100 kW PSM 短波广播发射机栅极故障分析

2012-07-03王冰

山西电子技术 2012年2期

王冰

(国家广播电影电视总局641 台，福建泉州 362000)

WS-100Ⅱ型短波广播发射机是航天部23所生产的机型，该机应用了20 世纪90 年代用于电子管调幅发射机的PSM 调制技术，具有效率高，切换频率方便快捷，工作稳定，可靠，控制保护电路合理齐全等特点，因此，在无线局各台站广泛使用。该机型使用了两级电子管进行功率放大，高前极使用的电子管型号为RS1072C，工作在乙类强过压状态，高末极使用的是型号为RS2054SK的采用超蒸冷的真空电子管，工作在丙类弱过压工作状态。其在输出功率为100 kW情况下各极额定电压、电流分别为:Ea=11 kV;Ia=10.5 A;Ug2=900 V;Ig2=1.2 A;Ug1=－250 V;Ig1=1.0 A。

1 故障现象

在进行同频段倒频，M3 归位，手动预置频率后，切到自动调谐(还未进行调谐)时，显07#故障，掉灯丝，重新预热，使用灯丝快启，重加正常。

加高压后，细调相对较慢，在细调起始阶段(Ig1=0.2 A，Ig2=0.2 ～0.3 A，IA=5 A，UA=10.7 kV)，高前各级电压、电流表指示值正常，高末栅流、帘栅流正常，高末阳流5 ～6 A(正常值为3 ～3.5 A)偏大，掉灯丝，显07#故障，重新预热，使用灯丝快启，重加正常。

2 故障的查找与处理

(1)根据07#故障对水路进行检修，并清洗发射机水路管道过滤器，故障依旧;更换靶式流量计，并对其弹簧进行适当调整，将水压上限调整在0.24 MPa，故障依旧。

(2)查看07#故障检测回路，既G6 板，未见异常。

(3)经多次观察故障现象，发现故障总是发生在加高压或进行同频段换频，开始要进行末极调谐的时候，而此时高前各极电压、电流均正常，高末栅偏压为－200 V 左右(正常值为－250 V)偏小，末极阳流偏大1 ～2 A，其余正常。

(4)检测高末栅极回路各元件，T501、V503、C503、R503等，发现C503 漏电较差，给予更换。更换后栅极电压上升到－260 V，分别在15M、11M 进行同频段倒频，故障未再出现。

3 故障分析

首先，我们对07#故障进行分析。07#故障是水流量不足的故障，通常出现该故障有两种情况:一是水路中水流不足，如水路堵塞造成局部水流不足或循环水路中有地方出现漏水造成水路整体水量不足。二是检测回路本身器件故障造成的误显示。因此，我们先对这两种情况进行了排查，排除了这两种故障的可能性。

其次，通过对故障现象的进一步观察，发现帘栅压绝对值偏小，屏流偏大，证实此故障显示的确是冷却系统问题，但究其实质是因为高末极栅偏压升高，致使电子管过屏耗而使保护系统起保护作用。那么，我们现在就分析一下，造成管子过屏耗的主要原因。

3.1 从电子管的栅极电压变化对高频放大器的影响来分析

电子管工作时在它的阴极附近将产生两个电场:一个是屏极所产生的吸引电子的正电场，另一个是栅极所产生的排斥电子的负电场。因此电子管的屏流Ia的大小，不仅与屏压Ua 有关，并且也与栅压Ug 有关。

设屏压Ua 固定不变，如果栅极电压愈负，则对电子的排斥力愈大，屏流Ia 愈小。反过来如果把栅极负电压减小，则栅极对电子的排斥力将减少，Ia 也随之增加。从这个现象我们可以看出，在栅极上加入不同大小的电压，就能控制由阴极流向屏极去的电子数量，也就是说栅极有控制屏流Ia 大小的作用。同时十分重要的是，由于栅极距离阴极比屏极距离阴极近，所以栅极控制电子的能力要比屏极大得多，即栅压Ug 有少量的变化，就能引起屏流Ia 发生较大的变化，这就是电子管具有放大作用的根本原因。因此，栅极电压少量的变化就能引起屏极电流较大的变化。

发射管的静态特性曲线是表示当阴极温度不变时，管子本身各电极的电流和电压的关系曲线。图1是以板压Ua(或栅压Ug)为横坐标，以栅压Ug(或板压Ua)为纵坐标，分别以板流Ia、栅流Ig和帘栅流Ig2为参变量所作的特性曲线。每一条曲线各代表一个恒定的Ia值、Ig1值和Ig2值。

由图1 可以明显的看出，当栅偏压升到－200 V，屏压为11 kV 左右时，屏流大约为5 A，而此时，发射机处于调谐的初始阶段，射频激励信号还未加上，也就是说相当于处于静态情况下，与发射机故障时产生的现象(既各表值)相符。由于没有加激励信号，屏极的电流、电压完全是电子管的屏耗。又由于使用的是超蒸发冷却的电子管，屏极产生的大量热能，使冷却电子管的水变成蒸汽，造成出水流量的减少，产生07#故障。

图1 四极管特性曲线

3.2 从功率放大器的工作状态来分析

从功率放大器的工作状态来看(如图2所示)，当栅偏压的绝对值减小时，放大器的静态工作点上移，交流负载线向上平移。在图中可以清楚地看出，管子的屏极损耗功率易超过最大容许屏极损耗功率。

图2 功率放大器的三种工作状态

综上所述，栅偏压绝对值的减小会引起电子管屏极电流的增大，特别是在发射机调谐的起始阶段，较小的栅极电压的变化能引起屏流的较大变化。因此，栅偏压的减小，使发射机开始调谐时，屏极损耗过大，又由于我们使用的是采用蒸发冷却的真空电子管，屏极损耗过大，引起电子管的过热，使冷却水路的水变成蒸汽，造成水路水流量不足，产生07#故障。

最后，通过故障现象我们不难发现，该故障在每次同频段倒频时都出现，在加高压时有时出现，有时不出现。这又是为什么呢，现在我们就此进行分析。

下面我们就分析激励电压振幅Ug的变化对工作状态将产生怎样的影响。

图3为Ug 变化对工作状态影响的三组曲线:

图3 放大器随栅极电压变化曲线

当Ug 很小时，电子管不导通，因此它的Ia1、Iao 之值为零。当Ug 增加到一定值后板极上出现电流脉冲，但由于通角θ 很小，所以脉冲幅度也很小。故Ia1、Iao的数值也很小。随着Ug的继续增加，板流通角θ和板流脉冲高度Im 都以较快的速度增大，所以Ia1、Iao 随着Ug 增大而增大，且近似线性增加，一直增加到临界状态。进入临界状态后，栅流通角θg 及栅流脉冲Igm 随着Ug的增加而增加，使放大器进入过压状态。此后Igo、Ig1 增加的速度加快，于是板流脉冲顶部由于过压而开始凹陷，其通角θ 随Ug的增大并不明显地变化，所以放大器的Iao、Ia1 也不再随Ug的增加而增加。

由上图可知，在调谐的初始阶段，栅压对屏流影响很大。在同频段倒频时，栅压，帘栅压降为零，然后自动调谐就容易发生上述故障。在加高压时，当发射机记忆的初始状态与调谐点很接近时，发射机很快地调谐到谐点，进入过压区，屏流受栅压变化的影响很小，就可避免故障现象的出现;而记忆的初始状态与调谐点相差较大时，也会出现故障现象。这也就说明了该故障为什么在每次同频段倒频时都出现，而在加高压时有时出现，有时不出现。