進入真空管時代

彿萊明真空管是第一只出現的二極體真空管，這真空管最重要的特性是，電流只能單方向流動，因此彿萊明真空管適合用做無線電訊號檢波。所以這真空管就成為晶體檢波接收機中方鉛礦的極好替代品，而且燈絲線路還可以調整靈敏度。

雖然彿萊明真空管使無線電接收機的發展向前跨了一大步，但是這真空管實在太貴了，並且在某些情況下，彿萊明真空管比方鉛礦的檢波，給人的感覺並沒有很明顯的改善。

雖然許多各式各樣的晶體接收機不斷出籠，性能也多比金屬檢波器好很多，不過最大的問題還是在於訊號不夠強。在當時有許多訊號可以達到被檢波的程度，但卻太弱，不是以推動高阻抗的耳機出聲。

1906 年美國科學家德彿雷斯特發明了一部有重大改善的接收機。德彿雷斯特在原先由彿萊明發明的真空管上，加了一片柵極。當時彿萊明發明真空管是以 1870 年代，愛迪生的研究基礎上努力出來的。德彿雷斯特發明的真空管，因為外加了一片柵極，使真空管有三隻腳，因而稱這真空管為三極管。三極管的最大優點是，它 有放大作用，對先前因為訊號太弱，便一舉解決了。

雖然早期的三極管，工作頻率不高，但是對聲頻可以放大。雖然這三極管的效率不彰，而且昂貴，但是卻是常時唯一可以對檢波後聲頻訊號放大的裝置。而這有檢波後放大的接收機，比沒有放大的接收機，性能的確好很多。

參看圖 6，是三極管檢波接收機線路。

再生式檢波接收機 (REGENERATIVE DETECTOR RECEIVERS)

雖然早期的零件技藝受限，例如方鉛礦檢波器及彿萊明二極管檢波器，效率都很差，特別是碰到微弱訊號時，簡直束手無策。但是哥倫比亞大學的工程師，愛得蒙．阿姆斯壯，以回饋原理，發明了相當靈敏的檢波技藝，稱為再生式檢波器。參看圖 7。

阿姆斯壯把放大後的射頻訊號又部份拿回去輸入端，當這種藕合線路調整得宜的話，線路就會處在振盪邊緣，而微弱的輸入訊號，就有如摧化劑般，使檢波非常容易。

不幸的是，這線路的最大靈敏度是在線路起振點，所以再生式接收機很容易振盪，使接收機變成了發射機，這對附近處操作的接收機就造成干擾。最早期有些業餘無線電機器，就是使用阿姆斯壯振盪器。

再生式接收機只流行一陣子，到 1920 年代中期，大多數的接收機製造廠已經不再生產再生式接收機，市場上只有少數的再生式接收機套件供應。

調諧式射頻接收機 (TUNED RADIO FREQUENCY)

因為真空管特性已經有了明顯的改良，它不只可以放大聲頻訊號，連射頻訊號也可以放大了。很快地，真空管便投入射頻放大線路，參看圖 8。

如果接收機的真空管輸入線路，使用 LC 調諧，那麼射頻放大線路就變成有選擇性了，也就是可以只調諧想要的訊號來放大。對於這類加在檢波器前頭，可以選擇射頻訊號放大的接收機，軌稱為調諧式射頻接收機。

把幾組調諧式射頻接收機串連起來，不論在靈敏度或選擇性，都比單級的調諧式射頻接收機還好，我們一般稱的調諧式射頻接收機，大都也是指串連起來的調諧式射 頻接收機，參看圖 9。然而串連的調諧式射頻接收機，必須付出很大的代價，不是每個可變電容不易調諧，就是要重新設計，使可變電容可以連動。

另外當三極管接近這些 LC 調諧線路時，也會有振盪的傾向，當不幸發生振盪時，這振盪訊號與電台訊號產生外差作用，耳機便會產生巨大的嗡嗡響聲。這時期的調諧式射頻接收機，除了有容易振盪的缺點外，因為線路極不穩定，所以從刻度上也不容易找到相同的電台訊號。

