楊根林 顏 平

1.青海省廣播電視局566臺(tái) 青海省 西寧市 810003

2.青海省廣播電視局560臺(tái) 青海省 西寧市 810000

電子管是大功率短波發(fā)射機(jī)射頻部分的主要元器件，據(jù)統(tǒng)計(jì)造成高末級(jí)電子管損壞的主要原因有，陰極發(fā)射電子的能力衰減、設(shè)備三大指標(biāo)差、機(jī)器過(guò)荷電子管碰極等，其中大部分都是因?yàn)槿粘５臋z修維護(hù)工作不到位造成的，為有效延長(zhǎng)電子管的工作壽命，需熟練掌握維護(hù)技能與故障分析手段，提高檢修維護(hù)工作的質(zhì)量。

1 射頻系統(tǒng)工作原理

對(duì)電子管的維護(hù)，首先要掌握發(fā)射機(jī)的射頻系統(tǒng)工作原理，才能提高檢修維護(hù)工作的質(zhì)量。短波發(fā)射機(jī)的射頻部分主要由頻綜、寬放、推動(dòng)級(jí)、高末級(jí)四個(gè)部分組成。頻綜輸出的射頻信號(hào)通過(guò)300W全固態(tài)寬帶放大器組件進(jìn)行放大后送至推動(dòng)級(jí)電子管4CX3000A的陰極，該電子管的推動(dòng)級(jí)使用柵地電路，陽(yáng)極輸出激勵(lì)信號(hào)至高末級(jí)電子管4CV100000的柵極，高末級(jí)電子管的陽(yáng)極輸出射頻信號(hào)首先被送至π網(wǎng)絡(luò)和T網(wǎng)絡(luò)完成阻抗匹配，之后通過(guò)在射頻輸出端安裝超高頻濾波器、定向耦合器進(jìn)行雜波濾除和功率取樣，最后由平衡轉(zhuǎn)換器將輸出信號(hào)從75Ω非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為300Ω平衡信號(hào)并將其接到饋線上。

2 直熱式電子管的主要工作原理

電子管的燈絲在燈絲電壓的作用下被加熱，這時(shí)陰極會(huì)向陽(yáng)極發(fā)射電子。陰極和陽(yáng)極之間的電子流動(dòng)情況，決定著電子管的工作效果。當(dāng)陰極發(fā)射電子的能力逐漸衰減時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電子管的工作效果逐漸降低。這是因?yàn)殡娮庸軆?nèi)部的碳化二鎢層會(huì)提高碳化釷鎢燈絲陰極發(fā)射電子的能力，如果碳化二鎢層被損耗，也就代表著電子管的陰極電子發(fā)射能力降低。在電子管的使用中，碳化二鎢層往往會(huì)隨著燈絲工作時(shí)間的增加而被逐漸消耗，燈絲的加熱功率決定了它消耗的速度，當(dāng)加熱功率提高導(dǎo)致燈絲溫度增加時(shí)，會(huì)使碳化二鎢層的消耗加快。所以在日常的檢修維護(hù)中，需要檢修人員根據(jù)發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)對(duì)燈絲的加熱功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 燈絲電壓的日常維護(hù)

參照高末級(jí)使用的電子管規(guī)格書標(biāo)示的參數(shù)，該型管額定的燈絲電壓為10V，額定燈絲電流為300A，但在實(shí)際使用中，因?yàn)樨?fù)載的變化，外電的波動(dòng)等原因，需要對(duì)燈絲電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到減緩碳化二鎢層的損耗的目的。根據(jù)發(fā)射機(jī)工作情況，可以通過(guò)燈絲穩(wěn)壓電源或燈絲變壓器對(duì)燈絲電壓進(jìn)行調(diào)整。

