中國電子產(chǎn)品演進的歲月華章（3）

中國電子產(chǎn)品演進的歲月華章（3）

中華人民共和國成立至今已有75年。在這3/4世紀里，中國電子產(chǎn)業(yè)依次經(jīng)歷了以電子管、晶體管、集成電路這3代電子元器件為代表的不同階段，留下了眾多具有代表性的電子產(chǎn)品。值此中華人民共和國成立75周年之際，就讓我們以音頻產(chǎn)品、影像產(chǎn)品、遙控產(chǎn)品這3類不同的電子品為代表，縱覽中國電子產(chǎn)品技術(shù)演進的歲月華章。

遙控產(chǎn)品的演進

無線電技術(shù)誕生之初，由于其不需要線纜就可以傳播的特點，人們順其自然地想到了采用無線電對飛機、輪船、車輛等交通工具進行遠程控制，也就是無線電遙控。1955 年 3 月，剛創(chuàng)刊不久的《無線電》就將無線電遙控器操縱飛機模型的畫面展現(xiàn)在讀者面前（見圖 1），并刊登《看不見的指揮員——無線電操縱》一文，對無線電遙控的基本原理進行了圖文并茂的科普介紹。

那時，無線電信號的發(fā)射和接收都需要通過以電子管為核心元器件的電路實現(xiàn)。電子管及其周邊元器件都需要較大的空間才能安裝，電子管工作時的功耗較大，需要配置大體積、大容量的電池，因此相關(guān)設(shè)備的體積和質(zhì)量往往非常大。為解決這些問題，人們采取了許多措施，例如采用低電壓供電的小功耗微型電子管、選用超再生電路組成遙控模型上的接收機，以盡量減少電子管等元器件的使用數(shù)量。新中國成立 10 周年之際，全國范圍的無線電遙控航空模型競賽得到各地參賽人員的熱烈響應(yīng)。在這類競賽中，由 2 枚2П2П 和 1 枚 1Б2П 低功耗電子管組成的 3 燈超再生式遙控接收機（見圖 2）展現(xiàn)出了良好的性能。其遙控信號頻 率位于 28~29.7MHz，遙控距離可達 1km。

到 1961 年，用于無線電遙控的設(shè)備已經(jīng)具備了布局更加專業(yè)化的操作面板和能夠拿在手中、使用更加方便的控制盒（見圖 3）。在全國范圍內(nèi)也舉行了種類更豐富、更貼近工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實用需求的無線電操縱航空 / 艦船模型競賽會（見圖 4）。此時，無線電遙控設(shè)備的功能復雜度也有一定提升，能夠分別控制左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、爬升、俯沖、加速、減速等 6 種動作，為遙控人員帶來更方便的操作體驗。其中，發(fā)射機共用 3 枚 2П2П 電子管，1 枚 2П2П 用于音頻振蕩，2 枚 2П2П 組成推挽式高頻振蕩發(fā)射電路（見圖5）。在其音頻振蕩電路中，有 6 個相同規(guī)格的 100kΩ 電位器，將電位器調(diào)節(jié)到不同的阻值接入振蕩電路后，就能夠 得到 200~500Hz 不等的音頻信號，然后將其以調(diào)幅形式調(diào)制到高頻信號上發(fā)射出去。 與之相應(yīng)的是同樣具有 3 枚電子管的 6 通道接收機，其中 1 枚 2П2П 用于超再生檢波電路，1 枚 1K2П 用于電壓放大電路，1 枚 2П2П 用于功率放大電路（見圖 6）。 在接收機內(nèi)，實現(xiàn)通道選擇功能的是諧振繼電器，其中具有 6 根長度依次增加、諧振頻率從200~500Hz 不等的諧振簧片，能夠與接收到的信號檢波放大所得的 200~500Hz 音頻信號產(chǎn)生諧振，從而控制相應(yīng)的中間繼電器線圈接通，實現(xiàn)遙控操縱。

20 世紀 50 年代末到 20 世紀 60 年代初的電子技術(shù)得到了快速發(fā)展，這一時期的無線電遙控設(shè)備也在持續(xù)且迅速地進步。2 路 8 通道模型遙控發(fā)射機和接收機在 20 世紀60 年代前期登場時，立即吸引了無線電愛好者和遙控操作人員的注意力，受到了普遍的歡迎和重視。

