淺談大、中型電子管燈絲饋電應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

孫英男

摘 要：本文通過(guò)對(duì)大、中型電子管陰極燈絲特性的分析，介紹了電子管燈絲饋電時(shí)應(yīng)注意的限流、穩(wěn)壓?jiǎn)栴}以及有效消除燈絲電源交流噪聲的方法原理，對(duì)于穩(wěn)定電子管工作狀態(tài)，延長(zhǎng)電子管子的使用壽命，在實(shí)際中正確使用和科學(xué)維護(hù)電子管的方法上都有很好的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電子管 陰極燈絲 限流 穩(wěn)壓 平衡法

中圖分類號(hào)：TM24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0156-02

大、中型真空電子管是大功率高頻功率放大器系統(tǒng)中的核心放大元器件，造價(jià)昂貴，其使用壽命主要取決于陰極燈絲的壽命。大功率發(fā)射管輸出功率大，板壓高、板流大，因此陰極燈絲工作時(shí)的發(fā)射電流就很大（有的會(huì)達(dá)上千安培），而在燈絲電源啟動(dòng)時(shí)，燈絲上就會(huì)急劇產(chǎn)生很大的沖擊電流而損壞燈絲，從而損毀電子管。同時(shí)電子管工作時(shí)燈絲電壓要求穩(wěn)定在額定值，燈絲電壓過(guò)高或過(guò)低，對(duì)功率放大器的穩(wěn)定工作和電子管的使用壽命都是不利的。因此大、中型真空電子管燈絲對(duì)供電電路的要求：燈絲電壓?jiǎn)?dòng)必須采用限流啟動(dòng)電路，工作期間電子管燈絲需要穩(wěn)壓。另外對(duì)于大多采用交流燈絲電源的電子管，其交流噪聲特別嚴(yán)重，也必須采取有效的抑制措施。

1 限流啟動(dòng)電路

發(fā)射電子管的陰極燈絲電流一般是幾百安培，甚至上千安培，而燈絲冷、熱狀態(tài)下的電阻相差十幾倍，即冷態(tài)比熱態(tài)時(shí)的電阻小10～13倍，如果瞬間將額定電壓加到冷的電子管燈絲上，將會(huì)在燈絲上急劇產(chǎn)生10～13倍的沖擊電流，瞬間的沖擊電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，陰極燈絲會(huì)在強(qiáng)大電磁張力和機(jī)械應(yīng)力作用下遭到破壞，甚至燈絲引線也因迅速發(fā)熱而造成陰極饋電線路的損壞。根據(jù)電子管廠家提供的參數(shù)，啟動(dòng)電流應(yīng)不超過(guò)額定值的150%。因此，大、中型真空電子管的燈絲供電必須采取特殊的限流啟動(dòng)供電電路，以保證啟動(dòng)電流不應(yīng)超過(guò)額定值的150%。隨著制造工藝的提高，新式大中型真空電子管燈絲的材料和結(jié)構(gòu)都有了較大的改進(jìn)，雖有效的降低了電磁力的影響。但同時(shí)還可以在電子管燈絲供電電路上采用分段式或磁飽和式變壓器啟動(dòng)燈絲電壓，從而達(dá)到限流的目的。

1.1 分段式啟動(dòng)燈絲電壓

為了有效的限制燈絲電壓?jiǎn)?dòng)電流，可以采用分段式加燈絲電壓，其原理如圖1所示，開(kāi)啟燈絲電壓時(shí)，K1先合閘，供電電流通過(guò)降壓電阻，使燈絲變壓器輸出電壓降低，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后，K2閉合，降壓電阻R被短路，燈絲變壓器得到全部電壓。應(yīng)該注意的是第一段限壓過(guò)程只能作為短暫的過(guò)渡過(guò)程使用，不能長(zhǎng)時(shí)間使用，否則降壓電阻回因過(guò)熱而燒壞。

1.2 磁飽和式變壓器

另一種方法是可以采用磁飽和式變壓器如圖2所示，限流啟動(dòng)燈絲磁飽和變壓器的鐵芯，在初、次級(jí)之間設(shè)一個(gè)帶有空氣隙的磁分路，加電以后，次級(jí)電流產(chǎn)生一個(gè)反磁電動(dòng)勢(shì)，與初級(jí)磁電動(dòng)勢(shì)想抵抗，迫使其由分磁路返回，而且次級(jí)電流越大，此路分流越多，這樣就有效的抑制了次級(jí)電流的增長(zhǎng)。

調(diào)整分磁路空氣隙的大小或分磁鐵芯界面，可以調(diào)整啟動(dòng)電流。分磁路磁阻過(guò)小，會(huì)造成次級(jí)電壓過(guò)低，反之，會(huì)使限流作用減弱。通常會(huì)使啟動(dòng)電流保持在額定值的150%以內(nèi)。

