由電子管狀態(tài)探究TBH-522型150 kW短波發(fā)射機(jī)手動(dòng)調(diào)諧原理和技巧

阮 翔

（國(guó)家廣播電視總局八三一臺(tái)，浙江 金華 321100）

1 手動(dòng)調(diào)諧的意義及電子管和調(diào)諧的關(guān)系

1.1 手動(dòng)調(diào)諧的意義

短波發(fā)射機(jī)更換頻率離不開(kāi)倒頻調(diào)諧，以TBH-522型150 kW短波發(fā)射機(jī)為例，其調(diào)諧過(guò)程一般是先根據(jù)高頻信號(hào)的頻率，將調(diào)諧元件置于預(yù)先規(guī)定的位置上，即粗調(diào)，這時(shí)整機(jī)無(wú)高頻輸出。粗調(diào)之后接通高頻，合上相應(yīng)高壓，令鑒相器和鑒阻器工作，自動(dòng)進(jìn)行細(xì)調(diào)。根據(jù)調(diào)諧原理，粗調(diào)可以視作預(yù)置頻率自動(dòng)調(diào)諧，細(xì)調(diào)視作頻率跟蹤自動(dòng)調(diào)諧[1]。

從設(shè)計(jì)角度，自動(dòng)調(diào)諧能達(dá)到機(jī)器的最佳狀態(tài)[2]。但是實(shí)際工作中，由于各種原因?qū)е轮苯舆M(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧較為困難。需要快速調(diào)整狀態(tài)恢復(fù)播音時(shí)，這就需要技術(shù)人員進(jìn)行手動(dòng)調(diào)諧，使發(fā)射機(jī)達(dá)到最佳狀態(tài)。

1.2 電子管和調(diào)諧的關(guān)系

由于對(duì)放大器的要求不同，前級(jí)電子管和末級(jí)電子管所處的工作狀態(tài)也不同。

電子管的輸出功率很大程度上取決于管外調(diào)諧槽路的設(shè)計(jì)，電子管廠只能規(guī)定電子管的板耗、柵耗以及簾柵耗，而無(wú)法確定實(shí)際線路中電子管的輸出功率[3]。高頻功率放大器中，柵極回路和板極回路是兩個(gè)主要電路，而發(fā)射機(jī)調(diào)諧主要就是指對(duì)這兩個(gè)電路的調(diào)諧，提高電子管工作效率。這也是本文以電子管狀態(tài)為著眼點(diǎn)來(lái)探究調(diào)諧的原因。

2 電子管狀態(tài)與放大器的調(diào)諧

2.1 電子管的一般工作特性

目前，短波發(fā)射機(jī)中普遍采用大功率金屬陶瓷四極管作為放大器的核心，它具有良好的散熱性能和高頻性能以及較大的放大因素μ，為了更好地表示電子管柵壓與板流的關(guān)系，將各極電壓歸結(jié)到柵極，畫(huà)出柵極坐標(biāo)上板極和柵流的理想靜態(tài)特性曲線如圖1所示[4]。

圖1 柵極坐標(biāo)上板流和柵流的理想靜態(tài)特性曲線

靜態(tài)特性曲線是放大器線路加上偏壓和板壓的狀態(tài)曲線，其中i是總流，ia為板流，ig為柵流，ea為板壓，eg為柵壓，AO’為臨界線。在臨界線上ig=0，臨界線左邊無(wú)柵流為欠壓區(qū)，臨界線右邊有柵流為過(guò)壓區(qū)。而提到欠壓和過(guò)壓，即在柵極加上激勵(lì)信號(hào)Ug，電子管的工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2 柵極加激勵(lì)信號(hào)后電子管狀態(tài)

