磁放大器--20世纪50年代失传的技术，谁都能造

大多数人认为，最先出现的是真空管，紧随其后的是它的继任者晶体管-这是一个历史事实，对吗？不怎么有意思。另一项由美国和纳粹工程师开发的竞争性控制技术出现在两者之间。那是磁放大器。磁放大器坚固耐用、可靠、抗电磁脉冲(EMP)，能够处理比任一晶体管管更大的电力，是一种任何人都可以制造的简单设备。

到了20世纪50年代，磁放大器不再只是某个发明家笔记本上苦苦挣扎的实验梦想。这项独具匠心的技术在专利档案中也不是未经开发的。磁放大器在制造中有多个版本，并有一群助推器，其中包括许多电子工程师，特别是在美国海军内部。

磁放大器是美国人发明的，自1900年以来一直用于重型电机调节器。在20世纪40年代，德国人采用了美国相对粗糙的设备，指派了他们最好的科学家，投资数百万美元，将其开发成一种速度更快、更轻的电子工具，在性能上与真空管相媲美，但更简单、更可靠。它也更加崎岖。磁放大器可以制造成近乎坚不可摧。

德国人把磁放大器用在卡车、有轨电车和机车的电子刹车上。他们将其用于高压电源控制，甚至早期的计算机。

纳粹军队认识到它的不可毁坏性，将其用于枪支稳定器、自动飞行员和导弹制导，包括V-2的火箭稳定器和转向系统。

战后，就像德国火箭本身一样，磁放大器移民到了美国，在那里得到了热情的美国工程师的进一步开发。到1951年，一名海军工程师可以写道，“电子工程师现在被迫承认磁放大器的存在，因为它已经在电子管主导的许多领域证明了其无可置疑的价值。”

磁放大器和真空管和晶体管一样，也是一种电气控制阀。当一个较小的电路控制另一个电路的较大流量时，这就是“放大器”的定义。

磁极放大器可以与任何携带交流电的电路串联，并控制该电流。运行该设备不需要外部电源。简单的磁放大器只是一个铁或铁氧体的铁芯，周围缠绕着一些线圈。

另一个基本部件是整流器。今天，整流二极管结构紧凑，容易买到，而且价格便宜。早在20世纪50年代使用的旧硒整流器体积大、笨重、价格昂贵。

用一些线轴、一个铁氧体棒和几个二极管，你就可以在周日下午拼凑出一个小的高频磁放大器。

比较一下真空管或晶体管的结构挑战。而且磁放大器可以处理你永远不会放入普通晶体管管中的电压和电流。

磁放大器是一种可变扼流圈。它通过控制线圈缠绕在其上的铁芯的磁状态来控制线圈中对交流电流的阻抗(对抗性)。这是通过给铁芯上的另一个称为控制线圈的绕组通电来实现的。根据控制线圈中的能量，磁芯的磁导率(对磁性的感受性)可以不同程度地改变，从而控制更大的交流流量。

完全通电后，控制线圈可以将磁芯的磁导率降低到零，在这种情况下，磁芯就被认为是饱和的。然后它就会变得如此没有磁性，就像核心被移走了一样。

图1是展示该原则的一种方式。当铁芯完全在线圈内时，电流的阻抗很高，可能只有一小部分伏特出现在负载上。拔出铁芯会使负载电压逐渐上升到115。由于只需要几瓦的肌肉能量就可以移动线圈内的铁芯，而线圈又可以控制几匹马力，所以这个装置是一个放大器。

图2是另一个演示。这可以说是一个饱和反应堆。这个电路可以作为剧院舞台照明的调光器。加上一个二极管，你就有了一个基本的磁放大器(参见图3)。较大的线圈是控制线圈。较小的称为加载线圈。

