大功率广播发射机高末电子管保护电路探析
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摘 要 大功率广播发射机高末电子管屏极保护电路工作是否正常，将直接影响到发射机稳定运行和电子管寿命。本文分析了DF100A型短波发射机末级保护电路原理，针对如何正确设置末级电子管保护值提出自己的建议和方法。
关键词 发射机 电子管 屏极 保护
中图分类号：TN93 文献标识码：A
High Power Radio Transmitter Tube at the
End of the Protection Circuit Analysis
LONG Jianhong
（State General Administration of Press and Publication， Radio and Television LiuSiYiTai， Quanzhou， Fujian 362123）
Abstract The high power radio transmitter at the end of the tube plate protection circuit is normal， will directly affect the transmitter and stable operation and valve life. Level at the end of this paper analyzes the type DF100A short-wave transmitters' protection circuit principle， on how to correctly set the level at the end of the tube protection value， put forward his own suggestions and methods.
Key words transmitter； tube； anode； protection
0 引言
大功率广播发射机的射频功率放大器，是将发射机里的射频小功率信号经过频率合成，宽频带放大，高末前后两级功率放大实现射频功率放大。射频功率放大器是发射机中极其重要的组成部分。末级电子管是发射机最后一级功放，所处的位置相当重要。由于发射机高末级电子管是比较昂贵的元器件，从发射机整机成本来看末级电子管所占的比例是较高，若是大功率进口电子管所占的整机成本比例是很高的，功率越大，所占成本比例越高。从高质量、不间断的安全播音角度讲发射机末级电子管电路设置合适的保护电路是非常必要的。本文详细介绍了DF100A短波发射机高末级电子管保护电路，对该电路如何有效地避免电子管出现的浪涌、过热、过温、过压、过流、过载所造成的电子管故障和损坏进行了分析研讨。
1 引起电子管故障的原因
由于电子管在大功率发射机整机中所占比例很高，所以在维护工作中，要对电子管实现有效的保护，就必须了解容易引发和损坏电子管故障，尽量避免和杜绝损坏和引起电子管故障的各类事故发生，而引起此类事故的主要原因应从以下几方面引以为戒。
1.1 运管环节
电子管在长途运输过程中由于受到外界因素的影响如：剧烈震动造成电子管变形或瓷裂，下雨受潮，电子管横向放置、静电等这些都会对电子管造成损坏。解决此类问题可在运输途中加固包装箱、做防潮处理、包装箱外贴示明显的放置和搬运标示、采取防静电隔离措施等。
1.2 运行维护
电子管在使用过程中，必须按照电子管规定的相关参数进行合理的使用，如各级电压、电流，丝压、丝流，负载，冷却等等，一旦上述指标参数超过电子管额定值将直接影响电子管寿命和播音安全如：（1）过压，电子管工作电压过高会引起电子管的电极击穿或处于不正常的工作状态造成故障。（2）过流，电子管的工作电流，超出其正常工作电流值，将会引起过流故障。（3）过激，电子管工作时激励过大使输入的功率电平超出电子管的安全范围引起的故障，导致电子管损坏。（4）负载不匹配，发射机工作时，负载开路、负载短路或者不匹配都将使电子管输出端呈现比较高的驻波分布，使射频能量不能有效地传下去，大部分能量转化成热，造成热积累，一方面降低了攻放效率，另一方面造成电子管烧毁。（5）温高冷却不良，电子管工作中由于冷却散热不良或者环境温度过高所引起的电子管故障。
综述电子管在运行维护中应该注意的相关事项，发射机末级设置合理的保护电路实在必须。
2 DF100A型广播发射机末级保护电路分析
2.1 过压保护
在高末级电子管的屏级、栅极、帘栅极均安装有放电球的过压放电保护装置，当电压过高时放点球就会放电进行进行保护。具体的参考距离为屏级放电球13mm、栅极和帘栅极0.6mm，放电后通过引起调制器或帘栅极过流电路保护，栅极激励反馈电路保护。
2.2 过流保护
主要的保护电路为调制器保护、高末阴流保护和帘栅极保护。