圖中Ug為激勵(lì)信號(hào)，ia為板流，ωt為信號(hào)時(shí)間軸，ig為柵流。根據(jù)工作時(shí)柵流隊(duì)板流的影響可分為欠壓、臨界、弱過(guò)壓以及強(qiáng)過(guò)壓，而根據(jù)流通角的大小可分為甲類(lèi)（θ=180°）、甲乙類(lèi)（90°＜θ＜180°）、乙類(lèi)（θ=90°）以及丙類(lèi)（θ＜90°）。這兩種分類(lèi)之間沒(méi)有必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

由于四極管構(gòu)造上的特點(diǎn)，它的工作狀態(tài)用瞬時(shí)板壓ea的最小值與簾柵壓Eg2之比來(lái)區(qū)分。令臨界狀態(tài)為eamin/Eg2=K，當(dāng)eamin/Eg2＞K時(shí)，為欠壓狀態(tài)，當(dāng)eamin/Eg2＜K時(shí)，為過(guò)壓狀態(tài)。

在電子管上再加上輸出負(fù)載Roe，Ea、Eg以及Ug不變的情況下，負(fù)載變化對(duì)于工作狀態(tài)的影響如圖3所示。

圖3 負(fù)載對(duì)工作狀態(tài)的影響

Ia1為基流，Ia0為板流的直流分量，Ua為板極電壓，P0為輸入功率，P～為輸出功率，Pa為板極損耗。電子管在欠壓狀態(tài)下，I變化不大，基本為恒流源，此時(shí)放大特性好，過(guò)壓狀態(tài)下基本為恒壓源，效率η的最大點(diǎn)出現(xiàn)在過(guò)壓區(qū)。

2.2 電子管和調(diào)諧

以TBH-522型短波發(fā)射機(jī)為例，在實(shí)際倒頻率時(shí)，通常是在發(fā)射機(jī)的一體機(jī)上輸入置頻，頻率合成器輸出預(yù)置激勵(lì)電平，八路調(diào)諧開(kāi)始動(dòng)作到預(yù)置位置。粗調(diào)完成后，高前管和高末管都處于正常工作狀態(tài)，切斷2、4、6、7以及8這五路的激磁電源。鑒相器和鑒阻器開(kāi)始工作，1、3以及5路開(kāi)始細(xì)調(diào)使發(fā)射機(jī)達(dá)到最佳狀態(tài)[5]。

由于電子管狀態(tài)不同，需要將前級(jí)和末級(jí)調(diào)諧分開(kāi)進(jìn)行討論。

2.2.1 前級(jí)電子管狀態(tài)分析及手動(dòng)調(diào)諧方法

TBH-522型150 kW短波發(fā)射機(jī)前級(jí)采用FU-101C電子管，激勵(lì)信號(hào)加在電子管的柵極，此時(shí)激勵(lì)信號(hào)對(duì)電子管工作狀態(tài)的影響如圖4所示。

圖4 激勵(lì)電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響

當(dāng)激勵(lì)很小時(shí)，電流為零。隨著激勵(lì)增大，基波電流Ia1、板極直流分量Ia0、板壓以及效率在欠壓范圍內(nèi)都是接近于線性上升的。臨界點(diǎn)后，柵流通角θg及柵流脈沖隨著激勵(lì)的增大而增大，放大器進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)，板流脈沖頂部出現(xiàn)凹陷，Ia1、Ia0以及板壓隨激勵(lì)的增加不再明顯增加。發(fā)射機(jī)上電流表是直流分量Ia0，基波電流與直流分量變化趨勢(shì)相同?？梢杂^察到，一開(kāi)始表頭隨激勵(lì)增加而增加，說(shuō)明在欠壓區(qū)，當(dāng)激勵(lì)增加到一定值后，電流表讀數(shù)不再增加。再結(jié)合圖2可知，將電子管狀態(tài)調(diào)整在欠壓狀態(tài)，管子電壓放大效果好。

根據(jù)圖4可知，前級(jí)板極回路有兩路調(diào)諧槽路，高末柵極的信號(hào)來(lái)自于C1的耦合。將C1、C2、C3以及L1簡(jiǎn)化成如圖5的等效電路[6]。