二极管整流器使负载电流单向，辅助控制绕组饱和。现在所需的功率大大降低，使其成为更强大的放大器。

然而，这种磁放大器将起升压变压器的作用，这是不可取的，因为它会将能量送回控制电路。这种影响可以巧妙地通过一对平行的加载线圈来消除，这些线圈在相反的方向上缠绕。

图4是您的基本功能磁放大器，由相应的原理图符号表示。控制线圈符号是一条单一的锐角线，但是控制线圈实际上比加载线圈有更多的匝数。

转了几圈？经验法则是控制线圈安培匝数等于负载线圈安培匝数加上足够的额外匝数来饱和铁芯。(上面的大部分工作原理来自美国海军1951年出版的磁放大器，最近再版。)。

磁放大器在控制和调节电力公用事业和大型电动机方面仍然有工业用途，比如在机车上，但它最吸引人的应用--几乎被遗忘了--是在电子领域。

该磁放大器具有调制、开关、逆变、转换、多振、音频放大、无线电放大、移频、移相、倍频等功能。阶段可以级联。简单的反馈技术可以带来数以百万计的收益。

磁放大器甚至可以计算。无故障的磁性二进制取代了一些早期数字计算机中使用的不太可靠的真空管。

图5显示了用于磁放大器的极其简单的电路。对于一些喜欢冒险的音频发烧友来说，磁放音频将是一个具有挑战性的追求。但与这位作家接触的磁放电器是在无线电领域。

磁放大器的第一项专利是在1903年，但直到1916年无线电先驱E.F.W.Alexanderson才抓住这个想法，将其作为控制他用于高功率无线电发射(以10,000到100,000个周期)的巨型旋转交流发电机的一种手段，几乎没有引起人们的注意。磁放大器书目(由美国海军于1951年出版)列出了亚历克桑德森公司1916年的三项专利和1920年的三项专利，最后一项专利名为“越洋无线电通信”。

磁放大器可以打开和关闭用于电报的交流发电机，并改变用于语音调制的信号(参见图6)。

交流发电机的频率限制很低，所以磁放大器在那个时代被重新发明为倍频器(倍频器、三倍频器)，如图7所示。参考书目引用了直到20世纪20年代的许多无线电发射机倍频器专利。与后来出现的真空管变频器相比，这些都是简单的电路。

早期使用实心铁芯的磁放大器从未超过几百千周。粉状铁芯，被称为铁氧体的陶瓷-铁氧化物成分，以及后来的超薄磁带解放了磁放大器，所以到了20世纪50年代，极限达到了一兆周期，开关速率以微秒为单位，当时适用于计算机应用。甚至微波频率的调制技术也是在20世纪50年代开发出来的(见图8)。

我想看看磁铁放大器是否可以调制特斯拉线圈(见图9)，就像亚历克桑德森调制他的大交流发电机发射器一样。我使用了图4中的原理图，海军手册“磁放大器”作为参考。

我首先得到了一个铁氧体棒(材料#33)，直径为6英寸，直径不到1/2英寸。我从Alltronics那里买到了多余的，大约5美元，但现在已经没有了，尽管他们确实有4英寸的，5美元(www.alltronics.com)。棒材的另一个来源是内布拉斯加州的过剩销售(www.surplusSales.com)。从Alltronics我也得到了磁线卷轴-#26用于两个加载线圈，#30用于控制线圈。

我把线圈缠绕起来，不是直接缠绕在铁氧体上，而是缠绕在内径1/2英寸的丙烯酸管材上(来自Tap Plastic)，我可以把它滑过棒子。一段管子和几个从当地五金店买来的尼龙挡泥板垫圈做成了一个绝缘良好的线轴或线圈形式，用来缠绕我的缠绕夹具上的线圈。加载线圈线轴有1-1/8英寸宽，控制线圈有2英寸宽。对于加载线圈，我缠绕了13层，860圈的26号导线，在每一层之间铺设了一些电工胶带，以便进行额外的绝缘。我把两个装载线圈绕向相反的方向。控制线圈占据了#30导线的400英尺。

根据加载线圈的大小，磁放大器的频率是特定的。(因此，音频放大器将相当大。)。我想要180千周，我通过实验确定了转数。

对于整流器，我用了8个1000伏、3安培的1N4008二极管，每条腿4个(3个1美元，来自all Electronics.com，www.allElectronics.com)。磁放大器现在安全到4000伏，可以处理我的固态特斯拉线圈的输出。

为了用我的信号发生器和示波器观察磁放大器的性能，我把1N4008s换成了两个低功耗的信号二极管。与控制线圈串联，我放了一个12伏的电池和一个电报键，作为一个方便的开关。磁放大器是特定于频率的；您可以为特定范围设计它。打开和关闭键，磁放大器显示从155到200千周期的响应(这个范围恰好落在被称为LowFER的无许可证实验无线电频段内)。

多用途的设备啊！在特定频率下，操作按键将增加或减少示波器上跟踪的波的振幅。在另一个频率，键控会来回移动频率，而在另一个频率，键控会移动相位。因此，这个小设备可以进行开关键控(CW)、调幅(AM)、频移键控(FSK)、调频(FM)或相移键控(PSK)，包括双相移键控(BPSK)，这是数字传输的常见模式，这取决于它是如何被调谐的，所以它可以进行开关键控(CW)、调幅(AM)、频移键控(FSK)、调频(FM)或相移键控(PSK)，这是数字传输的一种常见模式。放置在我的固态特斯拉线圈的接地电路中，这个小磁放大器显示它可以在超过3000伏振荡电压的情况下完成上述所有工作。对于真空管来说，这将是一项相当艰巨的任务，而且可能超出了任何晶体管的能力。