平差式接收機 (NEUTRODYNE RECEIVERS)

調諧式射頻接收機線路不穩定的情況，因為修改線路，已經有很大的改善。平差式接收機就是針對調諧式射頻接收機線路中，利用一電容器饋回的電壓來中和，使線路趨向穩定。

這線路是史帝芬科技機構 (STEVENS INSUTUTE OF TECHNOLOGY )的哈茲廷 (HAZELTINE) 教授發明的，他並申請了專利。

哈茲廷教授的平差式接收機非常穩定，也是第一部使接收機上刻度貝有意義的接收機。這技藝使得價廉的接收機，都有可靠的選台刻度，而且利用這刻度來找相同的電台還算非常可靠。1924 年到 1927 年之間，很多製造廠都生產了這類的平差式接收機。

但是當時要製作廣播波段接收機很難，製作短波接收機更難。也因為價格非常昂貴，所以只有極少數人買得起，因此逼得很多人親自動手製作。當時這類接收機的價 格大約在美金 300 到 700 元之間，這在 1920 年代，得工作好幾個月的薪水才夠。192O 年代左右，廣播波段接收機的標價，在當時幾乎可以買到一棟小房子。當然這價格與日劇降，到了 1930 年代，降到許多家庭都可以買得起的程度。也大約就在這時期，許多業餘無線電家也開始買現成的接收機。

第二代調諧式射頻接收機

1927 年代開始，市面上開始供應四極真空管。三極管因為柵極與陰極，及柵極與屏極間的電容，造成了線路極不穩定。在控制柵極與陽極之間，若是加一網狀的柵極，可 以使上述的電容劇降，而且達到幾乎可以忽略的程度。以這四極管重新設計的調調式射頻接收機，就稱為第二代調諧式射頻接收機。

這種第二代調諧式射頻接收機，在 1927 到 1932 年是全盛時期，就算在稍後的超外差時代，市場上依然可以買到比超外差便宜的第二代調諧式射頻接收機。

超外差接收機

舊的調諧式射頻接收機，調諧不好的話，往往會產生尖叫聲。雖然第二代調諧式射頻接收機已大有改善，但是許多小問題依然存在。

此次阿姆斯壯教授像是他在 1920 年代解決再生式接收機問題一樣，他發明了另一款接收機，命名為超外差接收機，這「超」字並不是工程師給命名的，而是市場中產生的。這超外差接收機依然是今 天接收機利用的主要原理，雖然現代電子技藝發達，一只小小的 IC 幾乎可以替代所有的真空管，不過利用的主要原理是一樣的。

第一部商業超外差接收機，是於 1924 年 RCA 公司生產的。當時針對超外差接收機，留傳著這麼一個故事。當時阿姆斯壯是與哥倫比亞大學結盟的。

當他有一天晚上邀請大衛沙諾夫參觀自己的實驗室研究的一部新發明的接收機時，這部超外差接收機的靈敏度及選擇性，好到讓大衛沙諾夫幾乎當場把口水撒在該部接收機上。

根據這個可能是過份誇大的故事，想必是阿姆斯壯一直不肯把這部接收機的線路告訴大衛沙諾夫，直到大衛沙諾夫答應把這超外差接收機買下為止。

中頻

調諧式射頻接收機的主要致命傷是射頻放大器極不穩定，尤其是把射頻放大器逐級連接時，這問題更嚴重。超外差接收機之所以被認為好，就在於能徹底解決這問 題。雖然固定頻率的射頻放大器，可以很穩定，但是可變頻率射頻放大器，就很容易引起振盪，至少在某些頻率上是如此。這就使得可變頻率的調諧式射頻接收機線 路很複雜，也很不穩定。

阿姆斯壯最得意的發明，就是把先前這射頻變動的情況，轉換到一個固定的頻率上，所有的接收機的放大與選擇性就移到這一固定的頻率上，這固定的頻率，就是現 在每一位無線電愛好者都知道的中頻。所有接收的射頻，都被轉換到中頻，使用一極為穩定的高增益放大器來處理訊號。

