短波發射機高末燈絲電壓控制方式

陳澤番

（國家廣播電視總局731臺，福建龍巖，364000）

0 引言

現代大功率短波發射機電子管是發射機高周系統的核心部件，與普通電子管相比成本較為昂貴，且長期工作在高電壓、強電流、滿功率輸出的狀態中，使電子管成為發射機維護中較為常見的故障點。燈絲為發射機電子管的最主要器件，保護燈絲（陰級），維持其電子發射能力是短波維護工作的重中之重。電子管在工作啟動的瞬間，冷態的燈絲上會產生一個比正常工作大很多的沖擊電流，這個沖擊會對燈絲造成極大的傷害；因此如何有效控制電子管電壓的升降方式尤為重要。

圖1 燈絲供電原理圖

1 燈絲調壓方式

由于發射機機型、電子管工藝不同等，燈絲控制方式也會有差異。早期電子管燈絲電壓多采用機械式自動或手搖380V交流電壓；我機房原發射機為航天部23所SW100B型短波發射機，它采用機械式調壓器的控制方式。機械調壓器控制方式是通過電機驅動燈絲調壓器，通過改變變壓器二級線圈匝數來改變輸出電壓。其優點為輸出波形較為穩定，不受干擾；但體積龐大，反應速度較慢，長時間使用存在機械磨損等問題。

當前發射機為北廣科技有限公司生產的DF100A型發射機，燈絲電源分為燈絲一段、燈絲二段。電源由母線排3相230V通過斷路器1CB10為PA電子管提供，供電采用直流供電，這樣能有效提高發射機信噪比指標。燈絲供電原理圖：

圖2 燈絲開機允許空開邏輯

2 燈絲電源控制方式

上位機點擊全燈絲后，系統會對開機允許邏輯進行檢測，分別為1CB3主 泵、1CB4備 泵、1CB5主 風 機、1CB6調制器風機及外圍冷水機組配電空開，當所有條件均滿足時，則系統上位機輸出24V電壓通過1A2開關量輸入板的2A送至2B。此時FPGA送出合風水的控制信號，則1K3主泵繼電器或1K3備泵繼電器、1K5主風機繼電器、1K6調制器風機繼電器及外圍冷水機組配電繼電器吸合。冷水機組水泵開始工作，風機水泵運轉正常（水流量、水壓檢測正常），系統自動發出合燈絲的控制指令至1A3開關量輸出板，繼電器K1吸合1、2觸點導通，使燈絲一檔1K10A的交流接觸器合上，在燈絲一段正常后通過設置燈絲1-2段預熱延時（延時范圍是0-12.583秒），系統檢測到一段電壓正常，合上燈絲二檔1K10B。如果新換電子管，可以通過更改控制軟件FPGA內部設置，適當延長燈絲二段閉合時間。在監測到二段燈絲電壓正常后，進入燈絲延時預熱階段，延時時間設置范圍為0—105分，最后再加上高壓試機。

圖3 燈絲允許條件繼電器圖

發射機具有快速恢復燈絲電壓的功能，根據失電時間（0—26秒時長可自行設置），自動發出升燈絲指令，按快啟程序完成燈絲控制，取得燈絲預熱延時。

電子管因其冷態燈絲電阻遠低于熱態燈絲電阻，如若瞬間加上正常工作電壓，有可能對燈絲造成損害。電子管FD003Z采用直流加熱，當發射機高壓一段合上時，由于限流電阻(1R7、1R8、1R9)分壓，交流電源輸出130V進入燈絲變壓器，使變壓器輸出約4.63V三項交流電壓至整流器，提供約4.41V直流燈絲電壓；當高壓二段合上時，限流電阻被短路，直接輸出230V交流電壓至變壓器，使其輸出8.53V交流電壓至整流器，為燈絲提供約9.68V的直流燈絲電壓。燈絲電壓分兩段升起，可防止電子管陰極應瞬間增大受力損壞燈絲，保護燈絲壽命。

