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小燈泡的妙用

No.17   1994 May   p75~77,   by 吳尊周 / BV2AP



    在無線電的研究領域裡,經常需要用到各種測量儀錶,有些儀錶貴達上百萬,有些則可以自行製作,像是簡單的駐波比功率表。


小豆燈妙用無窮

    有一種只要 5 元的小燈泡 (小豆燈),因只需要極低的電流就可點亮,大多作為指示燈使用,其規格有 6V 40mA、 12V 20mA、24V 20mA ……等多種。

    在接上電壓,點至微亮時,即可辨別其電壓與電流值,可作為簡易又便宜的高頻量測指示燈。

    以 6V 指示燈實測,得出下表實測值:

電壓 V 電流mA 功率mW 電阻Ω 說明
0.56 17.8 9.97 31.5 燈泡微紅可確認有光(最低感度約 10mW)
0.60 18.4 11 32.6  
0.72 20.0 14.4 36.0  
1.00 23.8 23.8 42.0 燈泡已亮可輕易確認
1.54 30.0 46.2 51.3  
1.80 32.6 58.7 55.2 燈泡已可有照明功能
2.00 34.5 69.0 58.0 很明亮了
2.60 40.0 104 65.0  
3.00 43.3 130 69.3  
4.00 50.8 203 79.0  



負電阻的特性

電壓 V 燈泡壓降 V 電流mA 功率mW 阻抗Ω
1.5 0.06 6.4 0.384 9.4
2.0 0.09 8.6 0.774 10.5
2.5 0.13 11.0 1.43 12.0
3.0 0.20 13.0 2.6 15.0
4.0 0.40 16.0 6.4 25.0
5.0 0.66 19.0 12.5 35.0
作為功率表使用時,串接一只 220Ω電阻測得的阻抗值。
    用三用電錶測得,小豆燈在冷電阻下時的燈絲電阻僅 10Ω而已。

    由上表發現,小豆燈有以下特性:

    一、發亮後具恆流特性。

    二、負電阻性。燈絲在冷電阻時約有 10Ω,點亮後會產生約 3~5 倍之阻值,亦即在冷電阻值時僅為 1/3~1/5 倍。

    三、確實要有「功率」,小豆燈的燈絲才會紅亮,應用在 DC~1.2GHz 的線路上,也沒有差異。


個兒雖小用途廣

電路保險絲

    利用冷電阻時的負電阻特性,可做線路上的電路保險絲使用。線路上的電流要超過 3 倍,才能使燈絲變紅。

    例如在正常情況下,燈絲電阻僅 10Ω,但在燈絲紅熱時,電阻值可高達 30~80Ω。

    在整流器充大電容時,亦可作為起動充電的保護熱效電阻;冷的時候有數十Ω歐姆,一旦開機熱後,迅速降至不到 1Ω內,恰為燈泡的反特性。

自動音量調壓

    在收聽短波廣播時,常有音量大小不易控制的困擾。接收極微弱的 DX 訊號,往往將音量開大以便收聽,但一遇到強電台出聲,卻又大聲刺耳。

    解決的妙法是在喇叭線路上串只小豆燈,聲音大時,燈即發亮,產生高電阻,自動降低聲音。

    例如將燈泡串接於 8Ω喇叭上,音量小時,相當於 10Ω電阻;音量大時,則相當於串聯 40~80Ω電阻,具有自動音量調壓功能,又有光亮指示,非常適合夜晚收聽 DX 訊號使用。

Fig 1
小豆燈串接喇叭,具有自動音量調壓功能 (1N4001 兩只極性背接,有0.7VP-P恆壓功率效果)。

檢修高頻功率電路

    小豆燈一般僅需 10~ 3mW 微小功率,即能點亮,且不影響線路上的使用頻率,相當適合檢修高頻功率電路。

    而其阻抗值多在 10~100Ω之間,恰合於高頻 52Ω (36~ 75Ω) 的負載阻抗值,SWR<3 (16~150Ω),可接在推動級輸出端,做為調修利器。

    在發射機前級,由射級電壓的測量電壓差,可知工作狀況是否正常;而推動級或倍頻級,多為射級接地使用,在判定電晶體之 PN 接合面時,如遇電晶體的 E/B 級或 B/C 級開路,三用電錶無法立即量出 (有時僅接數圈線圈,甚或 0Ω的銅板片),此時如用小豆燈 來檢知,可事半功倍的確認。

    現代的 RF 功率模組,其輸入功率多在 20~200mW 左右,且多有插座式設計。若發射功率有問題時,可先用另一台接收機,確認是否有正確的訊號發射出 (一般收發機在接收良好狀況下,發射故障的原因,九成以上是功率級不良)。

    推動級正常時,接上小豆燈,即可明亮指示推動功率是否足夠、正常,再來動手查驗功率模組的 VCC、IC,等確認後,再拆也不遲。

    在功率級接上後,除非有良好隔離的假負載,否則會因 RF 功率輻射的亂竄,無法調修微弱信號,甚或使示波器的判讀一團糟,被愚弄而不自知。

    功率模組價位高,裝拆不易,又要加矽散熱膏,主機板甚至要完全拆出,所冒風險大,如用小豆燈串接 0.01uF 電容,當作訊號指示,成為一隻 RF 探針,可說是價廉實用的檢修利器。

功率錶

Fig 2     若配合無感碳精電阻作為負載時,可製成優良的功率錶。筆者利用自台中建國市場買到的舊貨 220Ω 3W 無感電阻 5 只,接於 BNC 頭,銲接如下:

    如此由前表中,以 5V 供電,串接 220Ω至小豆燈,燈絲會微紅可知:

P = V*V / R = 5*5 / 50 = 25/50 = 0.5W

    而一般手機輸出功率多為 0.1W, 0.5W~5W,恰可做為一只優良的 0.1~25W 的負載,由其燈泡的亮度,可推算出大約功率,頻率範圍自 DC~ 1.2GHz,實測非常好用。此方式亦可用於強訊號的探源用。


檢測確實

    因小豆燈得接上射頻功率才會發亮,如果恰遇「電壓點」與「電流點」,讀數就會有極大差異。

    一般採用二極體檢波方式的「通過式」功率表,因不當的使用,很容易誤測功率。

    「不當使用」的定義,可能連老手或製造廠,都無法確定指出;例如在測量 V/UHF 超高頻線路時,連接的導線長度只要數公分,即可輕易達到 1/4 波長,恰使電壓點變成電流點,數百毫瓦的功率,由功率錶測出高達數十百倍的讀數。

    而當連接的饋線長度變更時,其讀數又會是另外的數值,但用小豆燈製成的瓦特指示,雖不很準,但還不致被愚弄誤判。優良的 RF 高頻功率計,多採用熱電偶 (阻) 式,理即在此。

    筆者就曾修過 25W 車機,卻測出 50W 讀數的慘痛經驗。 END



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