放大器的維護

何庶民

(中國西南電子技術研究所，四川 成都 610036)

放大器的維護

何庶民

(中國西南電子技術研究所，四川 成都 610036)

為了減少放大器發生故障的概率，提高放大器的使用率，需要對放大器進行維護。介紹了放大器的基本原理，以及放大器的維護；并提出了具體的措施來加強放大器的維護和保養。

放大器；維護；溫度；濕度

微波功率放大器（以下簡稱放大器）在生產和實驗中應用廣泛，它和信號源組合就能提供信號的大功率輸出，能用于天線和元件的測試，大功率計校準，EMI敏感度測試等。國內使用的大功率微波放大器以進口設備為主，出現故障后廠家提供維修不但費用高昂，周期也相當長，對科研生產的影響很大。所以對放大器的維護進行研究很有必要。

現在國內使用比較多的大功率微波功率放大器有3種：美國的 AR（AMPLIFIER RESEARCH）公司，德國的波恩（BONN）公司，美國的 IFI（Instruments For Industry）公司。這里以常見的AR的放大器為例進行討論。

1 基本工作原理

以放大器AR50W1000為例，AR50W1000是工作頻段為1 MHz到1 000 MHz，最大輸出功率為50 W，其原理框圖如圖1所示，輸入信號RF首先經過信號限制器到定向耦合器，然后經過增益平衡電路到低電平驅動放大器A1，A1由5個串連的寬帶晶體管放大器及推挽級組成，共有36 dB的增益量；內部層有反饋可以改善頻響平坦度以及各級的偏差。信號經過A1的放大后送到功分器A2A5，在這里被分為4個相等的信號，分別去驅動功放A2A1、A2A2、A2A3、A2A4。這 4 個放大器的輸出分別驅動未級放大器的4個RF放大器，這4個完全相同的RF放大器組成未級放大器，未級放大器有獨立的直流穩壓電源，4個未級放大器的輸出通過功率合成器（也叫合路器）合成一個信號，送到整個放大器的輸出口，提供所需的功率輸出。

其它放大器的功率放大部分的工作原理基本相同（行波管的放大器例外，這里暫不涉及）。功率更大的放大器的級數多幾級，功分器分出的信號路數也更多，功率合成也要分幾級來完成；另外大型放大器都有功能強大的控制板，具有很強的自檢功能及保護功能，在出現故障后能馬上停止對功率放大模塊供電，并給出故障的大概位置。

圖1 原理框圖

2 放大器的維修

2.1 維修思路

AR50W1000分為三級放大，A1為第一級，A2為第二級，RF放大為第三級，每一級都相對獨立，在維修的過程中可以根據情況進行隔離，單獨進行檢查，能較快地把故障定位在某一級上。如放大器經常遇到的沒有放大功能，或者沒有信號輸出，我們可以從后向前逐級檢測信號，發現哪一級信號開始不正常，那么前面信號正常的各級元器件未損壞，信號不正常的這一級有元器件損壞，可以在這一級電路上查找損壞的元器件。在各級內部，又分為幾層，用同樣的方法可以鎖定故障層。具體到某一層后，因為基本都是分離器件，就可以通過用數字多用表測電阻值判斷出損壞元器件。在放大器中，如果元器件損壞，因為功率大，損壞都比較嚴重，肉眼就可以看出，如燒焦，顏色不正常，維修中這種情況占的比例很大。

放大器的維修中有以下需要注意的地方：一定要確保地線良好接地，否則可能燒壞放大器，曾經有用戶地接得不好，有115 V交流，把輸入級燒壞了很多器件；輸入信號≤0 dBm，注意靜電，檢修時，輸入端接上50 Ω終端負載防止外部未知信號進入放大器；AR的大功率放大器是多個模塊通過合路器合成，需保證每個模塊的功率相差不大，并且相位一致，測試時用小信號測試；輸出端要注意負載阻抗匹配，注意負載能否承受放大器輸出的功率，放大器不要在額定輸出功率長時間工作，在系統中，最好先輸出小信號先測試系統的駐波（VSWR）。

