辐射,和 X 射线、伽马射线不是一回事。别一听“辐射”就色变,但该守的规矩还是要守。为什么我国《电磁环境控制限值》标准中的照射限值伴随频率有所不同?
【MC1-1355】为什么我国《电磁环境控制限值》标准中的照射限值伴随频率有所不同? 正确答案:A(人体对某些特定波长的电磁波有更多的吸收)
人体对不同频率的电磁波吸收率不同——某些频段(比如手机频段附近)人体吸收更多,所以限值更严。限值随频率变化,正是“人体吸收差异”的体现。根据国家标准 GB8702-2014《电磁环境控制限值》,公众曝露是指:
【MC1-1354】根据国家标准 GB8702-2014《电磁环境控制限值》,公众曝露是指: 正确答案:A(公众所受的全部电场、磁场、电磁场照射)
“公众曝露”指的是公众在日常生活中受到的全部电磁场照射——它和职业照射、医疗照射严格区分。搞大功率发射(比如功放、大天线)的火腿,都要算一算自己天线附近的人会不会超限。
还有一个“打火”的知识点。下列情况会产生减幅波辐射:
【MC1-1352】下列情况会产生减幅波辐射: 正确答案:A(电路接触点打火)
接触点打火是火花放电,产生的是宽频带、幅度衰减的“减幅波”——这正是火花干扰的物理来源。所以劣质开关、松动接头不仅危险,还是遍布全波段的“噪声制造机”。
最后,万一真出了事怎么办?电台室如遇电气设备、电线电缆或者电源装置失火,正确的处置应当为:
【MC1-1375】电台室如遇电气设备、电线电缆或者电源装置失火,正确的处置应当为: 正确答案:A(立即切断所有供电,使用二氧化碳灭火器或干粉灭火器)
电气失火第一动作是切断供电,然后用二氧化碳或干粉灭火器——千万不能用水(导电!),也不能用泡沫(同样导电)。把这条和“先断电”一起刻在电台室的门上。
结语
这一篇,我们给电台做了一次从头到脚的“体检”:dB 的换算口诀、万用表和示波器的读数逻辑、场强表和驻波比表的用法、电源与蓄电池的伺候之道,还有触电、防雷、辐射和失火这些“保命知识”。数字会看、仪表会用、红线知道在哪——现在你算得上一位“专业”的电台主人了。
回顾整个系列,我们从法律法规一路走到电波传播、从收发信机走到卫星通信、从电路基础走到测量安全——电子世界的“模拟版图”已经拼得差不多了。但别忘了,第十篇我们说过,现代电台里正发生着一场“二进制革命”。下一篇,我们走进数字电路的世界:与门、或门、触发器、模数转换……看看 0 和 1 是怎么在芯片里“思考”,又是怎么变成屏幕上那些数字模式的。跟着题库,我们下一站见。