大功率PSM短波发射机中电子管的可靠性增长研究

刘浩

【摘要】文章阐述了大功率PSM短波发射机中两只大功率电子管上机使用前的维护工作，结合工作实际，详细介绍了如何提高大功率电子管可靠性增长工作。

【关键词】电子管;冷打压;灯丝老炼;高压老炼;瞬时冲击

1.引言

脉阶调制发射机又称为PSM发射机，其原理是将发射机的供电和调制电路合二为一，由开关信号控制每一个电源模块，将若干电源模块输出电压按阶梯式迭加，所迭加起来的信号不仅具有音频信号的包络特征，而且获得了电平的放大。它将被加至高末电子管的屏极，与栅极的射频载波共同完成高功放和调制。大功率电子管作为大功率的短波发射机的核心器件，相当于发射机的“心脏”，使用和维护好电子管具有至关重要的作用。电子管价格昂贵，了解电子管的基本性能、结构特点，合理使用和维护电子管，可以大大延长电子管的使用寿命，无论对发射机的稳定性还是降低维护费用都具有十分重要的现实意义。

2.电子管的维护要点

电子管是发射机中最主要的消耗件和易损件，而且价格昂贵。电子管费用是发射机维护费用中最主要组成部分。电子管故障直接影响安全播出。电子管是发射机故障处理时检查的着眼点。发射机发生故障多种多样，原因复杂。但发射机绝大数技术性较强的故障原因之一是由于电子管本身损坏或者性能欠佳不能胜任工作所引起。电子管是利用真空条件下产生电子以及其运动规律来达到产生电磁振荡、放大或转换信号的有源器件。影响电子管工作和寿命的主要因素是灯丝电压（电流）、真空度、极间电压、管体温度和外部参数。因此，电子管的维护主要是灯丝电压、真空度的保持、合适的极间电压、管体的冷却及适中的外部参数。为了充分发挥电子管的使用效能，延长电子管的使用寿命，保证机器设备的稳定和正常运行，必须加强维护管理，正确合理使用。

2.1 电子管的运输和储存

电子管必须包装在厂家特制的防震包装箱内进行运输，严防包装箱倒置或倾斜，运输时必须使用原包装，并使电子管的轴线基本保持垂直。有些带有红色色标，用来指示电子管在装卸、运输的过程中是否有过度倾斜的现象。在运输中应避免受潮、撞击、强烈振动、翻滚等，并选择合适的运输方式。安装和搬运时，防止异物污染管壳，尤其是陶瓷部分。储存期间不得去掉陶瓷环的保护套，以保护电子管陶瓷环的表面清洁。不得用金属在陶瓷表面划痕，也不能在陶瓷表面作标记，否则会影响陶瓷绝缘性能。电子管应储存在温度为5℃～45℃，相对湿度不大于80%的干燥、清洁和无腐蚀性挥发物的场所，严禁倒置、卧放、翻滚和撞击电子管包装箱。如长期贮存，应用塑料袋封装，袋内放些干燥剂。

2.2 电子管的检查

2.2.1 外观检查与清洁

在检查外包装箱完好的情况下，应先检查电子管的外观，对芯柱、瓷环及各引线环进行检查，看是否有变形、破损或其他机械损伤等缺陷，在搬动电子管时应注意操作人员应戴白手套，提阳极法兰盘取放电子管。不允许拿陶瓷件、封接部位、氩弧焊边等易损坏部位，也不能使电子管重量承受在这些部位，应置于预先准备好的架子上。整个搬动的过程应使电子管的轴线基本保持垂直方向，避免机械撞击和强烈振动。

同时要检查是否清洁，如不清洁，应进行处理，以保证极间的良好绝缘性能和接触可靠。

（1）管壳清洁：管壳不清洁会漏电、爬电。当陶瓷管壳上积有尘垢时，先用中性肥皂水擦洗，最后再用干净纱布沾无水酒精脱水，切忌用四氯化碳等有机溶剂擦洗。

（2）电极引出端的清洁：电子管的电极引出环和阴极表面有污垢或氧化时，会造成电极接触不良，散热效果差，清洁电极的方法是先用细纱布轻轻地擦，再用干净布沾酒精擦洗干净，不得用刮刀或金属刷子之类工具清除。

2.2.2 电子管各电极的通、开路检查

电子管各电极的通路和开路检查，通常使用三用表来测试，一般方法如下：

（1）测量灯丝通路：测量发射管灯丝正常通路时，三用表指示的电阻数值很小（接近零位），如阻值很大时，则表示灯丝已断路。

（2）测量电极间开路：发射管各电极间（如阴极与栅极间、一栅与二栅间、栅极与阳极间）正常时是处于开路状态，三用表指示应是最大读数，如指针指示出一定读数时，电极间则可能是短路（碰极）了。但是，应当注意，一些发射管的电极（如栅极与阴极间、一栅与二栅间）距离很近，如管内真空度较低或绝缘管壳表面有污垢以及受潮后，就有可能出现“假碰极”现象。应进行清洁处理和经过老炼后，再进行测试，以判别好坏。

