DB930電子管在PSM中波機(jī)中的應(yīng)用及故障分析

李達(dá)文 廉偉哲

（作者單位：海峽之聲廣播電臺(tái)）

由于電子管工作壽命、外圍設(shè)備等因素，難免出現(xiàn)一些故障，通過分析電子管工作原理及DB930運(yùn)用情況，總結(jié)典型故障，為技術(shù)員維護(hù)該型電子管提供參考。

1 電子管的工作原理

1.1 工作原理

電子管燈絲加電后，燈絲溫度逐漸升高。對于直熱式陰極來說，燈絲就是陰極，陰極直接受熱激活自身電子；對于旁熱式陰極來說，燈絲溫度以輻射熱的方式傳導(dǎo)至陰極金屬板，電子會(huì)從金屬板飛出。電子是帶負(fù)電的，在屏極加上正電壓，電子受吸引朝屏極運(yùn)動(dòng)，穿過柵極形成電子流，稱屏流。柵極則起到開關(guān)作用，控制從陰極發(fā)出的電子到達(dá)屏極的數(shù)量。柵極不帶電時(shí)，電子流會(huì)穩(wěn)定地穿過柵極到達(dá)屏極；柵極加正電壓時(shí)，對于電子具有吸引作用，增強(qiáng)了電子流動(dòng)的速度與動(dòng)力，屏流增大；柵極加負(fù)電壓時(shí)，電子流有可能全被擋住，此時(shí)電子管被“封鎖”。利用柵極可輕易控制電子流的流量，將輸入信號(hào)連接在柵極上，加入適當(dāng)?shù)钠珘?，如果在屏極串上一個(gè)負(fù)載，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。

1.2 基本參量

表征電子管品質(zhì)的主要參量是跨導(dǎo)、內(nèi)阻和放大因數(shù)?？鐚?dǎo)S，表示當(dāng)屏壓為定值時(shí)，柵壓控制屏流的能力。內(nèi)阻R，表示柵壓為定值時(shí)，屏壓控制屏流的能力，電子管內(nèi)阻等同于屏極和陰極之間的等效電阻。放大因數(shù)U，表示柵壓控制屏流的能力比屏壓控制屏流的能力增大的倍數(shù)，表征電子管的放大能力。三者的關(guān)系為：U=S×R。

為了克服三極管放大因數(shù)不高和極間電容過大的缺點(diǎn)，在三極管屏極和柵極間加入第二個(gè)柵極，構(gòu)成了四極管，新增極稱為簾柵極。四極管工作原理與三極管相同，從吸引電子的作用來看，簾柵極相當(dāng)于三極管中的屏極，而四極管的屏極只負(fù)責(zé)收集電子，并把屏流的變化傳給負(fù)載。

2 DB930在PSM中波機(jī)上的應(yīng)用

DB930是大功率金屬陶瓷四極管，屬于四極管的一種，是調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)制的核心元器件，采用碳化釷鎢陰極，最大功率可達(dá)300 kW。

海峽之聲廣播電臺(tái)PSM中波機(jī)DB930基本原理：加在電子管柵極的高頻信號(hào)，通過控制屏流使屏極產(chǎn)生高頻電流，與加在電子管屏極的經(jīng)PSM模塊放大后變成高電壓的調(diào)制信號(hào)相疊加，形成調(diào)制信號(hào)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)匹配后傳輸至天線，以電磁波的形式發(fā)射出去。具體過程：發(fā)射機(jī)工作前，在電子管預(yù)熱狀態(tài)下，陰極（f）兩端加上一個(gè)18 V的交流電源，陰極回路產(chǎn)生430 A左右的電流，柵極（g1）輸入端加上一個(gè)實(shí)際值為-350 V的直流偏壓，抑制陰極電子發(fā)射，簾柵極（g2）和屏極（a）均未加電，此時(shí)電子管保持預(yù)熱狀態(tài)，預(yù)示準(zhǔn)備工作已經(jīng)完成，發(fā)射機(jī)可以隨時(shí)工作；發(fā)射機(jī)工作后未加調(diào)制信號(hào)前，陰極（f）狀態(tài)仍保持不變，此時(shí)控制功率的直流信號(hào)經(jīng)PSM功率模塊放大后形成12 kV左右的直流電壓，經(jīng)過濾波后加到電子管屏極（a）上，屏極電壓加上后，750 V的直流電壓隨之加到電子管的簾柵極（g2）上；此外，載波信號(hào)產(chǎn)生，并與柵極偏壓一同加到電子管柵極上（g1），控制電子管屏流大小，在電子管屏極上會(huì)得到與載波信號(hào)同頻的屏流，此時(shí)天線發(fā)射的是純載波信號(hào)的電磁波；加調(diào)制信號(hào)后，音頻調(diào)制信號(hào)與直流信號(hào)疊加，變成復(fù)合信號(hào)控制PSM功率模塊，經(jīng)模塊放大后形成一個(gè)12 kV級(jí)別的音頻調(diào)制信號(hào)送到屏極，在屏極調(diào)制載波信號(hào)，形成調(diào)制信號(hào)經(jīng)饋線輸出，從天線發(fā)射出去，此時(shí)天線發(fā)射的是帶音頻信號(hào)的電磁波。

