影響大功率電子管簾柵壓因素的研究

王燕

摘 要 電子管以其優(yōu)越的性能普遍被應用在大功率的短波發(fā)射機中，在應用中我們通常用到的是大功率電子四極管，文章從電子管簾柵極供電通路入手，運用理論分析了電子管簾柵壓的影響因素，并提出了相應的解決方案。

關鍵詞 簾柵壓;影響因素;解決方案

中圖分類號： TN838文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.025

0 概述

電子管以其優(yōu)越的性能，在大功率的短波發(fā)射機中應用相當廣泛。在大功率的短波發(fā)射機中通常需要兩級放大，高前管通常用于放大載頻信號用于驅動高末管，高前管通常是電子三極管。高末級通常是功率放大，而且要求放大倍數(shù)較大，通常高末級用電子四極管進行功率放大。電子四極管是在電子三極管的基礎上增加一個簾柵極而構成的。簾柵壓的穩(wěn)定性對于電子四極管的穩(wěn)定工作具有相當重要的作用。

1 簾柵極的作用

在大功率電子三極管中由于其體積較大，各個電極之間的分布電容通常也較大，致使大功率電子三極管在高頻頻率范圍內(nèi)工作穩(wěn)定性受到較大影響，而且電子三極管在功率放大中其放大倍數(shù)較小，為解決以上問題，在電子三極管的板極與柵極之間又增加一個電極，我們通常把它叫作簾柵極。為了提高電子四極管的放大倍數(shù)，即加強電子的收集能力，電子管的簾柵極上通常加一正向的直流電源。在每一個電子四極管中都有一張簾柵壓工作特性曲線圖，簾柵壓供電是否穩(wěn)定對發(fā)射機的狀態(tài)起到關鍵性的作用。

2 簾柵極的供電通路

下圖為某型號大功率短波發(fā)射機的簾柵極供電通路。主要由以下部分構成：變壓器部分，二極管D1～D6構成整流部分，電阻R1、電解電容C1、電感L1等元器件構成的濾波部分，以及電阻R2、電阻R3、電感L2等元器件構成的限流保護電路等。如圖1所示。

3 簾柵壓的影響因素

簾柵壓的大小對電子管的放大起到巨大作用，只有選擇合適的簾柵電壓范圍才能即起到放大作用，又不損壞簾柵極。當簾柵壓較大時，其收集到的電子的動能也會較大，所以當電子經(jīng)過簾柵極時簾柵壓的穩(wěn)定性是比較重要的。將簾柵極供電通路簡化為圖2所示。

在圖2中U2為整流濾波后輸出的直流電壓，U3為簾柵極的直流電壓，I1為流過簾柵極的電流，R4為簾柵極等效等效可調電阻，R23為電阻R2與電阻R3的等效電阻。

3.1 整流電路對簾柵壓影響

為了得到適當?shù)恼麟妷?，三?80V交流電源經(jīng)過變壓器變壓后，送給整流橋由整流橋把交流電變成直流電。然后在經(jīng)過電感、電容、電阻等器件的濾波穩(wěn)壓后變換成比較穩(wěn)定的直流電源。

在簾柵極的供電通路中，為了得到穩(wěn)定且較高的直流電壓輸出，在工作中，通常使用的是三相橋式全波整流電路，如圖1所示，整流電路是有D1～D6六個整流二極管構成。三相橋式整流電路是由兩個三相半波整流電路構成的。假設從變壓器輸出的次級相電壓的有效值為E1，經(jīng)過三相全波整流橋后輸出的直流電壓平均值為U0，當三相全波整流橋工作正常時其輸出的直流電壓平均值為：

U0=2.34E1（1）

當圖1中三相橋式全波整流橋出現(xiàn)某一個二極管擊穿時（例如二極管D1）擊穿，其輸出的直流電壓的平均值相當于一個三相半波整流輸出的電壓、一個三相半波電壓的三分之一以及一個單相全波電壓一半的和。假設U1為三相全波整流橋某一二極管擊穿時的輸出電壓的平均值，則：

由式（1）和式（2）的計算結果可以看出，式（2）小于式（1）0.33E1，由計算可以看出，當三相橋式整流橋中一只整流二極管出現(xiàn)擊穿時其，輸出的平均直流電壓明顯小于正常狀態(tài)時輸出的直流電壓。

3.2 濾波電容對輸出電壓的影響

三相交流電經(jīng)過整流元件后變成直流電，但是此時的直流電中含有較大的波紋成分，為了獲得比較穩(wěn)定的直流電源，還必須經(jīng)過濾波器件的濾波作用。濾波器件通常包括電容、電感、電阻等相關器件。在圖1中濾波器件主要由電感L1、電容C1、電阻R1等元件構成。其中電感L1、電阻R1的各種參數(shù)通常是固定不變的。在直流電源的濾波電路中，電容通常使用的是大容量的電解電容，電解液的多少對電解電容的電容量影響較大。而電解電容容量的大小由直接影響著直流電源的紋波因數(shù)的大小。