大型放大器都有功能強大的控制板，具有很強的自檢功能及保護功能，在出現故障后能馬上停止給放大級供電并給出故障的大概位置。如AR3500A100在OPERATE狀態時的主菜單有下列 選 項 ：MANUAL、PULSE、ALCINTERNAL、SERVICE、SETUP、SCREEN；選擇 SERVICE 就能顯示放大器的工作狀態，正常就顯示“SYSTEM OK”；故障時就顯示報錯信息，例如報錯“-15VD-COK”，是-15 V直流電源出故障，可檢查PS5電源模塊；再如報錯“A6A2-2 PAF1”是A6A2-2板損壞，這種情況一般是A6A2-2上的放大管AR188已損壞，嚴重的還會燒壞放大管周圍的元件；換放大管后，要對這個放大板的參數重新進行調整，有時不調整仿佛功能也正常了，有信號輸出，但這時放大管并不是工作在最佳狀態，很可能最大功率達不到指標，或者用不了多久相同的放大管又損壞；參數調整時，需要將放大板預熱到一個穩定的狀態。通過這些自檢信息，能大大縮短檢修時間。

2.2 維修實例

一臺AR50W1000出現輸出功率小的故障，輸出功率只能達到10 W。用頻譜儀觀察發現穩定的載波信號經過放大器的放大后，除幅度不穩定外，頻譜還不純。將頻譜儀的SPAN設為10 MHz時信號幅度不穩定，上下跳動，最大值和最小值相差達10 dBm，把SPAN減小到50 KHz后在頻譜儀上就能看到頻譜不純，在中心頻率兩邊有很多對稱的幅度逐漸減小的信號，很像是對載波進行了調制。

在放大器輸入口（INPUT）輸入載波信號，逐級檢測信號，最后發現在低電平驅動放大器A1的輸出端這種情況就存在，而輸入到低電平放大器的信號正常。根據分析，問題就出在A1。檢查A1的電源，供電電壓應為28.0 V，測試值為27.8 V，在誤差范圍內，認為電源沒有問題，各級也沒有燒糊的元器件，電阻測量也基本正常。

低電平驅動放大器有5層，從放大器的輸入口（INPUT）輸入載波信號，逐層測量各層的輸出信號，發現第一層頻譜似乎比較純，第二層雜波稍有一點，第三層雜波又大一點，第四層雜波又再大一點，第五層雜波就很大了。于是就跳過第一層和第二層，直接把輸入到低電平放大器的信號輸入到第三層，測試發現第三層也比較純，第四層比較大一點。又分析會不會是前面的信號里面有調制，只是開始比較小檢測不出，經過一層二層的放大后才檢測到。于是就直接把信號源的載波信號輸入到第一層的輸入端，看看經過放大的情況，結果還是頻譜逐漸變差，而且越來越明顯。

這種情況可確定是跟各層有關系的元器件損壞，再經各層放大，現象越來越明顯。

經過分析認為供電電源不穩定，于是通過用示波器看電源輸出電壓的波形，得到證實！電壓有很小的紋波，這種紋波用數字多用表是看不出來的（這是最迷惑人的地方）。把電源和放大電路斷開，還是有紋波，而測量5 V和12 V電源的輸出電壓無此種紋波。轉回來重點檢查28 V電源模塊。

圖2 28 V電源電路

28 V電源電路如圖2所示，是一般的線性電源。交流電經過CR1、CR2整流，C1濾波后通過一個穩壓集成塊U1輸出穩定的28 V直流電壓。R2調節輸出電壓，在檢修時能方便地把輸出電壓調整到28 V；R1調節限制電流，在電流超過限制電流時使輸出電壓迅速變小，起到保護作用。輸出電壓能穩定在28 V，可以確定集成塊U1是好的，輸出電壓有紋波，通常可認定起濾波作用的電容損壞，測量電源模塊的電容容量，電容C1的容量為零，應該是使用時間長，電容變干，無容量。換上新的電容，再來測試電源的輸出，沒有紋波，把修好的28 V電源模塊接入到放大電路上，放大器輸出功率基本能達到50 W。

