窗外的蟬鳴依舊聒噪,晨光透過青灰色的窗櫺,在書桌上投下斑駁的光影。林舟一夜未眠,眼底帶着淡淡的青黑,卻絲毫不見倦意。他小心翼翼地從幹燥箱裏取出那張密封好的差分電路圖紙,泛黃的紙頁在晨光下泛着溫潤的光澤,補全的參數字跡工整,與外公當年的筆跡相映成趣。圖紙上,共模反饋網絡的線條縱橫交錯,旁邊標注的“阻抗對稱±0.1Ω”字樣,讓林舟再次想起了那個在差分電路設計中至關重要的概念——阻抗不平衡。
這是與共模幹擾息息相關的核心技術痛點,也是外公的電路設計中最精妙的細節之一。林舟清楚地記得,課本上對阻抗不平衡的定義是:差分電路的兩個信號傳輸路徑上,電阻、電容、電感等元件的阻抗值存在差異,導致兩條路徑的信號傳輸特性不一致。而這種不一致,正是共模幹擾轉化爲差模幹擾的“罪魁禍首”。
林舟指尖劃過圖紙上標注的元件型號——3DG6B高頻對管,眉頭微微蹙起。這個型號他再熟悉不過,在《晶體管原理》課本的附錄裏見過,屬於上世紀九十年代青峰無線電廠的常備元件,是NPN型硅高頻小功率三極管,特征頻率f_T高達250MHz,參數一致性極佳,是搭建高頻差分電路的理想選擇。
他之所以對這個型號的對管執念頗深,核心原因就在於阻抗不平衡的原理。差分電路的抗共模幹擾能力,本質上來源於“對稱”——當兩條傳輸路徑的阻抗完全一致時,共模幹擾信號在兩條路徑上產生的響應完全相同,經過差分放大後,幹擾信號會相互抵消;而一旦出現阻抗不平衡,共模幹擾信號在兩條路徑上的響應就會出現差異,這種差異會轉化爲差模信號,疊加在有效信號上,導致信號失真。
具體來說,假設差分電路的兩個輸入端阻抗分別爲Z₁和Z₂,當Z₁=Z₂時,共模幹擾電壓Vcm在兩個輸入端產生的電流I₁=Vcm/Z₁、I₂=Vcm/Z₂,兩者大小相等、方向相同,差分放大電路對這種同向信號的增益趨近於零,幹擾被抑制;而當Z₁≠Z₂時,I₁≠I₂,兩者的差值ΔI=|I₁-I₂|就會轉化爲差模電流,進而產生差模電壓,這個電壓就是疊加在有效信號上的幹擾噪聲。
而3DG6B對管的優勢,就在於它的參數一致性——同批次的管子,其輸入阻抗、電流放大系數β、輸出阻抗等參數的誤差可以控制在5%以內,這是普通三極管難以企及的。對於差分電路而言,對管的參數一致性直接決定了電路的阻抗對稱度,進而決定了共模抑制比的高低。林舟在筆記本上寫下公式:CMRR≈20lg(β×ΔZ/Z),其中ΔZ是兩條路徑的阻抗差,Z是平均阻抗。從公式可以清晰地看出,阻抗差ΔZ越小,共模抑制比CMRR越高,電路的抗幹擾能力越強。
可問題是,3DG6B這種管子早在十年前就停產了,如今別說在學校的實驗室裏找,就算是在江城最大的電子市場,恐怕也難覓蹤影。
“舅舅,你說外公當年跑遍了江城的電子市場才找到匹配的3DG6B,那他去的是哪個市場啊?”林舟端着一碗舅媽煮的綠豆粥,走到正在院子裏擺弄花草的陳默身邊。晨光灑在陳默的鬢角,染出幾縷白霜,他手裏拿着一把噴壺,正給一盆君子蘭澆水。
陳默聞言,動作頓了頓,放下噴壺,伸手擦了擦額頭的汗:“還能是哪個?當然是城北的望江電子市場。那時候望江市場是江城電子元件的集散地,青峰廠的老工友們,誰家的收音機、電視機壞了,都去那兒淘元件。你外公當年爲了找一對參數完全匹配的3DG6B,在市場裏泡了整整三天,跟攤主磨破了嘴皮子,才從一堆積壓的庫存裏翻出來。”
陳默的話裏,藏着林舟最關心的細節:參數完全匹配。這不僅僅是指型號相同,更是指對管的輸入阻抗、β值等關鍵參數的誤差要控制在極小的範圍內。外公當年之所以執着於找3DG6B對管,就是因爲普通的三極管參數離散性太大,隨便找兩只管子搭成差分電路,阻抗不平衡的問題會非常嚴重,共模抑制比根本達不到設計要求。
“望江電子市場現在還在嗎?”林舟眼睛一亮,綠豆粥也顧不上喝了。
“在是在,就是早就不如當年熱鬧了。”陳默嘆了口氣,“這些年電商興起,實體店的生意越來越難做,望江市場裏的老攤主走了一批又一批,剩下的大多是賣些新出的貼片元件、單片機,老款的晶體管,怕是不好找了。”
林舟的心沉了一下,但很快又燃起一絲希望:“不管怎麼樣,我都得去一趟。說不定能碰到一些老庫存呢?”