這種新型遙控設(shè)備的優(yōu)點在于：首先，2 路 8 通道意味著其發(fā)射機的 8 個遙控信號通道共分成 2 組，可以從每組中各選 1 個通道的信號同時發(fā)出（見圖 7），從而實現(xiàn)更復雜的遙控操縱功能，例如讓遙控飛機在加速的同時實現(xiàn)爬升，或者在右轉(zhuǎn)的同時進行俯沖。此前，單路遙控發(fā)射機的所有動作操縱都只能按先后順序一個接一個地實現(xiàn)，這樣會導致遙控飛機的動作比較刻板僵硬。采用 2 路 8 通道遙控設(shè)備以后，遙控模型飛機的飛行就能更加靈活機動。其次，在 2 路 8 通道模型遙控接收機電路中（見圖 8），不僅使用性能優(yōu)異的微型電子管 95108 實現(xiàn)超再生檢波，還將晶體管 П6Г 和 П6B 應(yīng)用在后續(xù)的電壓放大電路和功率放大電路中。這樣不僅充分降低了遙控接收機的耗電功率，而且還將接收機的體積縮小到以前采用普通小型電子管時望塵莫及的程度。從 2 路 8 通道模型遙控接收機的元器件布置中可以看到：微型電子管的體積和晶體管的體積差異并不大，在接收機的全部電路元器件中，占據(jù)了較大空間的唯一元器件僅有具備 8 根諧振簧片的諧振繼電器（見圖 9）。電子技術(shù)的進步，不僅提高了遙控操作的靈活度，而且減輕了遙控模型飛機的負重，為模型飛機飛得更高、更遠、更靈活提供了有力支持。

20 世紀 60 年代中期的無線電遙控技術(shù)更上一層樓，到 1964 年，發(fā)射機、接收機均采用晶體管實現(xiàn)的無線電遙控設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)在人們的視野中（見圖 10）。在全晶體管遙控設(shè)備中，28~29.7MHz 的高頻信號的發(fā)射和接收，是用 ZK317、ZK308 這些當時國內(nèi)還相當少見的高頻晶體管實現(xiàn)的，如發(fā)射機中采用 1 枚 ZK317 構(gòu)成共基極自感式振蕩電路，接收機中采用 ZK308 實現(xiàn)超再生檢波。發(fā)射機的全部元器件及其電源可以安裝到一個大小為120mm×80mm×60mm 的小盒內(nèi)，總質(zhì)量約 0.6kg，與上一代采用電子管的發(fā)射機相比，在使用便捷度方面有明顯改善。接收機的大小和質(zhì)量更小、更輕，在 4.5V 供電電源外置的情況下，其機盒大小僅有 44mm×32mm×18mm，質(zhì)量約 0.03kg。初出茅廬不久的晶體管技術(shù)在質(zhì)量、體積、耗電量等指標上，很快就取得了電子管技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。不過，當時采用分立元器件實現(xiàn)遙控的模型尚不具備自動穩(wěn)定調(diào)節(jié)航向、航速的功能，遙控人員需要具備相當快的反應(yīng)速度和敏捷的協(xié)調(diào)動作能力。因此，遙控航空、航海模型作為一種對專業(yè)技能有很高要求的運動，被采納為全國運動會的參賽項目（見圖 11）。

從 20 世紀 60 年代中期到 20 世紀 70 年代中后期的十多年，是電子技術(shù)突飛猛進的時期。在這段時間里，中國的晶體管技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到產(chǎn)量充足、質(zhì)量穩(wěn)定的狀態(tài)，技術(shù)人員構(gòu)建出了原理更復雜、功能更強大的電路。在 20 世紀70 年代末，一種全新的，能夠?qū)b控模型實現(xiàn)更精確操縱的遙控方案，已經(jīng)開始出現(xiàn)在人們的視野中，這就是比例控制。采用比例控制方案后，遙控模型上被調(diào)節(jié)的參數(shù)，如舵機的角度、油門的開度等，能夠跟隨遙控操作人員的旋鈕或撥桿動作幅度實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的變化，從而充分降低了遙控操作模型的技能難度。當然，實現(xiàn)比例控制的前提是遙控設(shè)備的內(nèi)部電路方案變得更加復雜。在單通道遙控設(shè)備的發(fā)射機（見圖 12）中，需要增加可變音頻振蕩電路；在接收機中，則需要采用分頻放大形式，將檢波放大后得到的音頻信號拆分成高頻部分和低頻部分，隨后以其中較強的一方作為控制舵機向相應(yīng)方向運動的指揮信號。在多通道比例無線電遙控設(shè)備中，信號的產(chǎn)生和接收更加復雜（見圖 13），在發(fā)射機中需要用多諧振蕩電路和多個延時脈沖發(fā)生電路組成編碼模塊，再用開關(guān)電路將同步脈沖信號和 4 個通道的遙控脈沖信號一起調(diào)制到射頻信號，對外發(fā)射；在接收機中，經(jīng)過各級模擬電路放大和檢波后，再分理出各通道的遙控脈沖信號和同步脈沖信號，在譯碼電路中分理處各通道的遙控指令，發(fā)送到各舵機的控制電路。