3.1 根據(jù)發(fā)射機(jī)指標(biāo)調(diào)整燈絲電壓

高末級(jí)的燈絲變壓器主要作用是，將燈絲穩(wěn)壓電源送來(lái)的交流高壓電轉(zhuǎn)換為電子管燈絲工作需要的交流低壓電。首先通過(guò)對(duì)其初級(jí)繞組的抽頭位置進(jìn)行調(diào)整，將高末級(jí)的燈絲電壓調(diào)節(jié)至9.5V。調(diào)整完成后發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)，在高功率模式下，檢查高末部位的陽(yáng)極工作電壓、陽(yáng)極工作電流以及設(shè)備的功率輸出值，觀察發(fā)射機(jī)功率指針是否到位；再進(jìn)一步測(cè)量短波發(fā)射機(jī)的三大指標(biāo)，若優(yōu)于日常測(cè)試的結(jié)果或是達(dá)到丙級(jí)以上的指標(biāo)，說(shuō)明調(diào)試完成，電子管能正常工作。當(dāng)測(cè)量的結(jié)果不佳，功率不到位，可以繼續(xù)改變燈絲變壓器的初級(jí)繞組抽頭位置，使燈絲電壓向10V靠近。調(diào)整后再次測(cè)量短波發(fā)射機(jī)的指標(biāo)和輸出功率，直至達(dá)標(biāo)。注意不要讓燈絲電壓超過(guò)10V，最高不能超過(guò)10.5V。

2.2 定期調(diào)整燈絲電壓

隨著電子管工作時(shí)間的增加，碳化二鎢層逐漸消耗，燈絲的電阻值會(huì)逐漸降低。在發(fā)射機(jī)的日常使用中，當(dāng)電子管安裝調(diào)試完成后，燈絲電壓一般不做調(diào)整。但隨著電子管工作時(shí)長(zhǎng)的增加，燈絲電阻值降低，導(dǎo)致燈絲的加熱功率變大，會(huì)造成陰極的溫度升高，加速碳化二鎢層的消耗，導(dǎo)致電子管的工作壽命衰減。

所以在日常的檢修維護(hù)中，需要定期對(duì)燈絲電壓進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)發(fā)射機(jī)的電子管燈絲電流進(jìn)行長(zhǎng)期的觀察記錄，當(dāng)燈絲電流比初始值增幅3%時(shí)，就需要通過(guò)燈絲穩(wěn)壓電源或燈絲變壓器調(diào)整燈絲的加熱功率。需要注意的是，加熱功率不宜過(guò)低，最好維持在2900～3090W之間。

4 電子管散熱系統(tǒng)的日常維護(hù)

大功率短波發(fā)射機(jī)的高末級(jí)工作時(shí)發(fā)熱較大，提高散熱系統(tǒng)的工作效率和工作效果，也能有效提高電子管的工作壽命。50kW短波發(fā)射機(jī)的高末電子管主要使用兩種冷卻方式：因?yàn)殡娮庸茉诠ぷ鲿r(shí)，熱量主要集中在陽(yáng)極上，所以陽(yáng)極使用冷卻能力較強(qiáng)的水冷超蒸發(fā)冷卻；陰極產(chǎn)生的熱量主要依靠陽(yáng)極的冷卻來(lái)進(jìn)行散熱，所以在陰極的冷卻使用強(qiáng)制風(fēng)冷，通過(guò)電子管的芯柱、外殼和電子管管座的風(fēng)冷將剩余的熱量帶走。

4.1 水參數(shù)的維護(hù)

高末級(jí)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量主要是被水冷系統(tǒng)消耗，所以對(duì)水冷系統(tǒng)散熱能力要求較高。水冷系統(tǒng)中水質(zhì)和水溫是關(guān)鍵性參數(shù)。

4.1.1 水質(zhì)的要求

水箱中加注蒸餾水，因?yàn)檎麴s水的水阻高，使用時(shí)水阻必須維持在1MΩ/cm3。在日常使用和維護(hù)中，定期觀察水阻，水阻降低時(shí)，更換軟水瓶?jī)?nèi)的樹(shù)脂。