陳默看着林舟眼裏的執拗,仿佛看到了年輕時的陳懷安,忍不住笑了笑:“行,我陪你去。正好今天沒事,也去見見那些老夥計。”
吃過早飯,林舟揣着圖紙和筆記本,跟着陳默坐上了前往城北的公交車。公交車搖搖晃晃地穿行在老城區的街巷裏,路兩旁的梧桐樹枝繁葉茂,陽光透過樹葉的縫隙灑下來,落在林舟的膝蓋上。他翻開筆記本,在上面寫下3DG6B的關鍵參數:集電極最大允許電流I_CM=20mA,集電極最大允許耗散功率P_CM=100mW,反向擊穿電壓V_(BR)CEO≥15V,輸入阻抗Z_in≈1kΩ(在I_C=1mA時)。這些參數是復刻差分電路的關鍵,一旦元件參數不達標,電路的阻抗平衡就會被打破,共模抑制比會大打折扣,甚至無法正常工作。
林舟還在筆記本上推演了阻抗不平衡的危害:如果找到的對管輸入阻抗誤差超過10%,那麼根據CMRR的計算公式,電路的共模抑制比會下降至少6dB,這意味着電路對共模幹擾的抑制能力會減半。而如果誤差超過20%,共模抑制比會下降12dB以上,此時差分電路的抗幹擾優勢幾乎蕩然無存,和普通的單端放大電路沒有區別。
一個小時後,公交車緩緩停在了望江電子市場的門口。林舟跟着陳默下了車,抬頭望去,只見一棟灰撲撲的三層小樓矗立在眼前,樓頂上的“望江電子市場”幾個大字已經褪色,門口的台階上布滿了青苔。市場裏人頭攢動,卻少了幾分往日的喧囂,大多是些上了年紀的老人,在攤位前慢悠悠地挑選着元件。
“走吧,進去看看。”陳默拍了拍林舟的肩膀。
兩人走進市場,一股混合着鬆香、塑料和灰塵的味道撲面而來。一樓的攤位大多賣的是些新款的電子元件,貼片電阻、電容、單片機琳琅滿目,攤主們熱情地招呼着顧客。林舟挨個攤位問過去,當他說出“3DG6B高頻對管”時,攤主們要麼搖着頭說沒有,要麼幹脆一臉茫然地問他:“小夥子,你說的這是什麼元件?現在誰還用這種老古董啊?”
有個年輕的攤主還試圖向林舟推銷貼片三極管:“小哥,現在都用這種貼片的了,體積小,參數穩定,比你說的那種老管子好用多了。”
林舟搖了搖頭,耐心解釋:“貼片管子是好,但我需要的是參數高度一致的對管。差分電路對阻抗對稱度要求極高,普通貼片管的參數離散性太大,沒法滿足要求。”
年輕攤主似懂非懂地撓了撓頭:“阻抗對稱度?那是什麼東西?”