20 世紀 80 年代初，中國的電子愛好者已經(jīng)能夠遵循科普文章的指導，使用分立晶體管元器件自制比例控制模式的遙控發(fā)射機（見圖 14）。這套遙控設(shè)備能夠在 1km 的遙控范圍內(nèi)實現(xiàn)比例控制。為了方便使用者確認信號發(fā)送狀態(tài)，在遙控發(fā)射機上還配置了用于顯示發(fā)射信號強度的指示表。受限于當時的元器件配套狀態(tài)，這款遙控發(fā)射機的比例控制操作尚未使用后來為人們所熟知的撥桿，而是采用旋鈕轉(zhuǎn)動電位器的模式。盡管這種操作模式?jīng)]有撥桿方便，但與過去幾十年里只能采用通斷控制模式遙控的狀態(tài)相比，已有明顯進步。安裝在遙控航空模型上的比例遙控接收機將簡單的超再生式電路、音頻電壓放大器、選頻放大器和電子開關(guān)電路結(jié)合在一起，所有晶體管、電阻、電容和電感都安裝在同一塊印制電路板上（見圖 15），晶體管技術(shù)集約化、輕量化的特點一目了然。

與此同時，技術(shù)成熟后的晶體管易于低成本大批量生產(chǎn)的特點，也推動了無線電遙控設(shè)備的進一步普及。采用晶體管制成簡單的單通道發(fā)射機和接收機，再與合適的機電裝置配合，就能制造出一臺類似于遙控小車的手工制作機器人模型（見圖 16），為那時的青少年打開電子科技新世界的大門。改革開放后，越來越多的人從類似于無線電遙控模型這樣的新穎產(chǎn)品中體會到“科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的強大信念，學習掌握電子信息技術(shù)相關(guān)知識并投身于波瀾壯闊的現(xiàn)代化工業(yè)浪潮中，用智慧創(chuàng)造出新的財富。在 20 世紀的最后 10 年里，數(shù)字電路技術(shù)已經(jīng)充分發(fā)展成熟。采用編碼器、譯碼器等數(shù)字集成電路（見圖 17）組成的數(shù)字比例遙控電路展現(xiàn)出比以往模擬電路更強的抗干擾性能、更高的控制調(diào)節(jié)精度和更多的通道數(shù)量。在遙控發(fā)射機中，首先采用數(shù)字編碼器將輸入信號翻譯成以高低電平表示的編碼信號，然后調(diào)制到射頻信號中發(fā)射即可（見圖 18）。數(shù)字比例遙控接收機的電路復雜一些（見圖 19），采用計數(shù)器、觸發(fā)器等輔助邏輯電路與譯碼器結(jié)合，將接收到的信號轉(zhuǎn)化成與控制需求相符的步進電機驅(qū)動指令，使舵機等設(shè)備按照需求運轉(zhuǎn)。

20 世紀 90 年代中期，改革開放為更多民眾帶來了更加豐富的物質(zhì)生活，遙控飛機、船舶、車輛模型作為啟發(fā)智力的科技玩具，也越來越多地出現(xiàn)在青少年身邊。此時的無線電遙控發(fā)射機在數(shù)字遙控指令生成和模擬射頻信號發(fā)送的整體技術(shù)方案上已經(jīng)相當成熟可靠（見圖 20），同時也采用了方便易用的操縱撥桿，使遙控操作人員能夠便捷地控制模型的運動狀態(tài)。

圖 20 20 世紀 90 年代中期的航模遙控發(fā)射機電路，體現(xiàn)出數(shù)字集成電路與分立式晶體管模擬電路結(jié)合后的狀態(tài)（原載于《無線電》1996 年第 9 期）

