SW100B短波發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)原理及典型故障解析

邱華洽

摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了SW100B短波發(fā)射機(jī)高頻放大器工作原理，針對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)維中高頻放大系統(tǒng)出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行了分析，對(duì)故障排查、處理過(guò)程進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞 短波發(fā)射機(jī) 電子管 高頻放大 整流濾波

中圖分類(lèi)號(hào)：TN83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.04.019

SW100B Shortwave Transmitter High Frequency Amplifier

System Principle and Typical Failure Analysis

QIU Huaqia

（State General Administration of Press and Publication，

Radio and Television QiLiuYiTai， Yongan， Fujian ?366000）

Abstract This paper briefly introduces the SW100B shortwave transmitter working principle of the high frequency amplifier， chance d for launch in the typical faults of high frequency amplifier system is analyzed， discusses the process of troubleshooting， processing.

Key words shortwave transmitter; tube; high frequency amplifier; rectifier filter

0 前言

SW100B短波發(fā)射機(jī)是航天部23所生產(chǎn)的大功率短波廣播發(fā)射機(jī)。介于當(dāng)時(shí)技術(shù)原因該發(fā)射機(jī)由PDM改制為PSM型發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)音頻系統(tǒng)采用PSM技術(shù)，高頻系統(tǒng)采用自動(dòng)調(diào)諧電路。工作頻段范圍具有自動(dòng)跟蹤頻率功能，自動(dòng)調(diào)諧過(guò)程中具有封鎖音頻信號(hào)，當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障需要切斷高周末級(jí)屏壓或需切斷輸出高頻信號(hào)時(shí)須封鎖PSM。由于大功率發(fā)射機(jī)通常工作在高電壓、大電流的環(huán)境，元器件老化，環(huán)境濕度過(guò)大，工作環(huán)境積塵都將導(dǎo)致器件絕緣降低;發(fā)射管由于內(nèi)部極間距離較近，結(jié)構(gòu)脆弱發(fā)生碰極短路也是常有的事;尤其是工作在高頻放大系統(tǒng)的器件出現(xiàn)這樣那樣故障在所難免。在此，本文簡(jiǎn)要介紹了SW100B短波發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)工作原理，就筆者在運(yùn)維中遇到的高頻放大系統(tǒng)故障及處理方法進(jìn)行了討論。

1 SW100B發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)組成及其工作原理

1.1 SW100B發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由頻率綜合器C1、高頻前置放大器B3、高頻推動(dòng)級(jí)B4、高末級(jí)放大器以及諧波濾波器B7、定向耦合器B5和一些其他輔助電路組成。

1.2 SW100B發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)工作原理

由頻率綜合器C1，產(chǎn)生發(fā)射機(jī)工作需要的高頻載波信號(hào)，送到頻率監(jiān)控組合G1，經(jīng)鑒別后送入高頻前置放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)寬放）B3進(jìn)行放大。寬放的輸出激勵(lì)高頻推動(dòng)級(jí)（簡(jiǎn)稱(chēng)推動(dòng)級(jí)）B4，高頻推動(dòng)級(jí)將進(jìn)一步放大的高頻載波信號(hào)送高末級(jí)放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)高末級(jí)）。在沒(méi)有調(diào)制的情況下，高末級(jí)放大器放大并輸出功率為100kW的等幅載波信號(hào);而在調(diào)制狀態(tài)下，高末級(jí)放大器將放大并輸出載波功率為100kW的調(diào)幅波信號(hào)。該調(diào)幅波信號(hào)，經(jīng)諧波濾波器和定向耦合器，或直接送等效負(fù)載，或再經(jīng)阻抗變換器送天線(xiàn)。以下分別對(duì)各主要組成部分進(jìn)行介紹。

1.2.1 頻率綜合器C1

頻率綜合器的功能是產(chǎn)生頻率為3.2MHz～26.1MHz工作頻段的高穩(wěn)定、高純度的頻率基準(zhǔn)信號(hào)，作為高頻放大設(shè)備的激勵(lì)源。

1.2.2 高頻前置放大器

高頻前置放大器主要功能：一是對(duì)頻綜送來(lái)的頻率為3.2MHz～26.1MHz、功率約50mw的高頻信號(hào)進(jìn)行放大，二是接受自動(dòng)調(diào)諧組合G2的控制，當(dāng)細(xì)調(diào)時(shí)，用改變?cè)鲆娴霓k法來(lái)改變高頻前置放大器的輸出大小，最終達(dá)到發(fā)射機(jī)滿(mǎn)功率的輸出要求。