3 大型放大器的日常護理

放大器日常護理要注意以下事項：放大器的供電電壓穩定，最好是經過濾波和穩壓；放大器的輸入信號要≤0 dBm，頻率不能超過放大器的允許范圍；增加信號源的功率時，要緩慢增加，避免一次增加過大；放大器不要長時間工作在額定輸出功率，也不要工作在飽和狀態；放大器的輸出端口要接匹配的負載。

電磁兼容實驗室經常會做200 V/m的電場輻射敏感度實驗，在頻率為1 GHz以下要用幾千瓦的大型放大器去推動大型天線才能完成，放大器及其附屬設施組成一個大型的系統，需專門為放大器配備一個功放間，以保證放大器對環境的要求。功放間的框圖如圖3所示，在日常使用中加強對功放間的護理，能減少放大器的故障率。下面討論功放間在日常護理中應該特別注意的問題。

圖3 功放間

3.1 溫度的問題

電子元件在接近常溫時，每上升10℃，壽命減少到1/2～2/3；另外隨著使用時間的增加，電解電容的封口會漏出氣化的電解液，而且會隨著溫度的升高而加速，一般認為溫度每上升10℃，泄漏速度會提高至2倍。在放大器中放大管和合路器都要產生大量的熱量，如果熱量不能快速散走，放大器內部溫度上升快，就很容易燒毀放大管及合路器；溫度過高會加速放大器老化。所以散熱對維護放大器有重要作用，除了放大器本身散熱外，放大器工作環境散熱也非常重要，因為環境溫度過高，放大器內部的熱量散出去就困難得多。放大器要求環境溫度控制在5℃到40℃之間。

功放間配置的專用空調能提供強大的散熱氣流。平常使用中就要注意空調的運行情況，不可在無空調環境下讓放大器運行；特別是多注意風道是否通暢，加強對功放間的進風口和出風口的日常維護；有用戶在放大器損壞后，發現當時功放間的進風口的風量相當小，不到正常時的1/3，然后檢查各處濾網，發現已被灰塵堵死。空氣中灰塵多，很容易把進風口的濾網堵住，因此建議每半年清洗一次風道各濾網，特別是進風口的濾網。

3.2 濕度的影響

放大器在環境溫度為31℃時要求濕度最大為80%，在40℃時線性的減少到最大為50%。在實際使用中，功放間有以下規律，冬天空氣干燥，所以功放間的濕度很低，基本都在70%以下；夏天晴朗時濕度也不高，但下雨時，濕度就很大，經常達到90%以上；春秋季濕度比較高，空氣顯得潮濕，如果再加下雨，功放間的濕度很容達到90%以上，這個時候進入功放間經常能在墻壁上看到水珠。在維護工作中，我們發現功放間里的放大器對濕度確實特別敏感，有一臺放大器更是出現因環境太潮濕不能啟動，除濕后才能啟動的現象。潮濕是導致電子儀器設備失效的主要因素之一，高溫高濕作用于儀器的電路板和元器件時，會構成水氣吸附、吸收和擴散作用，電性能下降。

潮濕環境對放大器會造成很大的損壞，有些損壞是長期漸進式的，表面上看濕度很大時用除濕機除濕后又能正常工作一段時間，但它對放大器的損壞卻是不可逆的，長期在這樣的工作環境下，放大器故障率會顯著升高，放大器的使用壽命會大大縮短。所以要做好放大器維護工作，不僅要為放大器提供適宜的環境溫度，還要為放大器提供適宜的環境濕度，否則放大器也不能達到預期壽命。經常出現放大器頭天工作很正常，但第二天加電卻出現故障，這就是潮濕環境對放大器逐漸損壞造成的。所以除濕的工作不能因為放大器停止工作而結束。我們這里在空調除濕不能滿足要求的情況下，在功放間配置了一臺除濕機，專門對功放間進行除濕，效果很好，大大降低了放大器的故障率。