圖5 前板極回路簡(jiǎn)化圖

通過(guò)電容C1可以濾除低頻，通過(guò)電容C可以濾除高頻，電路為選頻電路。選頻f由頻率合成器輸出，由并聯(lián)諧振公式可知，這里的L=L1，C為C2和C3的并聯(lián)電容。由于f是給定的，L和C3在粗調(diào)完成時(shí)已經(jīng)預(yù)置完畢，所以可以細(xì)調(diào)C2（1路）來(lái)使回路處于諧振狀態(tài)。f越大，C2越小，頻率越高，C2的數(shù)值越小，1路數(shù)值也越小。

由于高前柵極電壓與高前屏壓相差180°，在調(diào)諧時(shí)，注意調(diào)諧套箱液晶屏的1路數(shù)值顯示和由鑒相器過(guò)來(lái)的誤差值顯示，調(diào)整1路，使鑒相器誤差減小的方向?yàn)檎_方向。觀察發(fā)射機(jī)表值，當(dāng)高前板流最小時(shí)，高末柵流達(dá)到最大，同時(shí)鑒相器數(shù)值理論上接近最小時(shí)，板極回路達(dá)到諧振狀態(tài)，1路細(xì)調(diào)完成。

結(jié)合柵極回路狀態(tài)，此時(shí)高前管無(wú)柵流，處于甲乙類(lèi)欠壓狀態(tài)。

2.2.2 末級(jí)電子管狀態(tài)分析及手動(dòng)調(diào)諧方法

末級(jí)采用TH537電子管，高末板極回路共有五路調(diào)諧槽路，其中3路調(diào)諧電容和5路調(diào)載電容有細(xì)調(diào)功能。3路C23所在電路的簡(jiǎn)化圖如圖6所示[7]。

圖6 3路C23所在電路簡(jiǎn)化圖

4路C24和2路腔體是粗調(diào)，在細(xì)調(diào)時(shí)都為定值，根據(jù)并聯(lián)諧振公式，由于f等于柵極信號(hào)頻率，所以可以通過(guò)細(xì)調(diào)C23來(lái)使線路達(dá)到諧振，f越大，C23越小。此時(shí)，由于電子管工作在弱過(guò)壓狀態(tài)，所以板流脈沖凹陷，凹陷越深說(shuō)明過(guò)壓越強(qiáng)，由前面的公式eamin/Eg2＜K可知，eamin＜KEg2，所以需要提高簾柵流。

又因?yàn)镮=Cdu/dt，所以當(dāng)凹陷越大時(shí)，C23上的電流越小。調(diào)諧時(shí)利用鑒相器來(lái)判斷調(diào)整方向，鑒相器的一路取自高末柵極，但是不直接取樣，而是隔了一個(gè)π網(wǎng)絡(luò)，另一路取自高末屏壓。在調(diào)諧面板上調(diào)整3路，使鑒相器往誤差減小的方向動(dòng)作。

觀察發(fā)射機(jī)表值，當(dāng)高末簾柵流表最大點(diǎn)和功率表最大點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，鑒相器數(shù)值理論上接近最小，3路達(dá)到調(diào)諧位置。

關(guān)于T網(wǎng)絡(luò)和5路調(diào)諧，其中T網(wǎng)絡(luò)接在π網(wǎng)絡(luò)之后，用于負(fù)載匹配的網(wǎng)絡(luò)，使得高末管處在最佳狀態(tài)，保證發(fā)射機(jī)的輸出功率最大，其等效電路如圖7所示。

圖7 150 kW發(fā)射機(jī)T網(wǎng)絡(luò)等效電路圖

總的來(lái)說(shuō)，末級(jí)為丙類(lèi)弱過(guò)壓狀態(tài)。末級(jí)調(diào)諧時(shí)末級(jí)簾柵流最大，末級(jí)板流最小，當(dāng)增加激勵(lì)時(shí)，簾柵流明顯增大，但板流和功率基本不變[8]。