對于一般的遙控模型操作人員而言，數(shù)字電子技術(shù)的進步，不僅提升了以往采用模擬電子技術(shù)時的遙控性能指標，而且增加了以前未曾有過的全新體驗。在微型處理器和相應(yīng)傳感器、信號處理電路相結(jié)合的基礎(chǔ)上，遙控模型的運行能夠具備自動反饋調(diào)節(jié)功能：用戶只需要將初始的航向、速度等參數(shù)調(diào)節(jié)好，遙控模型就能在后續(xù)運行過程中自動保持這樣的狀態(tài)。20 世紀 90年代后期出現(xiàn)的自動循跡遙控車（見圖 21），就是遙控模型具備自動遵循運動軌跡的典型實例。這款遙控小車采用 2 對光電管和小燈泡作為控制前進方向的傳感器，能夠在深色地面上追隨白色軌跡線的導向?qū)崿F(xiàn)循跡行駛。采用當時已充分成熟且成本低廉的數(shù)字電路遙控發(fā)射機和接收機，就能以更高的指令優(yōu)先級控制這款小車執(zhí)行前進后退或左右轉(zhuǎn)彎的動作。在此后的 20 多年里，能夠被遙控的自動循跡小車一直都是電子科普制作領(lǐng)域的明星，因為它以最直觀的方式展現(xiàn)出負反饋電路對于保持系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的效果。

時光荏苒，在 21 世紀的前 20 年里，中國已經(jīng)一躍成為世界第一工業(yè)大國，并向世界第一工業(yè)強國穩(wěn)步邁進。在電子元器件全產(chǎn)業(yè)鏈的強力支持下，中國科技企業(yè)已經(jīng)能夠站在電子消費產(chǎn)品的時代潮流前沿陣地上，以全新的無線電遙控產(chǎn)品讓人民的日常生活更豐富精彩。遙控航拍多旋翼飛行器（見圖 22）就是這類產(chǎn)品的典型代表。采用基于微處理器的飛行控制系統(tǒng)，只需進行簡單操作，就能自動實現(xiàn)起飛和降落、固定高度和方位懸停、以特定軌跡和航速飛行、主動探測避障等飛行動作或功能。在自動飛行控制系統(tǒng)出現(xiàn)以前，這些操作往往都需要操作人員投入大量精力進行學習和訓練，像主動探測避障這樣的功能更無從實現(xiàn)。以現(xiàn)代電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)，在一塊集成電路上集成了億萬個晶體管后，依靠高度智能化的微型芯片和傳感器讓普通人也能得心應(yīng)手地實現(xiàn)遙控飛行航拍——超越以往想象的新一代科技產(chǎn)品，將更加壯闊絢麗的時代風景一覽無余地展現(xiàn)在人民大眾眼前。

在中國共產(chǎn)黨高瞻遠矚的領(lǐng)導下，中國電子產(chǎn)業(yè)的技術(shù)設(shè)計人員和生產(chǎn)人員開拓進取、勤勞奮斗，在電子管、晶體管、集成電路這 3 段技術(shù)時期，在音頻產(chǎn)品、影像產(chǎn)品、遙控產(chǎn)品等領(lǐng)域都先后取得了卓越的成就，為全國各族人民提供了追求幸福美好生活的豐富物質(zhì)基礎(chǔ)。在這 3/4 世紀的歲月里，誕生過許許多多讓一代又一代人念念不忘的著名品牌，出現(xiàn)過各式各樣令一代又一代人歷歷在目的電子產(chǎn)品。很多出生在 20 世紀 50 年代至 20 世紀 70 年代的老一輩都對家里第一臺收音機或電視機帶來的欣喜記憶猶新，很多出生在世紀之交前后 10 年的新一代，也都感受過遙控航拍飛行器給日常出游和遠程旅行帶來的自由體驗。

中國電子產(chǎn)業(yè)在這 75 年以來的發(fā)展，只是中華民族走向偉大復興這一波瀾壯闊的歷史進程的部分縮影。在未來的歲月里，以中國人民的智慧和勤勞為基礎(chǔ)，中華民族偉大復興的宏偉目標，必將最終實現(xiàn)；以中國人民開拓進取的奮斗精神為依托，更幸福、更美好、更豐富多彩的科技生活，必將成為現(xiàn)實。