電子管正常工作狀態(tài)下，各極電壓電流保持穩(wěn)定狀態(tài)，見表1，通常通過觀察電子管基本工作參數(shù)，即可判斷電子管工作狀態(tài)是否良好。

表1 DB930電子管基本工作參數(shù)

3 DB930典型故障分析

電子管受使用壽命、工作模式、位置放置等因素的影響，難免出現(xiàn)故障，筆者總結(jié)海峽之聲廣播電臺(tái)發(fā)生的DB930故障，發(fā)現(xiàn)柵極陰極熱碰極故障是最常見的，具有典型性，以下對該故障進(jìn)行分析。

3.1 故障現(xiàn)象

電子管預(yù)熱狀態(tài)下，柵極電壓350 V左右，正常；陰極燈絲電壓18 V，正常；電流430 A，正常。發(fā)射機(jī)開機(jī)后，發(fā)現(xiàn)柵極電壓從350 V降到0 V（正常為570 V），簾柵電壓電流正常，屏極電壓12 kV，正常，屏極電流從0 A升到50 A（正常為20 A），發(fā)射機(jī)過流故障關(guān)機(jī)。

3.2 故障分析

從DB930的工作狀態(tài)看，變化十分明顯，主要是柵極電壓和屏極電流異常，根據(jù)電子管工作原理，柵極電壓控制屏極電流，兩者都異常，可以初步判斷故障范圍在電子管柵極部分，柵極故障引起屏極電流過流。柵極電壓包括直流偏壓和載波電壓，為進(jìn)一步縮小故障范圍，將柵極載波信號(hào)去掉，根據(jù)工作原理，此時(shí)柵極只加負(fù)偏壓，對陰極電子抑制，電子管屏流應(yīng)為0 A，但開機(jī)后發(fā)現(xiàn)，柵極電壓仍然從350 V降到O V，屏流為50 A，說明柵極短路接地，負(fù)偏壓升高，由抑制電子變成激發(fā)電子，導(dǎo)致屏極電流變大，可以判斷柵極短路接地。根據(jù)現(xiàn)象，電子管在預(yù)熱狀態(tài)下，柵極偏壓是正常的，只有工作后才短路接地，因此可以排除柵極外圍電路短路，故障鎖定為電子管柵極對陰極熱碰極短路。

3.3 故障排除

將故障DB930拆卸，更換備份電子管，開機(jī)后電子管各極參數(shù)正常，機(jī)器運(yùn)行正常，故障排除。

4 結(jié)語

海峽之聲廣播電臺(tái)發(fā)生過3次柵極陰極熱碰極故障，經(jīng)過分析，總結(jié)主要原因有兩點(diǎn)：一是電子管使用壽命即將到期；二是電子管放置方式，該管通常是屏極在下放置。海峽之聲廣播電臺(tái)電子管柜設(shè)計(jì)是屏極在上放置，在電子管內(nèi)部，柵極陰極之間距離很近，采用陰極在下放置的方式，工作時(shí)間久后，柵極金屬絲斷裂，工作后由于重力及受熱彭脹原因，容易與陰極燈絲發(fā)生熱碰極，導(dǎo)致電子管無法工作，而采用陰極在上放置方式通常不會(huì)出現(xiàn)此類故障。