對于由電容、電阻構成的濾波器其充放電時間常數(shù)：

τ=RC（3）

在式（3）中，R為負載電阻;

C為濾波電容;

當充放電時間常數(shù)τ選擇合適時，其輸出電壓比較平穩(wěn)，且輸出電壓值較大。在工作過程中通常負載電阻R的阻值是不變的，通常情況下影響充放電常數(shù)τ大小的主要是濾波電容C的大小，當濾波電容的容量變小時，其電容放電速度較快，電容上還沒來得及充電時就放完了，從而會導致輸出的直流電壓平均值會減小，而且還會增大輸出直流電壓的紋波系數(shù)。當電解電容值合適時，整流電路中輸出的電壓相對較大，而且其波紋因數(shù)也會在合理的范圍內(nèi)。

3.3 電子管屏極剩余電壓對簾柵壓的影響

在大功率電子管工作時由于電子管柵極工作在小柵流狀態(tài)，此電流對于電子管燈絲發(fā)射電子產(chǎn)生的電流來說是微乎其微的，為了分析問題的方便可將此電流忽略不計。在這種情況下電子管燈絲發(fā)射電子產(chǎn)生的電流I就是簾柵流I1與屏極電流I2之和，即

I=I1+I2（4）

其中屏極電流I2受電子管屏極剩余電壓影響較大，當電子管屏極剩余電壓較大時，其屏極電流I2就會增大;簾柵流I1就會減小，那么簾柵壓U3為：

U3=U2-R23*I1（5）

在式（5），U2與R23是固定不變的，所以簾柵壓會隨著I1的減小而增大;

當電子管剩余屏極電壓較小時，其屏極電流I2就會減小;簾柵流I1就會增大，那么簾柵壓U3根據(jù)式（5）可知簾柵壓會隨著I1的增大而減小。由以上分析可知電子管剩余屏極電壓的大小會對簾柵壓大小有直接影響，而電子管屏極剩余電壓的大小與電子管屏極槽路的調諧狀態(tài)有直接關系。

3.4 電子管燈絲發(fā)射電子數(shù)對簾柵壓的影響

當電子管燈絲發(fā)射電子數(shù)量增加時，電子在經(jīng)過簾柵極時，簾柵極會吸收較多的電子。從而會導致簾柵流I1增大，根據(jù)式（5）可知隨著簾柵流I1增大，簾柵壓會隨之減小;當電子管發(fā)射電子數(shù)量較小時，電子在經(jīng)過簾柵極時，簾柵極會吸收較少的電子，從而會導致簾柵流I1減小，根據(jù)式（5）可知隨著簾柵流I1減小，簾柵壓會隨之增大。

通過以上分析可當電子管發(fā)射機電子數(shù)增加時，簾柵壓U3減小;當電子管燈絲發(fā)射電子數(shù)量減小時，簾柵壓U3會增大。

4 簾柵壓穩(wěn)定性解決方案

電子管都有特性曲線，只有確保簾柵壓在一定的電壓范圍，才能保證電子管即輸出較高的功率，又不會損壞電子管。那么在工作當中如何確保簾柵的穩(wěn)定性是至關重要的。

4.1 整流器件的維護

三相橋式整流電路中，整流二極管性能的好會對輸出電壓具有較大影響。維護過程中要定期測量整流二極管的正反向電阻值，即正向導通壓降，如果數(shù)值不合適要進行更換，以防止二極管在工作工程中因為性能不好而擊穿;在濾波電路中要定期對濾波電容的容量進行測量，當與標稱電容值相差較大時要及時進行更換。

4.2 屏極剩余電壓調整

在電子管的屏極槽路中，屏極槽路阻抗直接影響屏極剩余電壓的大小，所以在工作過程中盡量使電子管屏極槽路處于合適的阻抗范圍，從而確保高末屏極剩余電壓也處于合適的區(qū)間范圍內(nèi)。

4.3 確保電子管燈絲發(fā)射電子的穩(wěn)定性

在上面的分析中可以知道電子管燈絲發(fā)射電子的數(shù)目，與簾柵壓也具有相應的關系。而影響電子管發(fā)射電子能力的因素有以下幾個方面：電子管燈絲的老化程度;燈絲溫度;燈絲加熱電壓等因素都有直接關系。因此發(fā)射機的維護過程中要及時調整燈絲加熱電壓，來確保燈絲發(fā)射電子的穩(wěn)定性;當電子管燈絲電壓在正常范圍內(nèi)時，而電子發(fā)射數(shù)量不夠時，這說明電子管燈絲已老化，應及時更換電子管或者采取其他相應措施。

5 小結

大功率電子四極管由于具有短波頻段功率放大的穩(wěn)定性，至今在大功率短波發(fā)射機中還在廣泛引用。文章運用理論，分析了影響電子管簾柵壓的各種因素，并提出了相應的解決方案。通過多年的大功率短波發(fā)射機的維護，運用理論分析很好地解決了影響簾柵壓穩(wěn)定的各種不良因素。為大功率短波電子管發(fā)射機電子管器件的安全穩(wěn)定運行提供了較為合理的理論依據(jù)。

參考文獻

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