4.1.2 水溫的要求

水冷系統(tǒng)中的水溫要維持在20～60℃范圍內(nèi)，進(jìn)水與出水的溫差要在10℃以內(nèi)。在日常使用和維護(hù)中，定期檢查水溫傳感器，記錄水溫；檢查冷卻水溫度升高時(shí)，是否會(huì)切斷燈絲供電；檢查冷凝器風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；清洗冷熱交換器翅片內(nèi)塵土，保證散熱效果。

4.1.3 流量的要求

水冷系統(tǒng)的管路中，水流量為200L/min，可以通過(guò)水箱出水位置的水位表進(jìn)行檢查，水位必須位于水位表量程的1/5以上。在日常使用和檢修中，對(duì)水路定期進(jìn)行檢查，特別是負(fù)責(zé)對(duì)輸出網(wǎng)絡(luò)、蒸發(fā)鍋的水冷管路進(jìn)行水路分流的分流器，如果水流不暢，就會(huì)影響上述位置的冷卻效果。

4.1.4 流速的要求

當(dāng)陽(yáng)極散熱管路間隙不變時(shí)，水量是由水流速度決定的。在日常使用和維護(hù)中，要維持水路管道內(nèi)壁的光滑，為降低水錘效應(yīng)，在管路中要盡量避免使用90°彎頭。

4.1.5 水壓的要求

只有提高水的沸點(diǎn)，負(fù)責(zé)冷卻陽(yáng)極表面的水才不會(huì)沸騰。因此需要提高水的壓力，隨著壓力的上升，水的沸點(diǎn)也會(huì)逐步提高，當(dāng)水壓在2.0～2.5kg/cm2范圍之間，蒸餾水的沸點(diǎn)會(huì)提高至138℃，水冷系統(tǒng)就能起到有效的冷卻作用。在日常使用和維護(hù)中，需保證循環(huán)水泵工作正常，葉輪片正常，水壓表指示正常。

4.2 風(fēng)參數(shù)的維護(hù)

因?yàn)槔鋮s風(fēng)直接吹向管座，如果風(fēng)中含有雜質(zhì)或濕氣，會(huì)對(duì)高末級(jí)工作造成影響，甚至損壞發(fā)射機(jī)。因此要求風(fēng)質(zhì)、風(fēng)量、風(fēng)速一定達(dá)標(biāo)。在日常使用和維護(hù)中，要定期抄表、測(cè)量，比照發(fā)射機(jī)額定的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.1 風(fēng)質(zhì)的要求

風(fēng)中無(wú)雜質(zhì)，保持干燥的送風(fēng)環(huán)境或使用除濕機(jī)。在日常使用和維護(hù)中，需要經(jīng)常對(duì)送風(fēng)管進(jìn)行除塵，保證送風(fēng)質(zhì)量。

4.2.2 風(fēng)量的要求

電子管的芯柱旁側(cè)的最低風(fēng)量要求為3.5m3/min，位于芯柱底部，中心孔的最低風(fēng)量要求為0.1m3/min，在日常使用和維護(hù)中，需要定期對(duì)設(shè)備內(nèi)部各個(gè)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口位置處風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，檢查每一個(gè)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，對(duì)參數(shù)不佳的風(fēng)機(jī)進(jìn)行及時(shí)處理。

4.2.3 風(fēng)速的要求

當(dāng)提高風(fēng)速時(shí)，風(fēng)量必然增大。在日常使用和維護(hù)中，電子管所處的管座部分，要保證風(fēng)路順暢，各接口嚴(yán)密，負(fù)責(zé)管座冷卻的風(fēng)冷管通風(fēng)良好。

4.2.4 風(fēng)壓的要求

減少風(fēng)道的長(zhǎng)度、避免使用彎頭、送風(fēng)管內(nèi)光滑風(fēng)阻小。在日常使用和維護(hù)中，為維持進(jìn)風(fēng)量，需要定期清洗濾網(wǎng)，定期對(duì)送風(fēng)管的密封情況進(jìn)行檢查，避免跑風(fēng)漏氣等情況的發(fā)生；對(duì)送風(fēng)管內(nèi)壁的灰塵進(jìn)行清灰，保持暢通；測(cè)試風(fēng)接點(diǎn)電路工作正常，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能立刻關(guān)閉燈絲的供電。