放大器不使用時功放間的門要保持關閉，如果長時間打開，會讓外界空氣進入功放間，造成放大器內部結露，導致放大器開機就損壞。在測試之前空調應該設定到除濕，在濕度計指示在60%以下放大器才能工作。放大器開機后保持STANDBY模式約10 min，充分預熱后開通強通風，此時放大器內部會輕微發熱，有助于排干內部水汽，外面空氣帶來的水汽也不會在放大器內結露，之后再按OPETATE鍵讓放大器工作。關機時注意在機器仍熱時就關閉強通風，使放大器內部保持干燥。

3.3 日常使用中注意電纜的維護

對于電纜要強調以下幾點：首先放大器連接的電纜除了考慮頻率指標外，還要著重考慮功率是否達到要求，如果功率達不到使用的要求，電纜就會燒毀，是沒機會更換的；其次是操作人員在斷開和連接電纜的時候，要隨時注意哪一部分是可以旋轉的，哪一部分是不能旋轉的，更不能整個一起旋轉，否則就會損害電纜和接頭，要注意螺紋對齊后慢慢旋轉，沒有對齊會很費勁，要停下來，重新對齊，否則就會損壞接頭；不要踩電纜，也不要讓設備壓在電纜上；電纜不用的時候，接口要用保護帽保護好，否則接口上會積累灰塵，嚴重的會氧化，光纖端口和RF波導端口尤其要注意。

大型放大器因為輸出功率很大，所以輸出端口駐波（VSWR）的變化對放大器的影響很大，駐波過大功率反射就會損壞合路器部分，很容易把合路器部分燒壞。在外接電纜時一定要保證連接良好，實驗的時候多注意駐波的變化，特別是每次重新連接電纜后（大部分放大器都能夠在面板上顯示前向功率FORWARD POWER和反射功率REFLECTED POWER，如果反射功率變大，就表示駐波變大）。在天線輸入端口的連接處（如圖3中A點和B點）做實驗時要經常斷開和接通，操作不當很容易出現接觸不良，就會使信號反射到接頭處生成高溫，有單位發現在AR3500A100放大器的輸出電纜連接到EFG-03天線的接口處出現故障，連接處的SC型接頭被燒化，EFG-03天線的SC接頭燒壞的同時后面的匹配電路也很容易燒壞，EFG-03天線內的匹配電路燒壞就只有聯系廠家更換，費用貴不說，周期還相當長。另外做電場輻射敏感度實驗時要經常切換天線，切換時移動電纜要注意不要把電纜折得小于電纜允許的彎曲半徑，特別是天線上固定電纜的位置（如圖3中A點和B點），因為移動天線時電纜這個位置受力最大，很容易損壞。所以駐波異常時要馬上進行維護，找出駐波異常的原因，修好后再用。

4 結束語

提高放大器維修技術，在放大器出現故障時快速解決問題，這樣既可以節約維修費用，又能保證科研生產的正常進行；平常使用中注意功放間的護理也能有效避免放大器出現大故障，避免不必要的損失。希望本文對放大器的維修者和使用者有所助益。

[1] 陳梓誠.電子設備維修技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 何庶民.合成掃頻信號源的維修方法[J].電子工業專用設備，2016，45(10)：54-59.

[3] 毛遠端.常用電子儀器維修[M].北京：機械工業出版社.2005.

Maintaining of the Amplifier

HE Shumin
(Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China)

In order to reduce the probability of failure of the amplifier，improve the utilization of the amplifier，the need for maintenance of the amplifier.This paper introduces the basic principles and maintaining method of the amplifier.And put forward specific measures to strengthen amplifier maintenance and repair.

Amplifier；Maintain；Temperature；Humidity

TN607

B

1004-4507(2017)05-0063-05

2017-04-04