林舟的心裏越來越涼,他攥緊了手裏的筆記本,指尖微微發白。難道真的找不到了嗎?如果沒有3DG6B,那外公的差分電路豈不是就無法復刻了?他甚至開始思考替代方案:如果實在找不到3DG6B,能不能用兩只參數相近的9013三極管代替?但很快他就否定了這個想法——9013的參數離散性太大,就算是精心挑選,輸入阻抗的誤差也很難控制在10%以內,這樣搭建出來的電路,共模抑制比肯定達不到外公的設計值。
陳默看出了他的失落,安慰道:“別急,咱們去二樓看看。二樓的攤主都是些老行家,說不定有存貨。”
兩人沿着狹窄的樓梯上了二樓,二樓的氛圍和一樓截然不同,光線昏暗,攤位之間的過道狹窄得只能容一個人通過。攤主們大多是些頭發花白的老人,有的坐在小馬扎上,眯着眼睛看報紙;有的則拿着放大鏡,仔細地擦拭着手裏的晶體管。空氣中彌漫着一股歲月的味道,仿佛時光在這裏放慢了腳步。
“老張!好久不見啊!”陳默走到一個擺滿了各種老式晶體管的攤位前,笑着跟攤主打招呼。這個攤位和其他攤位不一樣,櫃台上沒有新款的貼片元件,只有一排排玻璃封裝的老式三極管,上面印着3AX31、3DG12、3DK4等早已停產的型號。
攤主抬起頭,看到陳默,眼睛一亮,放下手裏的放大鏡:“喲,這不是陳默嗎?好些年沒見你了!今天怎麼有空來我這兒?”
攤主姓張,是青峰廠的老技工,當年和林舟的外公陳懷安是同事,退休後就在望江市場租了個攤位,專賣老式電子元件。
“張叔好!”林舟跟着喊了一聲,他認出這個張叔,小時候跟着外公來市場時,見過幾次。
老張打量了一眼林舟,笑着對陳默說:“這是你家小子?長得真精神,跟你爸年輕的時候一模一樣。你爸當年可是咱們廠的‘焊神’,一手微焊手藝,焊出來的電路,阻抗對稱度能控制在0.1Ω以內,那可是絕活!”
林舟的眼睛一亮,連忙問道:“張叔,您說的阻抗對稱度,是不是差分電路的兩條路徑阻抗差?”
老張愣了一下,隨即豎起大拇指:“好家夥,不愧是懷安的外孫,一點就通!沒錯,就是阻抗差。你爸當年焊差分電路,對管的焊點大小都得一模一樣,焊錫多一點少一點都不行,就是爲了控制阻抗平衡。他常說,差分電路的魂,就是‘對稱’二字,差之毫厘,謬以千裏啊!”
老張的話,正好印證了林舟對阻抗不平衡原理的理解。焊點的大小、形狀,甚至焊接時的溫度,都會影響元件的接觸電阻,進而影響電路的阻抗對稱度。外公的“掐秒控溫法”,不僅僅是爲了防止元件燒毀,更是爲了保證兩個對管的焊點接觸電阻一致,從焊接工藝上杜絕阻抗不平衡的問題。
“張叔,我今天來,就是想找一對3DG6B高頻對管。”林舟開門見山,把自己的需求說了出來,“我需要參數高度一致的對管,輸入阻抗的誤差最好能控制在5%以內。”
“3DG6B?”老張皺起眉頭,從攤位底下搬出一個落滿灰塵的紙箱,“你別說,我這兒還真有一些老庫存。當年青峰廠倒閉的時候,我從廠裏的倉庫裏收了一批元件,都是當年生產線上用的合格品,一直擱在這兒沒動過。”
老張說着,蹲下身,在紙箱裏翻找起來。紙箱裏堆滿了用牛皮紙包裹的三極管,上面印着青峰廠的標識。林舟也跟着蹲下身,眼睛一眨不眨地盯着紙箱裏的元件,心髒砰砰直跳。他知道,這些元件都是當年的合格品,參數一致性肯定比市面上的散貨好得多。
“奇怪,我記得明明有的啊。”老張嘟囔着,額頭上滲出了汗珠。他翻了半天,終於從紙箱的最底下,翻出一個用牛皮紙包着的小袋子。袋子上用鋼筆寫着“3DG6B 對管 批號9803”,字跡蒼勁有力,林舟一眼就認出來,這是外公的筆跡!