5 發(fā)射機(jī)射頻故障分析與處理

5.1 加高壓后，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出

故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)工作中，陽(yáng)流在18A左右，高末級(jí)無(wú)屏壓和簾柵壓，發(fā)射機(jī)無(wú)輸出功率，高末陰極電流的持續(xù)過(guò)荷，致使發(fā)射機(jī)掉高壓。

故障分析：當(dāng)短波發(fā)射機(jī)未開(kāi)高壓工作時(shí)，高末級(jí)柵極偏壓在58V左右，同時(shí)高末級(jí)柵流表反偏；經(jīng)檢查偏壓電源無(wú)故障，判斷可能是電子管柵陰極之間存在碰極現(xiàn)象。如圖1射頻電路圖所示：高末電子管柵陰碰極后，柵陰間電阻很小，偏壓由柵流表→R6→陰極→R18→R19→R23最后到偏壓電源形成電流，這個(gè)電流的方向與發(fā)射機(jī)加激勵(lì)后形成的柵極電流方向相反；有激勵(lì)時(shí)柵極電流的方向是由柵極到陰極再到偏壓電源的正極，所以致使柵流表反打。此反向電流在R19、R23等處產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致柵極的有效偏壓減小。

圖1 射頻電路圖

由圖1分析可知，柵陰碰極后，高前級(jí)送來(lái)的高頻激勵(lì)信號(hào)被短路，由于柵極自生偏壓電阻與-400V偏壓電源負(fù)載的影響，使偏壓由-400V拉高至-250V。柵流表上取樣的電流反方向流過(guò)，導(dǎo)致高末級(jí)柵流表反打。同時(shí)又因?yàn)楦哳l激勵(lì)信號(hào)被短路，使柵流傳感器不動(dòng)作，故加高壓后，控制板輸出封鎖信號(hào)，這時(shí)高末級(jí)陽(yáng)壓、簾柵壓為零，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出。

故障處理：關(guān)閉發(fā)射機(jī)，等待高末級(jí)冷卻后，將電子管從管座中取出，使用搖表測(cè)量柵極與陰極之間的絕緣性能，發(fā)現(xiàn)絕緣度較低，存在短路現(xiàn)象。更換相同型號(hào)的高末級(jí)電子管后，故障消除，發(fā)射機(jī)工作正常。

5.2 發(fā)射機(jī)檢修后，試機(jī)時(shí)功率無(wú)法上升

故障分析與處理：功率無(wú)法升至50kW，檢查電子管和功率模塊一切正常，逐一排除故障原因。

高末級(jí)的陽(yáng)壓低，導(dǎo)致高末級(jí)輸出不夠，最直接的原因是功率模塊損壞，經(jīng)檢查發(fā)射機(jī)的48個(gè)功率模塊正常，陽(yáng)壓正常，排除第一種情況。

發(fā)射機(jī)的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)存在失諧的情況，一般可以通過(guò)觀察高末級(jí)的陽(yáng)極電壓、電流來(lái)進(jìn)行判斷，若高末級(jí)的陽(yáng)極電壓、電流都在正常的數(shù)值上，則說(shuō)明調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)失諧，經(jīng)檢查發(fā)射機(jī)陽(yáng)壓正常，陽(yáng)流較低，排除第二種情況。

電子管負(fù)載失配，會(huì)導(dǎo)致高末級(jí)的簾柵流高于正常數(shù)值，但陽(yáng)流低于正常數(shù)值，觀察發(fā)射機(jī)陽(yáng)流較低，但簾柵流也較低，不符合這種情況。

