DF50A型50KW短波發(fā)射機(jī)高末柵陰碰極與高末柵簾碰極的故障分析

吳好光 黃小聰 蒙子揚(yáng)

廣西廣播電視一〇一臺(tái)有三部DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)：兩部主機(jī)，一部備機(jī)。每天由其中兩部發(fā)射機(jī)分別進(jìn)行八個(gè)小時(shí)的播出發(fā)射，長(zhǎng)年累月地工作，發(fā)射機(jī)難免出現(xiàn)一些常見故障，較為典型的就是高末柵陰碰極故障與高末柵簾碰極故障。熟悉這兩種故障產(chǎn)生的原因并掌握其判斷和處理方法，對(duì)保障發(fā)射機(jī)的安全具有重要的意義。

一、電子管各電極的作用

DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)高末管采用的是型號(hào)為4CV100000C的電子管，它是一種大功率的金屬陶瓷四極電子管。

四極電子管的四個(gè)極分別是一個(gè)陰極,一個(gè)屏極，一個(gè)柵極，一個(gè)簾柵極。其頂視圖和符號(hào)如圖1所示，f為燈絲，k為陰極，a為屏極，g1為柵極，g2為簾柵極。

圖1 四極電子管的頂視圖和符號(hào)

陰極的作用是發(fā)射電子，其發(fā)射電子的方式采用熱電子發(fā)射。電子管的陰極按加熱方式分為直熱式和旁熱式，通訊設(shè)備用的電子管絕大部分是旁熱式。旁熱式陰極是一個(gè)空心金屬管，管內(nèi)裝著繞成螺線形的燈絲，給燈絲加上電壓，依靠加熱電流通過熱絲使陰極間接加熱而發(fā)射電子。屏極的作用是吸收從陰極發(fā)射出來(lái)的的電子。柵極的作用是控制由陰極發(fā)射到屏的電子流量。因?yàn)闁艠O接的電壓是負(fù)壓，所以電子管柵極和陰極之間產(chǎn)生了一個(gè)對(duì)陰極發(fā)射往屏極的電子有排斥作用的負(fù)電場(chǎng)。改變柵極電壓，便能改變?cè)撾妶?chǎng)對(duì)電子的排斥力，從而控制由陰極流向屏極的電子數(shù)量，即柵極能控制屏流的大小。又因?yàn)闁艠O距離陰極比屏極距離陰極近得多，所以柵極控制電子的能力比屏極大得多，只要柵壓有少量變化便能引起屏流發(fā)生較大變化，這就是電極管具有放大作用的原因。

簾柵極的主要作用是用來(lái)減小柵極和屏極之間跨路電容的影響。被電介質(zhì)隔開的兩個(gè)金屬體之間存在著一定的電容，電子管的柵極和屏極之間就形成了電容，叫跨路電容。在低頻時(shí)，跨路電容的容抗很大，對(duì)電路的影響小，但在高頻時(shí)，跨路電容的容抗下降，這時(shí)一部分屏極回路中放大的交流電壓就會(huì)通過跨路電容反饋回柵極回路。反饋的這一部分電壓就附加到原來(lái)作用在柵極的原信號(hào)電壓上。如果反饋的電壓與原信號(hào)電壓相位相同，則此輸入的信號(hào)電壓將會(huì)增大，因此屏極回路負(fù)載上得到的交流電壓也會(huì)相應(yīng)增加，這又使更大的電壓通過跨路電容反饋回柵極回路。如此反復(fù)下去，三極電子管工作便極不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生自激振蕩而出現(xiàn)嘯叫聲，從而使得放大器不能正常工作，這就是三極電極管的主要缺點(diǎn)。

如果在三極電子管的柵極和屏極之間加入一塊接地的金屬板，屏極回路的電壓就不會(huì)反饋到柵極回路上，跨路電容的影響就可以消除。但這樣行不通，因?yàn)榻饘侔鍟?huì)使陰極發(fā)射的電子不能流到屏極，使電子管不能工作。實(shí)際上要起到屏蔽作用不一定要用一塊金屬板，在四極電子管中就是用一個(gè)簾柵極代替了金屬板。用簾柵極代替金屬板，雖然跨路電容的影響不會(huì)減小到零，但實(shí)踐證明，這樣已使影響減小到不會(huì)發(fā)生自激振蕩的程度。