1.2.3 高頻推動(dòng)級(jí)B4

該發(fā)射機(jī)推動(dòng)級(jí)采用風(fēng)冷四極管RS1072C和屏極網(wǎng)絡(luò)等元件構(gòu)成的屏調(diào)放大電路。高頻前置放大器輸出的高頻信號(hào)（150Wp-p）送入高頻推動(dòng)級(jí)進(jìn)一步放大，其輸出激勵(lì)高末級(jí)。推動(dòng)級(jí)放大管工作在乙類(lèi)狀態(tài)，屏極效率約52%。屏壓為+3kV并饋，簾柵壓為+400V，由穩(wěn)壓電源供給。屏極網(wǎng)絡(luò)采用電感調(diào)諧方式，它由可變真空電容器C414、C415主電感L410、L411構(gòu)成。其中C414、C415、L410用于粗調(diào)，電感L411用于細(xì)調(diào)。電感L410為外圈固定部分，分三段共14圈，旁有簧片觸點(diǎn)，不同頻道短接不通圈數(shù)。L411為內(nèi)圈可動(dòng)部分，共6圈，間隔安裝在L410的中心軸上。細(xì)調(diào)時(shí)是改變L411與L410之間的相對(duì)位置來(lái)改變其電感量的，這是一種非接觸式的調(diào)整方式。L411的起始位置與水平成30？夾角，可調(diào)范圍是向上來(lái)回轉(zhuǎn)60€敖牽綹辛康淖艿鶻詵段г嘉？.4～8.4uH。本槽路線(xiàn)圈能滿(mǎn)足寬頻帶范圍使用，又克服了帶電調(diào)諧時(shí)可能產(chǎn)生的打火問(wèn)題，提高了工作的可靠性和穩(wěn)定性。

推動(dòng)級(jí)電路中，還有兩個(gè)用于自動(dòng)調(diào)諧的鑒相器B4.1和M3、M4、M6、M7，4個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。鑒相器接于隔直流電容器C413和屏極網(wǎng)絡(luò)之間，電路大體相同。前者是比較推動(dòng)級(jí)柵極電壓與推動(dòng)級(jí)屏極回路電流之間的相位，用于推動(dòng)級(jí)細(xì)調(diào);后者是比較高末柵極高頻電流與高末屏極高頻電壓之間的相位，用于高末級(jí)的細(xì)調(diào)。它們均是將上述電壓和電流之間的相位變比，轉(zhuǎn)變?yōu)榉群蜆O性變化的誤差信號(hào)，再經(jīng)放大后送驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)元件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)諧。（4個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的分工如下：M3調(diào)整電感L411;M4調(diào)整電感L410;M6、M7分別調(diào)整可變真空電容器C414、C415）。

推動(dòng)級(jí)作用是在短波工作頻率范圍內(nèi)輸出1KW左右的功率，其次它還為高末級(jí)提供鑒相器信號(hào)和參與中和，改善放大器的穩(wěn)定性。

1.2.4 高末級(jí)放大器

高末由發(fā)射四極管V2、屏極 槽路、自動(dòng)調(diào)諧裝置、簾柵電路和其他輔助電路組成。主要功能一是功率放大，即將推動(dòng)級(jí)輸出的功率為1KW左右的高頻信號(hào)最后放大到100KW;二是實(shí)現(xiàn)屏極調(diào)幅，即將音頻機(jī)柜送來(lái)的解調(diào)后的高壓音頻調(diào)制信號(hào)，去調(diào)制V2管的屏壓，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。高末發(fā)射管V2是西門(mén)子公司生產(chǎn)的金屬陶瓷四極發(fā)射管RS2054SK，超蒸發(fā)冷卻，用于丙類(lèi)放大，以便獲得更大的輸出功率和更高的效率。

高末管的典型工作狀態(tài)是：直流屏壓+11KV，屏流10.5A，簾柵壓+900V，固定偏壓-250V，燈絲電壓為～15V，電流為180A。

高末管的燈絲供電電路，由穩(wěn)定度為€？%的15KVA交流穩(wěn)壓器供給，經(jīng)燈絲變壓器T1變成～15VAC，初級(jí)抽頭實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。為限制燈絲電壓接通時(shí)過(guò)大的瞬時(shí)沖擊電流，在初級(jí)電路中串有兩個(gè)4.8mH的阻流圈。

