DF50A型50KW短波發射機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

廣西廣播電視一〇一臺有三部DF50A型50kW短波發射機：兩部主機，一部備機。每天由其中兩部發射機分別進行八個小時的播出發射，長年累月地工作，發射機難免出現一些常見故障，較為典型的就是高末柵陰碰極故障與高末柵簾碰極故障。熟悉這兩種故障產生的原因并掌握其判斷和處理方法，對保障發射機的安全具有重要的意義。

一、電子管各電極的作用

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

四極電子管的四個極分別是一個陰極,一個屏極，一個柵極，一個簾柵極。其頂視圖和符號如圖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

陰極的作用是發射電子，其發射電子的方式采用熱電子發射。電子管的陰極按加熱方式分為直熱式和旁熱式，通訊設備用的電子管絕大部分是旁熱式。旁熱式陰極是一個空心金屬管，管內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射電子。屏極的作用是吸收從陰極發射出來的的電子。柵極的作用是控制由陰極發射到屏的電子流量。因為柵極接的電壓是負壓，所以電子管柵極和陰極之間產生了一個對陰極發射往屏極的電子有排斥作用的負電場。改變柵極電壓，便能改變該電場對電子的排斥力，從而控制由陰極流向屏極的電子數量，即柵極能控制屏流的大小。又因為柵極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減小柵極和屏極之間跨路電容的影響。被電介質隔開的兩個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，跨路電容的容抗很大，對電路的影響小，但在高頻時，跨路電容的容抗下降，這時一部分屏極回路中放大的交流電壓就會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作用在柵極的原信號電壓上。如果反饋的電壓與原信號電壓相位相同，則此輸入的信號電壓將會增大，因此屏極回路負載上得到的交流電壓也會相應增加，這又使更大的電壓通過跨路電容反饋回柵極回路。如此反復下去，三極電子管工作便極不穩定，甚至產生自激振蕩而出現嘯叫聲，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。

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，因為金屬板會使陰極發射的電子不能流到屏極，使電子管不能工作。實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減小到零，但實踐證明，這樣已使影響減小到不會發生自激振蕩的程度。

從屏蔽作用來考慮，簾柵極應該接地，但零電位的簾柵極會妨礙電子流向屏極，屏流則會減小，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，因為跨路電容的影響是在高頻時產生的，所以說在屏蔽時要接地針對的是高頻交流電。簾柵極經過一個容量足夠大的電容接地，同時把簾柵極接上一個直流正電壓，這樣，簾柵極對于直流而言，是接正的直流電壓，對高頻交流而言，當電容的容量足夠大時，它的容抗很小，就相當于接地。這個電容稱為簾柵極的旁路電容。

簾柵極因為接著直流正電壓，所以對從陰極射向屏極的電子有加速作用，使得這些電子的動能變得很大。這些高動能電子轟擊著屏極，使屏極產生大量的熱量。在屏極下面設計一個進水口和一個出水口，純凈水通過在屏極進行超蒸發冷卻，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定。

四極電子管各電極之間是絕緣的，理論上絕緣電阻應該是無窮大的，不過，實際上由于各種原因，電極間的絕緣電阻往往會降至幾千兆歐，甚至幾十兆歐。當發生柵陰碰極或柵簾碰極時，相碰的兩個電極間的絕緣電阻便為零或者接近零，那樣便會打亂各電極的獨立作用。

二、高末柵陰碰極的故障現象與故障分析

DF50A型50kW短波發射機在播出時，高末陰流連續過荷掉高壓，高末柵流表反偏，高末偏壓表顯示從-400V變為-200V左右，重加高壓，調制器封鎖，功率控制板9A5上的連鎖燈DS5不亮，高末級無屏壓與簾柵壓，發射機無功率輸出。

圖2是DF50A型50kW短波發射機高末電子管柵陰碰極原理圖。當發射機高末電子管柵陰碰極時，柵陰短路，柵極和陰極之間產生的對陰極發射往屏極的電子有排斥作用的負電場消失，即沒有排斥力阻礙陰極的電子發射往屏極，使得陰極電子瞬間大量地發射往屏極，導致屏流瞬間變大，從而使發射機高末陰流連續過荷掉高壓。

圖2 高末電子管柵陰碰極原理圖

DF50A型50kW短波發射機在加高壓加激勵后，如果機器是正常播出狀態，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。而發生柵陰碰極后，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，如圖2中的虛線所示，此時電流方向與正常狀態的柵流方向相反，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變為-200V左右。

因高頻激勵信號被短路，使柵流傳感器不動作，所以加高壓后調制器封鎖，功率控制板9A5上的聯鎖燈DS5不亮，高末級無屏壓和簾柵壓，發射機無功率輸出。

當DF50A型50kW短波發射機出現高末柵陰碰極的故障現象時，由圖2可知，只需卸下電阻3R19便可作進一步確認。當落燈絲、卸下電阻3R19后，重加燈絲，柵流表變為0V，偏壓表變為-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期發熱變形，從而相互接觸碰極，也有可能是電子管內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搖表搖測電子管座的柵極接觸片和陰極接觸片之間的絕緣進行檢查。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；若搖表搖測兩者絕緣不為零或者不接近零，則無需更換電子管座。測完電子管座，再用搖表搖測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，則高末電子管內部的柵極與陰極碰極，這時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象與故障分析

DF50A型50kW短波發射機播出時，機器掉高壓，重加高壓，末前級基本正常，高末柵流表反偏，高末簾柵流與高末屏流急劇增大過荷，機器過荷掉高壓。

圖3是DF50A型50kW短波發射機高末電子管柵簾碰極原理圖。當發射機高末管發生柵簾碰極后，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。如圖3中的虛線所示，電流方向與發射機正常播出狀態時的柵流方向相反，從而導致了高末柵流表反偏。

圖3 高末電子管柵簾碰極原理圖

當柵簾碰極后，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，柵極由原本的負壓變為正壓，使得電子管原本柵極與陰極之間產生的對陰極發射往屏極的電子有排斥作用的負電場轉變為具有吸引作用的正電場。這正電場吸引著大量的陰極電子急劇射向屏極，從而導致高末簾柵流與高末屏流急劇增大過荷，機器過荷掉高壓。

當DF50A型50kW短波發射機出現高末柵簾碰極的故障現象時，由圖2可知，只需卸下電阻3R19便可作進一步確認。當落燈絲、卸下電阻3R19后，重加燈絲，柵流表變為0V，偏壓表變為-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期發熱變形從而相互接觸碰極，也有可能是電子管內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搖表搖測電子管座的柵極接觸片和簾柵極接觸片之間的絕緣進行檢查。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；若搖表搖測兩者絕緣不為零或者不接近零，則無需更換電子管座。測完電子管座，再用搖表搖測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，則高末電子管內部的柵極與簾柵極碰極，這時處理故障的方法是更換好的電子管。

四、結語

綜上所述，當DF50A型50kW短波發射機發生高末柵陰碰極時，發射機的高末柵流表有反偏現象，當發生高末柵簾碰極時，重加高壓，發射機的高末柵流表有反偏現象。所以通過觀察高末柵流表反偏這一現象，便能快速判斷柵極有無碰極，從而快速采取相應的故障處理預案。當發射機發生故障時，有時候更換元器件并不需要多長時間，反而是排查故障需要時間，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間，迅速地修復發射機。