從屏蔽作用來(lái)考慮，簾柵極應(yīng)該接地，但零電位的簾柵極會(huì)妨礙電子流向屏極，屏流則會(huì)減小，為了使電子管有一定大小的屏流，簾柵極必須接正電壓。簾柵極一方面要接地，另一方面又要接正電壓，因?yàn)榭缏冯娙莸挠绊懯窃诟哳l時(shí)產(chǎn)生的，所以說(shuō)在屏蔽時(shí)要接地針對(duì)的是高頻交流電。簾柵極經(jīng)過一個(gè)容量足夠大的電容接地，同時(shí)把簾柵極接上一個(gè)直流正電壓，這樣，簾柵極對(duì)于直流而言，是接正的直流電壓，對(duì)高頻交流而言，當(dāng)電容的容量足夠大時(shí)，它的容抗很小，就相當(dāng)于接地。這個(gè)電容稱為簾柵極的旁路電容。

簾柵極因?yàn)榻又绷髡妷?，所以?duì)從陰極射向屏極的電子有加速作用，使得這些電子的動(dòng)能變得很大。這些高動(dòng)能電子轟擊著屏極，使屏極產(chǎn)生大量的熱量。在屏極下面設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，純凈水通過在屏極進(jìn)行超蒸發(fā)冷卻，帶走屏極的熱量，可以使四極電子管保持一定溫度，有利于四極電子管性能的穩(wěn)定。

四極電子管各電極之間是絕緣的，理論上絕緣電阻應(yīng)該是無(wú)窮大的，不過，實(shí)際上由于各種原因，電極間的絕緣電阻往往會(huì)降至幾千兆歐，甚至幾十兆歐。當(dāng)發(fā)生柵陰碰極或柵簾碰極時(shí)，相碰的兩個(gè)電極間的絕緣電阻便為零或者接近零，那樣便會(huì)打亂各電極的獨(dú)立作用。

二、高末柵陰碰極的故障現(xiàn)象與故障分析

DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)在播出時(shí)，高末陰流連續(xù)過荷掉高壓，高末柵流表反偏，高末偏壓表顯示從-400V變?yōu)?200V左右，重加高壓，調(diào)制器封鎖，功率控制板9A5上的連鎖燈DS5不亮，高末級(jí)無(wú)屏壓與簾柵壓，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出。

圖2是DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)高末電子管柵陰碰極原理圖。當(dāng)發(fā)射機(jī)高末電子管柵陰碰極時(shí)，柵陰短路，柵極和陰極之間產(chǎn)生的對(duì)陰極發(fā)射往屏極的電子有排斥作用的負(fù)電場(chǎng)消失，即沒有排斥力阻礙陰極的電子發(fā)射往屏極，使得陰極電子瞬間大量地發(fā)射往屏極，導(dǎo)致屏流瞬間變大，從而使發(fā)射機(jī)高末陰流連續(xù)過荷掉高壓。

圖2 高末電子管柵陰碰極原理圖

DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)在加高壓加激勵(lì)后，如果機(jī)器是正常播出狀態(tài)，柵流方向按柵極、陰極、1PS5R6、高末柵流表6M7、偏壓電源的順序方向流動(dòng)。而發(fā)生柵陰碰極后，電流的方向則按偏壓電源、高末柵流表6M7、1PS5R6、陰極、3L11、3R19、3R23的順序方向流動(dòng)，如圖2中的虛線所示，此時(shí)電流方向與正常狀態(tài)的柵流方向相反，這就是高末柵流表反偏的原因。

高末柵陰碰極后，柵極通過陰極、燈絲變壓器中心抽頭接地，3R19、3R23偏壓電阻參與分壓，大約-200V左右，高末偏壓表顯示從-400V變?yōu)?200V左右。

因高頻激勵(lì)信號(hào)被短路，使柵流傳感器不動(dòng)作，所以加高壓后調(diào)制器封鎖，功率控制板9A5上的聯(lián)鎖燈DS5不亮，高末級(jí)無(wú)屏壓和簾柵壓，發(fā)射機(jī)無(wú)功率輸出。

當(dāng)DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)高末柵陰碰極的故障現(xiàn)象時(shí)，由圖2可知，只需卸下電阻3R19便可作進(jìn)一步確認(rèn)。當(dāng)落燈絲、卸下電阻3R19后，重加燈絲，柵流表變?yōu)?V，偏壓表變?yōu)?400V，即可判定為柵陰碰極。

