大功率PSM短波發射機中電子管的可靠性增長研究

劉浩

【摘要】文章闡述了大功率PSM短波發射機中兩只大功率電子管上機使用前的維護工作，結合工作實際，詳細介紹了如何提高大功率電子管可靠性增長工作。

【關鍵詞】電子管;冷打壓;燈絲老煉;高壓老煉;瞬時沖擊

1.引言

脈階調制發射機又稱為PSM發射機，其原理是將發射機的供電和調制電路合二為一，由開關信號控制每一個電源模塊，將若干電源模塊輸出電壓按階梯式迭加，所迭加起來的信號不僅具有音頻信號的包絡特征，而且獲得了電平的放大。它將被加至高末電子管的屏極，與柵極的射頻載波共同完成高功放和調制。大功率電子管作為大功率的短波發射機的核心器件，相當于發射機的“心臟”，使用和維護好電子管具有至關重要的作用。電子管價格昂貴，了解電子管的基本性能、結構特點，合理使用和維護電子管，可以大大延長電子管的使用壽命，無論對發射機的穩定性還是降低維護費用都具有十分重要的現實意義。

2.電子管的維護要點

電子管是發射機中最主要的消耗件和易損件，而且價格昂貴。電子管費用是發射機維護費用中最主要組成部分。電子管故障直接影響安全播出。電子管是發射機故障處理時檢查的著眼點。發射機發生故障多種多樣，原因復雜。但發射機絕大數技術性較強的故障原因之一是由于電子管本身損壞或者性能欠佳不能勝任工作所引起。電子管是利用真空條件下產生電子以及其運動規律來達到產生電磁振蕩、放大或轉換信號的有源器件。影響電子管工作和壽命的主要因素是燈絲電壓（電流）、真空度、極間電壓、管體溫度和外部參數。因此，電子管的維護主要是燈絲電壓、真空度的保持、合適的極間電壓、管體的冷卻及適中的外部參數。為了充分發揮電子管的使用效能，延長電子管的使用壽命，保證機器設備的穩定和正常運行，必須加強維護管理，正確合理使用。

2.1 電子管的運輸和儲存

電子管必須包裝在廠家特制的防震包裝箱內進行運輸，嚴防包裝箱倒置或傾斜，運輸時必須使用原包裝，并使電子管的軸線基本保持垂直。有些帶有紅色色標，用來指示電子管在裝卸、運輸的過程中是否有過度傾斜的現象。在運輸中應避免受潮、撞擊、強烈振動、翻滾等，并選擇合適的運輸方式。安裝和搬運時，防止異物污染管殼，尤其是陶瓷部分。儲存期間不得去掉陶瓷環的保護套，以保護電子管陶瓷環的表面清潔。不得用金屬在陶瓷表面劃痕，也不能在陶瓷表面作標記，否則會影響陶瓷絕緣性能。電子管應儲存在溫度為5℃～45℃，相對濕度不大于80%的干燥、清潔和無腐蝕性揮發物的場所，嚴禁倒置、臥放、翻滾和撞擊電子管包裝箱。如長期貯存，應用塑料袋封裝，袋內放些干燥劑。

2.2 電子管的檢查

2.2.1 外觀檢查與清潔

在檢查外包裝箱完好的情況下，應先檢查電子管的外觀，對芯柱、瓷環及各引線環進行檢查，看是否有變形、破損或其他機械損傷等缺陷，在搬動電子管時應注意操作人員應戴白手套，提陽極法蘭盤取放電子管。不允許拿陶瓷件、封接部位、氬弧焊邊等易損壞部位，也不能使電子管重量承受在這些部位，應置于預先準備好的架子上。整個搬動的過程應使電子管的軸線基本保持垂直方向，避免機械撞擊和強烈振動。

同時要檢查是否清潔，如不清潔，應進行處理，以保證極間的良好絕緣性能和接觸可靠。

（1）管殼清潔：管殼不清潔會漏電、爬電。當陶瓷管殼上積有塵垢時，先用中性肥皂水擦洗，最后再用干凈紗布沾無水酒精脫水，切忌用四氯化碳等有機溶劑擦洗。

（2）電極引出端的清潔：電子管的電極引出環和陰極表面有污垢或氧化時，會造成電極接觸不良，散熱效果差，清潔電極的方法是先用細紗布輕輕地擦，再用干凈布沾酒精擦洗干凈，不得用刮刀或金屬刷子之類工具清除。