高末管的直流偏壓包括固定偏壓和自給偏壓兩部分。其中固定偏壓（-250V）由P機(jī)柜供給，由高頻機(jī)柜X101接線(xiàn)板1點(diǎn)接入，經(jīng)電阻R311、繼電器K303接點(diǎn)和電感L951、L952加入。采用部分固定偏壓是為防止無(wú)柵極激勵(lì)時(shí)電子管因零偏壓出現(xiàn)的導(dǎo)通損耗所必須的。自給偏壓是電子管正常工作時(shí)，柵流在電阻R311（330 可調(diào)）上的壓降形成的。此外，柵路中串接的電阻R312（5.6K ）用于簾柵極過(guò)流等故障時(shí)限制柵極激勵(lì)之用（正常情況R312被繼電器K303所短路）。另外偏壓的0V端不是直接接地，而是接在與燈絲并聯(lián)的電阻R950（22 ）中心可調(diào)端，目的在于減少交流燈絲電壓引起的雜音。

高末級(jí)管的簾柵極電流電壓+900V由簾柵模塊供給，由X107接入，經(jīng)電感L961加到簾柵極。這里L(fēng)961（2.5H）為簾柵極調(diào)制電感、它的作用是產(chǎn)生簾柵自調(diào)，以實(shí)現(xiàn)屏極、簾柵極同調(diào)，從而獲得良好的線(xiàn)性調(diào)幅特性。Cg2（26nF）是簾柵極到地旁路電容器，是特制的薄膜電容器，安裝于V2的管座（B13）中，它的用途是使簾柵極處于高頻地電位，減少屏極和柵極間的跨路電容器Cgla，減少簾柵兩路間的反饋和直通，有利于減少寄生振蕩的發(fā)生和實(shí)現(xiàn)寬帶中和。一般要求電容器Cg2的容量大，引線(xiàn)電感盡可能小和承受較高耐壓等。

高末級(jí)管的屏極直流高壓采用并饋方式。C980為隔直流電容器。電感L965、L966和電容器C968等組成54KHz濾波器。從PSM輸入的調(diào)制電壓先經(jīng)過(guò)它濾除調(diào)制頻率的殘波，再經(jīng)兩級(jí)高頻濾波器后加到V2管屏極。這里的高頻濾波器是防止高頻回串，其中的高頻阻流圈既要承受高電壓，又要滿(mǎn)足寬頻帶范圍工作。

屏極槽路為雙槽路，由真空可變電容器C981-C984和電感L981、L982組成。這兩個(gè)電感線(xiàn)圈是用 28mm的紫銅管繞制成外徑為346mm的等間距的空心大線(xiàn)圈，徑向有三排瓷絕緣子（按120度分布）將它支撐在金屬框架上。整個(gè)線(xiàn)圈裝置安放在機(jī)柜下層靠前的左右兩邊各自的雙層屏蔽箱內(nèi)。工作時(shí)，線(xiàn)圈銅管用水冷卻。換頻時(shí)由驅(qū)動(dòng)裝置M9、M11帶動(dòng)的接觸式彈簧夾頭，按予置的位置與線(xiàn)圈內(nèi)徑向固定的相應(yīng)連接片（共25片）滑動(dòng)接觸，不用的部分由M12、M13帶動(dòng)的短路棒短接。

此外，由電容器串B21和可變電容器C942組成的中和電容器，用于高末柵極 中和，調(diào)整其電容量大小可實(shí)現(xiàn)較寬頻段內(nèi)的中和，大大減少高末級(jí)屏極與柵極回路間的反饋和直通，以防止寄生振蕩的影響。但它只對(duì)消除本波自激振蕩有用，對(duì)高于或低于工作頻率的寄生振蕩，則用降低屏極阻抗和柵極輸入阻抗的方法以及增加防振電路的方法等來(lái)解決，電路B15就是為此目的而設(shè)置的。

2 SW100B發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

2.1 V1管柵陰碰極

故障現(xiàn)象：當(dāng)發(fā)射機(jī)加燈絲預(yù)熱狀態(tài)時(shí)，SM1-6檔（V1柵極偏壓指示）指示為0V，SM1-10檔 ? （V2柵極偏壓指示）指示為-240V，測(cè)量可變電阻R321上端對(duì)地電壓為-30V。

圖1 V1柵極陰級(jí)碰極等效圖

故障分析：如圖1 V1柵極陰級(jí)碰極等效圖虛線(xiàn)所示，發(fā)射機(jī)處于預(yù)熱狀態(tài)時(shí)，由于V1柵壓表兩端短接，因此V1柵壓表SM1-6檔指示為0V。又因?yàn)镽322電阻滑動(dòng)點(diǎn)對(duì)地短接，使-250V柵偏壓回路并聯(lián)阻值減小，即V2柵偏壓電表SM1-10檔指示比正常時(shí)（-250V）減小。