柵陰碰極有可能是電子管座的柵極接觸片或者陰極接觸片長(zhǎng)期發(fā)熱變形，從而相互接觸碰極，也有可能是電子管內(nèi)部的柵絲過熱變形或者陰極澎起從而相互接觸碰極，也有可能兩者兼而有之。落燈絲，卸下高末電子管，用1000V搖表?yè)u測(cè)電子管座的柵極接觸片和陰極接觸片之間的絕緣進(jìn)行檢查。若絕緣為零或者接近零，則高末電子管座的柵極接觸片與陰極接觸片碰極，這時(shí)處理故障的方法是卸下電子管座，更換好的電子管座；若搖表?yè)u測(cè)兩者絕緣不為零或者不接近零，則無(wú)需更換電子管座。測(cè)完電子管座，再用搖表?yè)u測(cè)卸下的高末電子管的柵極和陰極之間的絕緣，若絕緣為零或接近零，則高末電子管內(nèi)部的柵極與陰極碰極，這時(shí)處理故障的方法是更換好的電子管。

三、高末柵簾碰極的故障現(xiàn)象與故障分析

DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)播出時(shí)，機(jī)器掉高壓，重加高壓，末前級(jí)基本正常，高末柵流表反偏，高末簾柵流與高末屏流急劇增大過荷，機(jī)器過荷掉高壓。

圖3是DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)高末電子管柵簾碰極原理圖。當(dāng)發(fā)射機(jī)高末管發(fā)生柵簾碰極后，柵簾短路，重加高壓，電流的方向按偏壓電源、高末柵流 表6M7、 1PS5R6、2R7、2R6、簾 柵 電 源、 2L1、3R25、3L16、3L11、3R19、3R23的順序方向流動(dòng)。如圖3中的虛線所示，電流方向與發(fā)射機(jī)正常播出狀態(tài)時(shí)的柵流方向相反，從而導(dǎo)致了高末柵流表反偏。

圖3 高末電子管柵簾碰極原理圖

當(dāng)柵簾碰極后，柵簾短路，重加高壓，在高末偏壓電源與高末簾柵電源的作用下，柵極由原本的負(fù)壓變?yōu)檎龎?，使得電子管原本柵極與陰極之間產(chǎn)生的對(duì)陰極發(fā)射往屏極的電子有排斥作用的負(fù)電場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂形饔玫恼妶?chǎng)。這正電場(chǎng)吸引著大量的陰極電子急劇射向屏極，從而導(dǎo)致高末簾柵流與高末屏流急劇增大過荷，機(jī)器過荷掉高壓。

當(dāng)DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)出現(xiàn)高末柵簾碰極的故障現(xiàn)象時(shí)，由圖2可知，只需卸下電阻3R19便可作進(jìn)一步確認(rèn)。當(dāng)落燈絲、卸下電阻3R19后，重加燈絲，柵流表變?yōu)?V，偏壓表變?yōu)?400V，即可判定為柵簾碰極。

柵簾碰極有可能是電子管座的柵極接觸片或者簾柵極接觸片長(zhǎng)期發(fā)熱變形從而相互接觸碰極，也有可能是電子管內(nèi)部的柵絲過熱變形或者簾柵絲過熱變形從而相互接觸碰極，也有可能兩者兼而有之。落燈絲，卸下高末電子管，用1000V搖表?yè)u測(cè)電子管座的柵極接觸片和簾柵極接觸片之間的絕緣進(jìn)行檢查。若絕緣為零或者接近零，則高末電子管座的柵極接觸片與簾柵極接觸片碰極。處理故障的方法是卸下電子管座，更換好的電子管座；若搖表?yè)u測(cè)兩者絕緣不為零或者不接近零，則無(wú)需更換電子管座。測(cè)完電子管座，再用搖表?yè)u測(cè)卸下的高末電子管的柵極和簾柵極之間的絕緣，若絕緣為零或接近零，則高末電子管內(nèi)部的柵極與簾柵極碰極，這時(shí)處理故障的方法是更換好的電子管。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)DF50A型50kW短波發(fā)射機(jī)發(fā)生高末柵陰碰極時(shí)，發(fā)射機(jī)的高末柵流表有反偏現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生高末柵簾碰極時(shí)，重加高壓，發(fā)射機(jī)的高末柵流表有反偏現(xiàn)象。所以通過觀察高末柵流表反偏這一現(xiàn)象，便能快速判斷柵極有無(wú)碰極，從而快速采取相應(yīng)的故障處理預(yù)案。當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)候更換元器件并不需要多長(zhǎng)時(shí)間，反而是排查故障需要時(shí)間，因此，只要我們懂得各種故障的處理方法，便能縮短排查故障的時(shí)間，迅速地修復(fù)發(fā)射機(jī)。