2.2.2 電子管各電極的通、開路檢查

電子管各電極的通路和開路檢查，通常使用三用表來測試，一般方法如下：

（1）測量燈絲通路：測量發射管燈絲正常通路時，三用表指示的電阻數值很小（接近零位），如阻值很大時，則表示燈絲已斷路。

（2）測量電極間開路：發射管各電極間（如陰極與柵極間、一柵與二柵間、柵極與陽極間）正常時是處于開路狀態，三用表指示應是最大讀數，如指針指示出一定讀數時，電極間則可能是短路（碰極）了。但是，應當注意，一些發射管的電極（如柵極與陰極間、一柵與二柵間）距離很近，如管內真空度較低或絕緣管殼表面有污垢以及受潮后，就有可能出現“假碰極”現象。應進行清潔處理和經過老煉后，再進行測試，以判別好壞。

2.2.3 電子管極間絕緣檢查

這項工作是測量電子管電極間絕緣阻值，它也是表征在規定的電壓狀態下衡量極間漏電流的物理量。測量時通常采用兆歐表（搖表）來進行檢驗，不同功率等級的電子管應參照使用說明書采用相應量級的搖表測量。中、小功率電子管由于極間距離近，耐壓強度低，一般采用額定電壓500V或1000V搖表，大功率電子管極間耐壓強度高，各級應用電壓高，通常采用2500V搖表測量。絕緣大小與氣壓溫度有關，一般大于幾十兆即證明不短路、不漏氣就可以了。

（1）測試前應先檢驗一下搖表量程是否正常，其方法是先以額定轉速（120r/min）空載搖動電機，這時電表指針應指示最大值（“∞”），然后降低搖速將兩根測試筆觸頭短接一下，電表指針即迅速指示在零位，則表示搖表量程正常。

（2）測試時一般都是由兩人配合進行，一人持搖表測試筆接觸電子管電極，并告知所接觸的極間部位;另一人搖動搖表（放在水平面上），并告知所測得的數據。在同一組電極間需要倒換一次測試筆的“﹢”、“﹣”接頭，看兩次所測得的阻值是否符合規范數值的要求。如測出一次阻值高，另一次阻值低，這種現象表明管內電極間有毛刺存在或真空度不良，在碳化釷鎢陰極的電子管中，這種現象更為普遍出現。這類電子管一般經過打壓和老煉處理后仍可恢復正常。如兩次測得阻值都很低或電表指針指示零值，說明管子真空度很低或已產生碰極。這是，可通過玻璃殼管注意觀察管內是否有輝光放電現象，可細聽管內是否有放電的“噼噼”響聲。已碰極的電子管在測試筆引線接頭（在搖表的接線柱上）上也會有微弱放電現象。

（3）對于阻值較低和有異態現象（有毛刺，活碰極等）的電子管，應根據具體情況采取相應的措施進行老煉處理。如可用加快搖表的速度，用測試筆頭連接瞬間接觸電極，這樣對異態現象較輕的電子管可能恢復正常。如不能處理好再作冷打壓和老煉處理。