3 注意事項(xiàng)和小結(jié)

發(fā)射機(jī)失諧的原因很多，本文僅從電子管狀態(tài)探索調(diào)諧規(guī)律和方法，對(duì)由電源異常、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死以及誤差放大模塊損壞等故障造成的失諧不做具體討論。在未加音頻時(shí)調(diào)整好發(fā)射機(jī)狀態(tài)，加上音頻后，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“下壓”，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，使發(fā)射機(jī)達(dá)到最佳狀態(tài)[9]。前級(jí)激勵(lì)不夠時(shí)，造成末級(jí)柵流過(guò)小（正常柵流為1 A左右），則末級(jí)達(dá)不到調(diào)諧點(diǎn)。粗調(diào)之后，首先是對(duì)前級(jí)進(jìn)行調(diào)諧，然后才對(duì)3、5路進(jìn)行調(diào)諧。一次只能進(jìn)行一路調(diào)諧。

頻率合成器輸出頻率f越大，則前級(jí)LC的乘積越小，這里C不是指單個(gè)電容量，而是兩個(gè)可調(diào)電容C2和C3的并聯(lián)值。由于加在C23上的電壓很大（大概為10.5 kV左右），所以必須減小電容量，使電流變小，保護(hù)C23。而C23減小后，f是確定的，LC為定值，所以使L增大。同理Q1=Roe/XC23=2πfC23Roe，當(dāng)Q1增大時(shí)，C1也增大，C1的電流也會(huì)大幅度增大，容易過(guò)流，損壞電容，所以2路耦合腔的位置一經(jīng)確定后，細(xì)調(diào)過(guò)程中不得隨意變動(dòng)。

鑒相器本身的鑒別能力有限，只能在失諧不大的情況下有一定鑒別能力，誤差電壓大小Δu和諧振位置之間呈現(xiàn)S曲線。在遠(yuǎn)離調(diào)諧點(diǎn)時(shí)，誤差電壓反而會(huì)減小，所以不能盲目進(jìn)行大范圍調(diào)諧。

對(duì)于5路調(diào)諧，需要駐波比在2之內(nèi)變化，另外如果負(fù)載阻抗變化范圍大，則在調(diào)整C25的同時(shí)需要微調(diào)6路電感。在5路調(diào)整后，由于阻抗等發(fā)生變化，3路調(diào)諧位置會(huì)發(fā)生微變，繼續(xù)微調(diào)3路后，需要再次調(diào)整5路才能使發(fā)射機(jī)達(dá)到最佳狀態(tài)。

前級(jí)屏流靜態(tài)時(shí)為0.2～0.3 A，載波時(shí)高前屏流一般為0.6 A以上，當(dāng)多個(gè)頻率出現(xiàn)前級(jí)屏流大，然而末級(jí)柵流小時(shí)，說(shuō)明高前管放大能力變?nèi)酰茏右呀?jīng)老化。當(dāng)高末屏流表和高末屏壓表正常，功率表明顯降低的時(shí)候，說(shuō)明高末管已經(jīng)老化，應(yīng)當(dāng)適時(shí)更換[10]。

4 結(jié) 論

根據(jù)實(shí)際情況，在目前短波發(fā)射機(jī)調(diào)諧時(shí)，手動(dòng)調(diào)諧往往在細(xì)調(diào)時(shí)介入，但由于手動(dòng)調(diào)諧需要大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論參考，因此需要時(shí)?？偨Y(jié)和梳理影響調(diào)諧的因素，并分享調(diào)諧的方法和技巧。本文從電子管狀態(tài)著手，以TBH-522型150 kW短波發(fā)射機(jī)為例，希望可以共同探索手動(dòng)調(diào)諧的一些規(guī)律和方法，也為在實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題提供一些方法和思考。