圖 10 是超外差接收機的基本方塊圖，整個超外差接收機的靈魂是，把射頻 RF 訊號轉換到中頻 IF 上。這一轉換工作，是利用一非線性混頻元件，使用一本地振盪訊號，把射頻訊號轉換到中頻上。

這本地振盪訊號頻率，可以比接收訊號的頻率高或低一個中頻。當然本地振盪訊號是由接收機本身產生，而起外差接收機選台鈕，就是牽動一個在這本地振盪線路內的可變電容。

當電台的射頻訊號與接收機的本地振盪訊號，在非線性混頻器內作用時，至少會包含有下列四個訊號，包括射頻、本地振盪訊號、射頻加本地振盪訊號、與射頻和本地振盪訊號差。

所謂中頻，可以有兩個，一個為「和」訊號，另一為「差」訊號。當時因為兼顧實際須要，所以只取「差」訊號為中頻，所以當時的超外差接收機，可以說是把頻率 較高的射頻轉換到頻率較低的中頻。但事實上，「和」訊號也可以利用，現今有些短波接收機，也有利用頻率比較高的「和」訊號中頻。當時的電子技藝，要採取頻 率比較高的中頻是有困難的。

預選器

許多超外差接收機線路中，在混頻器之前還有射頻放大器，這射頻放大器就稱做預選器。預選器的功能不少，除了可以有放大作用，提供一些增益外，還有隔離的功 能，也就是讓天線進來的訊號容易，接收機內的訊號 (天線進來被放大後、本地振盪訊號、或混頻器產生的訊號 )不容易由天線輻射出去。尤其是本地振盪訊號，若沒有好的隔離，由天線輻射出去的話，容易對鄰近處的接收機造成干擾。

另外，預選器也可以增加接收機的選擇性，它可以把波段外的強訊號阻絕掉，不讓它由天線進到接收機內。也就是說，超外差接收機的選擇性雖然可以說全在中頻線路上，但是中頻線路對於影像干擾問題，卻是束手無策，只能由預選器來幫忙。

影像干擾

影像干擾是超外差接收機常見的問題，若無法處理影像干擾，超外差接收機可能會讓人討厭。影像干擾通常會由下列問題引發，圖 11 說明了這問題。

通常超外差接收機中，本地振盪訊號頻率與接收訊號頻率相差一個中頻，圖 11 中，本地振盪訊號的頻率就比接收頻率高出一個中頻。如果比中頻訊號的頻率高出一個中頻的訊號地出現在天線上的話，則中頻訊號裡會含有這兩道不同的訊號。若 是預選器設計得當，可以把比本地振盪訊號頻率還高的訊號，在未進入混頻器之前，把它排除在外，影像干擾問題就可避免掉。

中頻放大器在超外差接收機中，幾乎全包了接收機的增益及選擇性。因為針對線路而言，固定中頻的放大倍數可以比較高，而且中頻降低了，線路更容易得到比較大的放大倍數。因為超外差原理，可以有絕頂的性能，所以任何的無線電接收機，都利用了超外差原理。

從發明這原理，一直到現代，所有接收機無不採用超外差，可見得這超外差的設計真不愧為一代傑作。

主要參考資料：

1. Two hundreds meters and below，by Clinton B. DeSoto
2. Theradio collector's directory and price guide, by Robert E. Grinder
3. Miracle of the air waves by Edward A. Herron
4. Vitange radio 3rd-edition, by Morgan E. McMahon
5. Resorting classic radios, by Joseph J. Carr
6. ABC's of shon-wave listening, by Len Buckwalter
7. 德彿雷斯特傳，徐氏基金會
8. 少年無線電技術，台南北一出版社
9. 礦石收音機造法，俞子夷，上海中華書局，1931 年
10. 短波收音機的做法，俞子夷，上海中華書局，1932 年