2.2 V1管柵極和簾柵極碰極

故障現(xiàn)象：當(dāng)發(fā)射機(jī)加燈絲預(yù)熱狀態(tài)，V1管的簾柵電流Ig2嚴(yán)重反打，SM1-6檔指示降低。

故障分析：如圖2 V1柵極簾柵極碰極等效圖所示，當(dāng)電路正常時(shí)柵極回路、簾柵極回路的電流方向如實(shí)線(xiàn)所示，V1簾柵電流表的電流方向?yàn)锳→B，當(dāng)柵極簾柵極碰極時(shí)，發(fā)射機(jī)處于高壓狀態(tài)時(shí)，V1柵偏壓加上，V1的簾柵壓也加上，由于柵極簾柵極碰極，柵壓通過(guò)簾柵電路構(gòu)成回路，電流由地→V1簾柵電流表的B→V1簾柵電流表A端，使表頭反打。同時(shí)，由于簾柵電路的并聯(lián)，使得V1柵極回路的等效電阻值減小，從而導(dǎo)致V1柵偏壓表指示降低。

圖2 V1柵極簾柵極碰極等效圖

2.3 V2管柵陰碰極

故障現(xiàn)象：播音中掉高壓，顯示26#（PSM過(guò)流）、29#（V2陽(yáng)流過(guò)流）故障號(hào)，V2屏流Ia打滿(mǎn)，燈絲預(yù)熱狀態(tài)，V1的柵流 ?表Ig1表反打，測(cè)量V2管柵極對(duì)地電壓為0V（在確認(rèn)C414，C415正常的情況下）。

圖3 V2管柵極支路等效圖

故障分析：如圖3 V2管柵極支路等效圖所示當(dāng)電路正常時(shí)，電子由燈絲流向R312→R311→電流表→電源-250V。電流的方向與此相反，如圖實(shí)線(xiàn)所示，V2柵流表正偏。若柵陰碰極則電流由地點(diǎn)位燈絲→R312→R311→電流表→電流-250V。如虛線(xiàn)所示則V2柵流表Ig1反打。柵極與地電位同相，故V2管柵極對(duì)地電壓為0V（用萬(wàn)用表直接測(cè)柵極對(duì)地）。

2.4 V2管柵極自生偏壓電阻R311開(kāi)路

故障現(xiàn)象：預(yù)熱狀態(tài)，V1偏壓指示正常，V2管偏壓無(wú)指示，測(cè)量V2柵壓對(duì)地為-10～-15V。

故障分析：如圖3 V2管柵極支路等效圖所示，播音當(dāng)中由于R311開(kāi)路使-250V柵偏壓開(kāi)路，柵極無(wú)負(fù)柵偏壓。加高 ? 壓，屏極電流過(guò)大，顯示26#、29#故障號(hào)。預(yù)熱狀態(tài)，V2柵偏壓無(wú)指示。

2.5 V2管簾柵薄膜電容（C0）擊穿

故障現(xiàn)象：播音中掉高壓顯示27#（V2簾柵流過(guò)流）故障號(hào)，重加高壓，V2簾柵電流Ig2打滿(mǎn)，掉高壓，顯示27#故障。

圖4 V2簾柵薄膜電容作用等效圖

故障分析： 關(guān)發(fā)射機(jī)，拆V2管簾柵極引線(xiàn)，用1000V搖表?yè)u測(cè)V2管簾柵對(duì)地絕緣為0歐姆（圖4 V2簾柵薄膜電容作用等效圖）。

以上所敘述的故障處理方法都是更換對(duì)應(yīng)的器件。由于篇幅所限對(duì)更換器件過(guò)程不做一一贅述。

3 小結(jié)

綜述以上對(duì)SW100B型短波發(fā)射機(jī)高頻放大系統(tǒng)工作原理和器件、功能、應(yīng)用的分析;以及針對(duì)工作中遇到的典型故障，應(yīng)用等效電路原理進(jìn)行的分析、判斷，目的是與同行對(duì)此類(lèi)發(fā)射機(jī)快速處理高頻放大系統(tǒng)故障進(jìn)行探討，希望與同行交流提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣播電視發(fā)送與傳輸維護(hù)手冊(cè)（第六分冊(cè)）.廣播電視技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì).國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

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