圖4 開關量輸出板燈絲控制原理圖

3 開關量輸入、輸出板原理

發射機控制系統通過開關量的輸入接口，完成發射機與控制系統開關量輸入的轉接，由9針DB頭連接至下位機。當發射機滿足開機允許邏輯時，系統送出24V電源，送至開關量接口板上，通過100Ω電阻分配到輸入量的A點，通過外圍各個繼電器節點將24V送回至B點。

發射機滿足開機條件后，上位機點擊全燈絲，FPGA輸出低電平開通光電耦合器，光電耦合器輸出+5V信號到ULN2803A,控制三極管2N5915導通，系統控制板輸出24V電源，使發光二極管點亮，促使繼電器K1吸合，發射機開始預熱工作。

4 燈絲電流取樣監測電路

圖5 開關量輸入接口板原理圖

圖6 開關量輸出電路原理圖

當前控制系統的模擬量輸入，支持20Hz-1000Hz交流信號，可對燈絲電流進行監測。燈絲取樣電流通過JB1輸入到運算放大器TL074，通過TL074跟隨后進行放大處理，放大后送到AD536A進行交直流轉換，轉換完成后再進行10Hz低通濾波，然后信號一分為二分別送到AD7328進行AD轉換，一路送至FPGA進行數據處理，最后通過計算得出當前電流的零位AD值和修正系數AD值，保存設置后，即可實時顯示發射機燈絲電流值；另一路通過JB1端子輸出，為接下去技術改造輸出模擬表頭顯示預留線路。

圖7 開關量輸出接口板電路圖

圖8

5 當前工作方式的不足及改進建議

電子管正式使用前一般要進行老練測試，這有有效消除真空器件內毛刺、吸收殘余氣體、增強極間耐壓、改善管內真空度等，為接下去電子管在發射機上正常工作做好準備。當前燈絲電源控制方式雖然采用了燈絲兩段方式，燈絲電流由0A至一段的185.3A，再至二段的295.1A，其電流躍變還是很大，無法使燈絲電流緩慢增加，且無法長時間保持吸合在燈絲一段狀態，若強制使燈絲一段長時間吸合，限流電阻（1R7、1R8、1R9）會過熱引起電阻燒壞。

由于沒有黑燈絲功能，當發射機長時間處于非播音時間，只能將發射機狀態至于全燈絲狀態，不但對電力資源是較大浪費，也會縮短燈絲壽命。

為解決當前發射機存在的不足，可結合通用控制系統在燈絲電源處增加可控硅調壓器。可控硅調壓器在零位燈絲時，處于關斷狀態，不輸出電壓；當電壓從零位升至黑燈絲時，開始逐步導通輸出電壓；在黑燈絲位置進行預熱延遲，并可通過系統設置時間長短；黑燈絲結束后再緩慢升至全燈絲狀態。當關閉發射機時，電子調壓器也可緩慢降低燈絲電源，避免因電流突然關斷引起對燈絲造成傷害。

圖10

圖11

當前控制系統具有對電子管燈絲電子調壓器控制功能，只需將電子調壓器安裝調試即可。FPGA按照I2C原理控制AD5628輸出0-2.5V電壓，經過運算放大器進行4倍放大，輸出0-10V電壓。為防止工作期間收到高電壓影響，DA采用隔離輸出，經過2000V隔離耦合放大器IS0124U隔離后送到LF355進行放大，最后輸出至JB1-16C控制電子管燈絲電子調壓器。

6 結束語

我機房發射機由原航天部SW100B發射機換成北廣科技DF100A發射機，各部件及控制系統都有了較大的改進，但在部分地方卻不及原發射機，如在燈絲控制方面雖然集成度更高，卻缺乏較為合理的燈絲電源控制方式，這對日后的維護和技術改造工作提出了更高的要求。