激勵(lì)信號(hào)較低，當(dāng)激勵(lì)低時(shí)，發(fā)射機(jī)的簾柵流也會(huì)降低，致使電子管工作效果不佳。檢查發(fā)射機(jī)高末級(jí)的簾柵流確實(shí)低于正常值（1A），通過(guò)增大頻綜的輸出，使簾柵流恢復(fù)到正常水平后，發(fā)射機(jī)功率恢復(fù)正常。事后通過(guò)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)檢修人員在檢修過(guò)程中使用抹布對(duì)頻綜的面板進(jìn)行清潔，碰到了激勵(lì)調(diào)節(jié)旋鈕，導(dǎo)致頻綜輸出降低。為避免這類問(wèn)題的再次發(fā)生，應(yīng)為頻綜的激勵(lì)調(diào)節(jié)旋鈕安裝保護(hù)蓋。

5.3 發(fā)射機(jī)高末級(jí)無(wú)偏壓

故障分析與處理：通過(guò)對(duì)照發(fā)射機(jī)系統(tǒng)電源原理圖，V1的偏壓由低壓電源組合PW2提供，V2的偏壓由電源組合PW3提供，交流接觸器K105對(duì)兩個(gè)模塊的供電進(jìn)行控制，具體電路如圖2偏壓供電示意圖所示。

圖2 偏壓供電示意圖

通過(guò)測(cè)量電源組合PW3的偏壓輸出端X311-8（-）和X311-9（+）發(fā)現(xiàn)無(wú)輸出電壓，測(cè)量電源組合PW3的偏壓輸入端X310-1和X310-2也沒(méi)有輸入電壓，但測(cè)量低壓電源組合PW2的X201-20偏壓輸出正常。懷疑是交流接觸器K105損壞，斷開(kāi)發(fā)射機(jī)的所有供電后，給K105的線包一個(gè)控制電壓后，測(cè)量其1腳和2腳未閉合，說(shuō)明K105損壞，更換后，偏壓供電恢復(fù)正常。

5.4 發(fā)射機(jī)信噪比不達(dá)標(biāo)

故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)信噪比指標(biāo)較差，播出聲音中有明顯的交流聲，檢查各部位均顯示正常。

故障分析與處理：在實(shí)際的使用中，有四個(gè)方面可能會(huì)影響發(fā)射機(jī)信噪比指標(biāo)。

5.4.1 發(fā)射機(jī)高末級(jí)電子管的工作狀態(tài)

在一般情況下，加大柵極的激勵(lì)電平，可以對(duì)信噪比有一個(gè)直觀的影響，這個(gè)激勵(lì)電平不能超過(guò)電子管規(guī)格手冊(cè)中標(biāo)注的柵極額定電壓。

5.4.2 發(fā)射機(jī)音頻處理電路中的抖動(dòng)電路

通過(guò)發(fā)射機(jī)音頻處理電路中的抖動(dòng)電路得到一個(gè)三角波，這個(gè)三角波的幅度對(duì)信噪比也有明顯的影響，一般維護(hù)時(shí)，調(diào)整幅度為2.7V即可。

5.4.3 更換損壞的功能模塊

發(fā)射機(jī)的功率模塊，當(dāng)出現(xiàn)模塊故障時(shí)，使用示波器觀測(cè)載波信號(hào)，可以觀察到明顯的噪聲信號(hào)，這個(gè)噪聲在50Hz，幅度為20V，通過(guò)更換損壞的功率模塊就能消除這個(gè)噪聲。

5.4.4 整流濾波電路產(chǎn)生的電源波紋

雖然發(fā)射機(jī)有整流濾波電路，但其輸出的直流電中仍然含有一定的波紋，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)波紋的幅度不高，如果幅度較大時(shí)，說(shuō)明整流濾波電路中的濾波元件工作性能下降或者失效。這種情況下發(fā)射機(jī)播出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交流聲。

根據(jù)以上原因?qū)Ρ?，推斷發(fā)射機(jī)的濾波電路存在問(wèn)題，使用電容表測(cè)量各個(gè)濾波電路的電容，發(fā)現(xiàn)高末級(jí)的電子管柵極電源濾波電容性能下降，更換同規(guī)格電容后，再次測(cè)試指標(biāo)，信噪比達(dá)標(biāo)。