“找到了!”老張眼睛一亮,小心翼翼地打開牛皮紙袋子,裏面躺着十幾只銀白色的晶體管,管身上印着清晰的“3DG6B”字樣,還有青峰廠的logo。
林舟的心跳瞬間加速,他激動地伸手想去拿,卻被老張攔住了。
“小夥子,別急。”老張笑着說,“這些管子是你外公當年放在我這兒的!當年他研發差分電路的時候,多買了幾對,怕以後用得上,就寄存在我這兒了。你外公說了,這些管子都是他親手挑選的,參數一致性極高。不過,放了這麼多年,參數說不定已經變了。你要找的是對管吧?對管的參數必須高度一致,尤其是電流放大系數β和輸入阻抗,誤差不能超過5%,否則會導致電路阻抗不平衡,引發共模幹擾。”
老張的話,句句說到了林舟的心坎裏。他當然知道對管參數一致性的重要性,這直接關系到電路的阻抗平衡。
“那怎麼辦?”林舟有些着急,“我沒有專業的測試設備,沒法測量β值和輸入阻抗啊。”
老張指了指攤位上的一個老式晶體管測試儀,笑着說:“別急,我這兒有這個。當年青峰廠的質檢科,就是用這種測試儀檢測對管參數的。能測電流放大系數β、輸入阻抗Z_in、輸出阻抗Z_out,精度很高。”
林舟看着那個布滿了旋鈕和表盤的測試儀,眼睛一亮。這台測試儀雖然老舊,但功能齊全,正是他需要的。測試儀的面板上,有兩個三極管插座,旁邊標注着“對管測試”,顯然是專門用來檢測差分對管參數一致性的。
老張小心翼翼地拿起一只3DG6B晶體管,插進測試儀的插座裏,然後轉動旋鈕,調整測試電壓到1.5V,集電極電流到1mA——這是三極管的典型工作點。測試儀的指針緩緩偏轉,最終停在了β=120的刻度上,輸入阻抗的指針停在了1.05kΩ的位置。
“β值120,輸入阻抗1.05kΩ,不錯。”老張記下數值,又拿起另一只晶體管,插進插座裏。
“β值118,輸入阻抗1.02kΩ!”老張的語氣裏帶着一絲興奮,“誤差不到3%!這對管子簡直是完美匹配!”
林舟湊過去一看,只見測試儀的表盤上,兩只晶體管的β值分別是120和118,誤差僅爲1.67%;輸入阻抗分別是1.05kΩ和1.02kΩ,誤差僅爲2.9%,完全符合他的要求!這樣的參數一致性,就算是當年的新品,也算是極品了。
“太好了!”林舟激動得差點跳起來。他知道,有了這對參數高度一致的對管,電路的阻抗不平衡問題就解決了一大半。
老張又測試了幾只晶體管,最終選出了兩對參數高度一致的3DG6B對管,遞給林舟:“小夥子,這兩對管子是你外公當年精心挑選的,放了這麼多年,參數還這麼穩定,不容易啊。當年你外公研發差分電路的時候,就是用這種管子,焊出來的電路,共模抑制比能達到85dB以上,比廠裏的標準高出了10dB!”
林舟接過對管,小心翼翼地放進兜裏,仿佛捧着一件稀世珍寶。他掏出錢包,想付錢給老張,卻被老張攔住了。
“哎,不用付錢。”老張擺了擺手,“這是你外公的東西,本來就該還給你。你外公當年可是咱們青峰廠的驕傲,他設計的差分電路,能抑制住電網裏的50Hz工頻幹擾,還有車間裏的電機幹擾,可惜啊,後來廠裏倒閉了,這麼好的技術也沒能發揚光大。你小子一定要把這個電路復刻出來,別辜負了你外公的心血。”
林舟的鼻子微微發酸,他攥緊了手裏的對管,鄭重地對老張說:“張叔,謝謝您!我一定會把外公的電路復刻出來,我要讓它的共模抑制比達到設計值,讓所有人都知道,咱們青峰廠的技術,不比別人差。”
老張笑着點了點頭:“好小子,有志氣!以後遇到什麼技術難題,隨時來問我。尤其是阻抗平衡的問題,當年你外公可是摸索出了不少門道。”
告別了老張,林舟和陳默又在市場裏逛了一圈,采購了一些其他的元件:10kΩ和100kΩ的金屬膜電阻、100nF的瓷片電容、LM358運放芯片。林舟特意挑選了高精度的金屬膜電阻,誤差控制在1%以內,這也是爲了保證電路的阻抗平衡。他知道,電阻的參數誤差也是導致阻抗不平衡的重要原因之一,必須嚴格控制。