（1）调制器过流信号保护是由接地故障传感器拾取的，接地故障传感器上的镍丝电阻阻值很小，在0.032～0.038欧姆之间，一般DS1导通发光把故障信号传给9单元时，镍丝电阻R0 上的电压是1.7V左右，假如镍丝电阻的阻值为0.035欧姆，则流过镍丝电阻的电流（屏流）是：I=1.7035=48.5A，即当屏流增大至48.5A左右时，接地故障传感器才会把故障信号送给9单元，如图1所示是调制器过流工作原理图，其中U4、U5是光电管，有光输入时输出是低电平，无光输入时输出是高电平，U1A、U1B是单稳态电路，当有低电平触发信号时，输出一个时长 =1.1CR的高电平脉冲，没有低电平触发信号时，则保持稳态的低电平输出。正常时，DS1不发光，U4输出是高电平，U1A的11脚是高电平，不被触发，U1A的10脚输出低电平，则Q2不导通，9A11TB3-7呈现高阻，相当于悬空，1K37不动作，调制器过荷指示灯为绿色，表示正常，同理，U1B的6脚输出低电平，9A5P1-A12是低电平，连锁3灯亮，调制器正常工作。工作中，如果其中一个接地故障传感器检测到有过流信号，则DS1灯发光，光电管U4或U5输出一个低电平信号，U1A的11脚、U1B的5脚均是低电平，则U1A的10脚输出一个高电平，使 Q2瞬间导通，9A11TB3-7相当于接地，1K37动作用于给出调制器过荷故障红灯指示，U1B输出的瞬间高电平使连锁3灯瞬间熄灭一下，使U2A的9脚输出低电平，瞬间封锁调制器。调制器过流也是最常见的故障现象，一般是由高周的瞬间打火或电子管闪络引起的。调制器过流能起到保护电子管的作用（瞬间封锁调制器），且给出了指示，速度快。调制器过荷后应寻找打火点，常见的故障点有：十四千伏高压电缆喇叭口吱火击穿，射频阻流圈3L14、3L15吱火，波段卡环吱火，屏极压盘吱火或固定其螺丝吱火，高末调谐调载电容对地吱火等等。
（2）高末帘栅极过流保护。当帘栅极有过流信号时，如图2帘栅回路图，1K40动作，其一组常开接点（5，9）使1K22B动作，掉高压；为了避免电子管的帘栅极因为帘栅耗过大而烧坏帘栅极，设置了帘栅极过流值为3A，能够有效保护电子管。
（3）激励保护。当激励信号过大时，引起栅耗增加，超过一定的数值就会烧坏电子管的栅极，DF100A短波发射机采用了激励负反馈的模式进行稳定激励并起到保护的作用。图3为DF100发射机1A9射频增益控制图。激励信号的控制信号来自高前级阴流取样（1PSTB2-6）和高末级栅流取样（1PS5TB1-10），图3中的CR1是PIN二极管，工作特性是通过的电流越大，阻抗越小，通过的电流越小，阻抗越大。当采样电流越大，PIN二极管的阻抗越小，激励信号大部分就会通过PIN二极管形成通地，使给下一级宽放的信号就非常小，这样就形成了激励负反馈的作用，也就是激励保护作用。
图2 高末电子管帘栅极电路图
（4）负载不匹配引起的故障保护。由于负载不匹配引起电子管工作状态发生变化，发射机工作时这种情况发生的次数较多，如果没有保护电路，就会引起电子管损坏，DF100A短波发射机对这种情况设定了高末阴流保护电路和反射功率切断保护电路如图4所示。
高末阴流过荷一次就掉高压，一般的过荷整定值是15A，高末过荷继电器1K38型号是HH52P最小动作电压是3.2V，最小保持电压只有1.2V，过荷取样电阻阻值也比较小，只有0.25欧姆，通常使用为0.2欧姆左右。如图4高末阴流过荷当回路电流增大至15A时，R27上的电压达到1K38的动作电压，1K38动作的结果，使1K22B的线包带电动作高压掉，对电子管形成保护。
图4 高末阴流保护和反射功率切断保护电路
反射功率切断保护电路由两个器件控制：反射功率表，高速驻波比保护1A17，反射功率表是机械保护，动作时间是毫秒级，1A17是电子保护动作时间是微秒级。反射功率表保护是利用表头自带的红线指针设定功能，启用表头自带的继电器进行保护，一般把红表针设置在12KW，原因是驻波比为：
（1）
而发射机允许的最大驻波比是2：1，即 = 2，由（1）式得：
已知机器的入射功率=100KW，算得反射功率 = = 00 = 11.1kW，所以反射功率表一般设置为（11～12）KW，因为峰值功率 = 11.1 = 15.7 KW，因此高速驻波比保护控制板1A17上驻波比保护值一般应设置为（16～18）KW，实际设置在21KW。高速驻波比保护原理图如图5所示，当反射功率正常时，11、12接点接通，+24V电送到9A4板上的光电偶合器U4，正常时1A17的Q2导通，16脚呈现低电平，所以U4里的发光二极管导通发光，U4里受光就饱和导通的NPN型光电三极管导通，9A5板上+15V电使连锁1灯发光，U2A的1脚是低电平，当2、8脚都是低电平时，或非门U2A的9脚输出高电平，调制器可以正常工作。1A17和6A3是或逻辑关系，只要有一个检测到有过荷则反射功率都会切断，现以6A3为例简要说明，当指示反射功率大小的黑表针指示的反射功率达到红表针设定值时，11、12接点断开，15、16接点闭合，如图5当11、12接点断开则1PS2+24V电送不到9A5板，光电偶合器U4的发光二极管不导通不发光，三极管也不导通，则连锁1灯不亮，U2A的1脚呈现高电平，U2A的9脚输出低电平，产生非工作指令，瞬间封锁调制器；再则图5中15、16接点的闭合，使1K44线包得电，1K44动作，给出指示红灯亮。
图5 高速驻波比保护原理图
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（5）温度过高引起的电子管故障。为了防止电子管温度过高引起故障，电子管本身以及外部都采取了强有力的冷却措施，电子管屏级应用了特超蒸冷的冷却结构，电子管其他各级采用了强制风冷的措施，在电子管的冷却水路中设置温度采样，并通过温度采样值进行电路保护，即温度超过限定值强制发射机拉掉高压，保护电子管安全。
3 结语
电子管的保护电路有各种形式，根据发射机机型的不同，保护电路的设计也不同。本文通过对DF100A型短波发射机高末级电子管保护电路实践分析，体会到保护电路工作是否正常，直接影响到维护人员对发射机故障的正确判断，影响到电子管损坏和故障扩大化。正确分析保护电路的工作原理、正确设置保护值将有助于设备的安全运行。
参考文献
[1] 张学田.广播电视技术手册第六分册.发射技术.国防工业出版社，2000.6.
[2] DF-100A100KW短波发射机原理图.北京广播电影电视设备制造厂.