（4）對管體受潮而造成極間絕緣下降和假碰極的電子管，可用加熱去濕法處理，仍可恢復正常。

表1 兩種電子管極間絕緣值

管型 兆歐表規格 陰極與一柵 一柵與二柵 二柵與陽極

FU618F 1000V 200MΩ 200MΩ 1000MΩ

FD003Z 2500V 40MΩ 60MΩ 150MΩ

2.3 電子管的冷打壓

當電子管的燈絲不加電壓，而在有關電極間加入一定值高壓（交流或直流），有意使電極間產生放電（限制放電電流），目的使電子管發生以下有利的變化;利用放電現象，去掉管內電極上的毛刺，免除電子管在高壓電場應用時產生放電;利用離子轟擊陰極上的毛刺和污垢，使其濺散氣化;打壓時從一電極上分離出來的微粒，被加速轟擊另一電極，也會產生清除作用;絕緣體表面上的污染在強電場下產生轉移或氣化等。因此，電子轟擊能較徹底地促使電極上氧化物的分解和破壞氣體的吸附，從而有效地提高管內真空度和電極間耐壓強度。應當指出，發射管進行“冷打壓”處理，在放電瞬間溫度是很高的，電極表面不但會產生“吸氣”，而同時又會產生“放氣”，這是由于放電瞬間高能氣體離子的轟擊下會解吸而釋放出氣體，同時，金屬內部氣體亦會同時放出。所以“吸氣”和“放氣”這兩個過程是可逆的，應該設法使吸氣量大于放氣量，此過程就朝吸氣方向發展，這樣，就能提高管內真空度。反之，則會降低管內真空度，因此要合理掌握好程序。冷打壓分：陰極與其他各極間，控制柵與簾柵極間，陽極與其他各極間。冷打壓電子管電極連接方法：根據不同類型的電子管（三極管或四極管），其電極的連接方法有所不同，DF100A 100KW PSM短波發射機中使用的兩種電子管是四極管，現以四極管的電極連接方法為例，如圖1所示。

冷打壓分：陰極與其它各極間，如圖1（a）所示;控制柵與簾柵極間，如圖1（b）所示;陽極與其它各極間，如圖1（c）所示。

圖1 四極管打壓電極連接示意圖

電子管分段冷打壓時間一般為3分鐘，冷打高壓不宜時間太長，因為各電極在高壓下時間久了會產生放氣，這樣會使其真空度遭到破壞。

2.4 電子管的老煉

（1）電子管燈絲老煉

電子管的燈絲老煉，就是通過加上額定值的燈絲電壓和電流，依靠高溫陰極的熱輻射來加熱內吸氣劑和其他零件，從而起到吸收管內殘余氣體的作用。因此，管內電極和其它輔助零件表面，在冷態時會吸附殘余氣體，受熱后會解吸出來被吸氣劑吸收，這樣就能提高管內真空度。這種方法，對處理管內真空度較低和經過多次冷打壓，未能達到預期效果的電子管，是一種比較有效的措施。根據不同管型其老煉方法如下：

首先檢查燈絲引線是否連接好，切忌帶電操作，否則容易造成打火。大功率電子管燈絲加熱功率較大，工作溫度很高，在有關電極必須采用相應的冷卻措施（如風冷、水冷和蒸發冷卻）。在廣播發射機上老煉時，通常都有燈絲調壓裝置。

電子管的燈絲老煉程序是，先加入燈絲電壓額定值的25%，老煉10分鐘左右，使陰極從冷態至熱態有比較充分的穩定預熱時間。然后再逐步升到額定值的50%，穩定老煉5-10分鐘。最后把燈絲電壓升至額定值（全壓）老煉15分鐘。經過老煉過程，其真空度和極間耐壓強度都會有所提高。

（2）電子管高壓老煉

電子管的高壓老煉與“冷打壓”處理的方法有所不同。它是在電子管各電極上加入規定電壓進行的，目的是保證電子管在高壓工作狀態下電氣性能的穩定性。這個老煉通常是把管子裝在發射機上進行的。其步驟為：

調幅老煉的步驟：按正常的開機操作程序加入各極電壓穩定工作后，分段加入調幅度。經驗證明，大功率電子管在調幅度30%左右時，一般認為是管內吸氣狀態最佳階段，為此，這時應穩定老煉10-15分鐘。同時，可以結合調試發射機各項技術指標，以便在低調幅度下有足夠的老煉時間。一般在調幅度為50%以下老煉時異態現象較少，當調幅度大于50%時，異態現象的出現會增多些，最好每次按5%遞增調幅度穩定老煉5分鐘，當超過80%時遞增幅度應放慢，老煉時間再適當延長些，這樣老煉效果更好。

當調幅度加至100%，穩定工作后，再用過調幅信號（105%），瞬時沖擊幾次，若無異態現象，老煉工作即可結束。

3.小結

電子管的早期故障率較高，為提高其工作可靠性，電子管必須按規定程序做可靠性增長工作，如果我們在電子管上機使用之前，就將電子管的各種隱患有效發現和消滅，無疑會大大減少大功率PSM短波發射機臺外電子管事故的發生概率，有利于廣播發射臺的安全傳輸發射工作。

參考文獻

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