走出望江電子市場的時候,夕陽已經西下,餘暉灑在市場的屋頂上,給灰撲撲的小樓鍍上了一層金色。林舟揣着兜裏的3DG6B對管,心裏充滿了喜悅和期待。元件的問題解決了,接下來就是焊接和調試了。
“舅舅,謝謝你陪我來。”林舟看着陳默,真誠地說。
陳默拍了拍他的肩膀,笑着說:“傻小子,跟我客氣什麼。你外公要是知道你這麼用心,肯定會很高興的。對了,還有個事要跟你說。”
“什麼事?”林舟好奇地問。
“當年你外公和周明遠研發差分電路的時候,遇到了一個大難題——焊接工藝導致的阻抗不平衡。”陳默回憶道,“那時候他們發現,就算對管的參數再一致,焊接的時候,焊點的接觸電阻不一樣,還是會導致阻抗不平衡。後來他們想了個辦法,在電路裏加了一個可調電阻網絡,用來補償阻抗差。周明遠還畫了一張可調電阻網絡的設計圖,好像放在你外婆的舊箱子裏了。回去我幫你找找,說不定對你復刻電路有幫助。”
林舟的眼睛瞬間亮了起來。可調電阻網絡!這正是解決焊接工藝導致的阻抗不平衡的關鍵!通過調整可調電阻的阻值,可以人爲地補償兩條路徑的阻抗差,讓電路達到完美的阻抗平衡。這比單純依靠元件參數一致性要可靠得多。
“太好了!舅舅,咱們趕緊回去找!”林舟拉着陳默的手,快步向公交車站走去。
夕陽的餘暉將兩人的影子拉得很長很長,林舟的心裏充滿了期待。他知道,元件尋蹤只是第一步,接下來的焊接和調試,還有無數的難題在等着他。比如,如何控制焊接溫度,避免焊點接觸電阻不一致;如何調整可調電阻網絡,補償阻抗差;如何測量電路的共模抑制比,驗證抗幹擾能力。
但他不怕,他手裏握着外公的焊槍,揣着參數完美匹配的3DG6B對管,心裏裝着對差分電路的熱愛和對阻抗不平衡原理的深刻理解。他相信,只要他一步一個腳印地走下去,就一定能復刻出外公的差分電路,讓那把焊槍的銀火,在新時代重新燃起。
回到家的時候,天已經黑了。舅媽已經做好了晚飯,香噴噴的飯菜擺滿了一桌。林舟卻顧不上吃飯,拉着陳默就往外婆的房間跑。外婆的房間裏堆滿了舊物,一股淡淡的樟腦丸味道撲面而來。陳默從床底下搬出一個落滿灰塵的木箱,打開箱子,裏面堆滿了外婆的舊衣服和一些老照片。
兩人在箱子裏翻找了半天,終於在箱子的最底下,找到了一張泛黃的設計圖。設計圖的標題寫着:差分電路阻抗補償網絡設計方案,落款是周明遠,日期是1998年4月。圖紙上,清晰地畫着一個由兩個可調電阻組成的補償網絡,旁邊標注着“補償範圍±10Ω”,還有一行小字:“通過調整R_p1和R_p2,使兩條路徑的阻抗差小於0.1Ω”。
林舟小心翼翼地展開設計圖,激動得手都在發抖。這張圖,簡直是爲他量身定做的!有了這個阻抗補償網絡,就算焊接工藝有微小的誤差,也能通過調整可調電阻,讓電路達到完美的阻抗平衡,從而最大化提升共模抑制比。
“太好了!真是踏破鐵鞋無覓處,得來全不費工夫!”林舟激動地說。
陳默看着他興奮的樣子,笑着說:“這下你小子的底氣更足了吧?趕緊去吃飯,吃完飯好好研究研究這張圖。明天開始,就可以動手焊接電路了。”
林舟點點頭,他小心翼翼地把設計圖和外公的差分電路圖紙放在一起,然後跟着陳默走出了外婆的房間。餐桌上,舅媽不停地給林舟夾菜,林舟卻心不在焉地扒着飯,心裏已經開始盤算着明天的焊接計劃了。
他想起外公當年教他的焊接技巧:“焊槍的溫度要控制好,不能太高,也不能太低。太高了會燒壞元件的引腳,導致接觸電阻變大;太低了焊錫融不了,焊點不牢固,也會影響接觸電阻。焊接的時候,要先把焊槍頭放在焊點上,等焊點預熱好了,再把焊錫絲送過去,這樣焊出來的焊點才會圓潤光滑,接觸電阻才會小而穩定。”
林舟的心裏充滿了期待,他仿佛已經看到了示波器上,那兩條穩定的雙軌波形,在強烈的共模幹擾沖擊下,依舊紋絲不動。他知道,那不僅僅是兩條波形,更是外公和周明遠的夢想,是兩代電子人對阻抗平衡的極致追求,是永不熄滅的銀火匠心。