2 調(diào)壓穩(wěn)壓器

電子管工作時(shí)燈絲電壓要求穩(wěn)定在額定值，一般允許燈絲電壓變化范圍為5%，如果能把變化范圍控制在1%使用，則對(duì)延長(zhǎng)電子管的壽命非常有利的。對(duì)于不同類型的陰極，其燈絲電壓變化范圍也不盡相同。如氧化物陰極，一般直熱式的陰極燈絲電壓，允許變動(dòng)5%，間熱式的允許變動(dòng)10%。而鎢絲管的燈絲電壓增高使燈絲電流增大，燈絲過(guò)度加熱會(huì)引起燈絲強(qiáng)烈蒸發(fā)，使燈絲變細(xì)。由于燈絲各個(gè)部位變細(xì)的程度不同，較細(xì)的部位電阻大，發(fā)熱量大，從而使這一部分很快的燒壞。反之，燈絲電壓過(guò)低，電子發(fā)射不足，陰極會(huì)受到氣體離子的轟擊而損壞。理論分析得出，鎢絲管燈絲電壓降低7.5%放射電流降為50%，管子的壽命提高為原來(lái)的3倍。而燈絲電壓提高6%，壽命為原來(lái)的50%。因此，在不影響輸出功率和技術(shù)指標(biāo)的情況下，盡量降低絲壓使用，可以延長(zhǎng)電子管的使用壽命。

以上說(shuō)明，在選定使用的真空電子管之后，一定按照額定燈絲電壓供電，尤其是要保證其電壓的穩(wěn)定，否則將會(huì)引起燈絲電流的起伏，從而造成電子管功率放大器工作狀態(tài)、運(yùn)行指標(biāo)的改變，更會(huì)影響電子管的使用壽命。在工程實(shí)際中，為了精準(zhǔn)、有效的控制燈絲電壓供電，通常使用調(diào)壓穩(wěn)壓器。

調(diào)壓穩(wěn)壓器由調(diào)壓器和調(diào)壓控制器組成，其原理結(jié)構(gòu)如圖3，調(diào)壓器和調(diào)壓控制器組成閉環(huán)控制的交流穩(wěn)壓系統(tǒng)，調(diào)壓器為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)電源電壓或負(fù)載電壓波動(dòng)時(shí)，取自調(diào)壓器輸出端的電壓取樣信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)壓控制器中的測(cè)量、比較和放大，得到一個(gè)控制電壓，驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器的伺服電機(jī)D，對(duì)調(diào)壓器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使輸出電壓恢復(fù)到額定值的范圍內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

3 燈絲饋電交流噪聲的抑制

高頻功率放大器的噪聲系數(shù)是衡量其性能的重要指標(biāo)之一，噪聲系數(shù)反應(yīng)著放大器的噪聲性能，在應(yīng)用中，人們總是希望放大器的噪聲愈小愈好，即噪聲系數(shù)接近于1，所以，在實(shí)際中必須采取有效的措施降低放大器的噪音。

實(shí)踐證明，造成高頻功率放大器噪聲的因素是很多的，其主要是放大器內(nèi)部噪聲，內(nèi)部噪聲可分為自然和人為的噪聲。自然噪聲有電子騷動(dòng)的熱噪聲，電子管陰極電子隨機(jī)發(fā)射，半導(dǎo)體器件基極的載流子隨機(jī)擴(kuò)散及空穴電子對(duì)隨機(jī)發(fā)生及其復(fù)合形成的散粒噪聲。人為噪聲有交流噪聲、感應(yīng)噪聲、接觸不良噪聲等。對(duì)于以真空電子管為核心放大器件的高頻功率放大器，有效抑制交流燈絲電源的交流聲，是應(yīng)該首先在電子管燈絲饋電中考慮解決的。

電子管燈絲電源可以用直流饋電，也可以用交流饋電。直流饋電，交流聲最小，但因大功率發(fā)射燈絲加熱功率相當(dāng)大，因而所需直流電源容量要求也相當(dāng)大，所以一般發(fā)射管都不用直流電源而采用交流燈絲電源，應(yīng)用交流燈絲電源的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但它的缺點(diǎn)就是會(huì)產(chǎn)生交流聲，而且相當(dāng)嚴(yán)重，必須采取有效的抑制措施方可采用。

“平衡法”是一種方便、易于實(shí)現(xiàn)，有效抑制減小50 Hz交流聲的一種方法，其原理就是人為建立燈絲電壓的對(duì)稱中心接地點(diǎn)，是燈絲電壓變成對(duì)地是平衡的，從而使燈絲上產(chǎn)生的交流噪聲電壓等值、反相，因而相互抵消，大大降低燈絲電源的交流噪聲。其原理電路圖形式如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

以真空電子管為核心放大器件的高頻功率放大器，電子管對(duì)其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性、技術(shù)指標(biāo)的等級(jí)起著決定性因素，而解決好電子管陰極燈絲饋電是電子管正常、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作。