2.2.3 电子管极间绝缘检查

这项工作是测量电子管电极间绝缘阻值，它也是表征在规定的电压状态下衡量极间漏电流的物理量。测量时通常采用兆欧表（摇表）来进行检验，不同功率等级的电子管应参照使用说明书采用相应量级的摇表测量。中、小功率电子管由于极间距离近，耐压强度低，一般采用额定电压500V或1000V摇表，大功率电子管极间耐压强度高，各级应用电压高，通常采用2500V摇表测量。绝缘大小与气压温度有关，一般大于几十兆即证明不短路、不漏气就可以了。

（1）测试前应先检验一下摇表量程是否正常，其方法是先以额定转速（120r/min）空载摇动电机，这时电表指针应指示最大值（“∞”），然后降低摇速将两根测试笔触头短接一下，电表指针即迅速指示在零位，则表示摇表量程正常。

（2）测试时一般都是由两人配合进行，一人持摇表测试笔接触电子管电极，并告知所接触的极间部位;另一人摇动摇表（放在水平面上），并告知所测得的数据。在同一组电极间需要倒换一次测试笔的“﹢”、“﹣”接头，看两次所测得的阻值是否符合规范数值的要求。如测出一次阻值高，另一次阻值低，这种现象表明管内电极间有毛刺存在或真空度不良，在碳化钍钨阴极的电子管中，这种现象更为普遍出现。这类电子管一般经过打压和老炼处理后仍可恢复正常。如两次测得阻值都很低或电表指针指示零值，说明管子真空度很低或已产生碰极。这是，可通过玻璃壳管注意观察管内是否有辉光放电现象，可细听管内是否有放电的“噼噼”响声。已碰极的电子管在测试笔引线接头（在摇表的接线柱上）上也会有微弱放电现象。

（3）对于阻值较低和有异态现象（有毛刺，活碰极等）的电子管，应根据具体情况采取相应的措施进行老炼处理。如可用加快摇表的速度，用测试笔头连接瞬间接触电极，这样对异态现象较轻的电子管可能恢复正常。如不能处理好再作冷打压和老炼处理。

（4）对管体受潮而造成极间绝缘下降和假碰极的电子管，可用加热去湿法处理，仍可恢复正常。

表1 两种电子管极间绝缘值

管型 兆欧表规格 阴极与一栅 一栅与二栅 二栅与阳极

FU618F 1000V 200MΩ 200MΩ 1000MΩ

FD003Z 2500V 40MΩ 60MΩ 150MΩ

2.3 电子管的冷打压

当电子管的灯丝不加电压，而在有关电极间加入一定值高压（交流或直流），有意使电极间产生放电（限制放电电流），目的使电子管发生以下有利的变化;利用放电现象，去掉管内电极上的毛刺，免除电子管在高压电场应用时产生放电;利用离子轰击阴极上的毛刺和污垢，使其溅散气化;打压时从一电极上分离出来的微粒，被加速轰击另一电极，也会产生清除作用;绝缘体表面上的污染在强电场下产生转移或气化等。因此，电子轰击能较彻底地促使电极上氧化物的分解和破坏气体的吸附，从而有效地提高管内真空度和电极间耐压强度。应当指出，发射管进行“冷打压”处理，在放电瞬间温度是很高的，电极表面不但会产生“吸气”，而同时又会产生“放气”，这是由于放电瞬间高能气体离子的轰击下会解吸而释放出气体，同时，金属内部气体亦会同时放出。所以“吸气”和“放气”这两个过程是可逆的，应该设法使吸气量大于放气量，此过程就朝吸气方向发展，这样，就能提高管内真空度。反之，则会降低管内真空度，因此要合理掌握好程序。冷打压分：阴极与其他各极间，控制栅与帘栅极间，阳极与其他各极间。冷打压电子管电极连接方法：根据不同类型的电子管（三极管或四极管），其电极的连接方法有所不同，DF100A 100KW PSM短波发射机中使用的两种电子管是四极管，现以四极管的电极连接方法为例，如图1所示。

冷打压分：阴极与其它各极间，如图1（a）所示;控制栅与帘栅极间，如图1（b）所示;阳极与其它各极间，如图1（c）所示。

图1 四极管打压电极连接示意图

电子管分段冷打压时间一般为3分钟，冷打高压不宜时间太长，因为各电极在高压下时间久了会产生放气，这样会使其真空度遭到破坏。

2.4 电子管的老炼

（1）电子管灯丝老炼

电子管的灯丝老炼，就是通过加上额定值的灯丝电压和电流，依靠高温阴极的热辐射来加热内吸气剂和其他零件，从而起到吸收管内残余气体的作用。因此，管内电极和其它辅助零件表面，在冷态时会吸附残余气体，受热后会解吸出来被吸气剂吸收，这样就能提高管内真空度。这种方法，对处理管内真空度较低和经过多次冷打压，未能达到预期效果的电子管，是一种比较有效的措施。根据不同管型其老炼方法如下：

首先检查灯丝引线是否连接好，切忌带电操作，否则容易造成打火。大功率电子管灯丝加热功率较大，工作温度很高，在有关电极必须采用相应的冷却措施（如风冷、水冷和蒸发冷却）。在广播发射机上老炼时，通常都有灯丝调压装置。

电子管的灯丝老炼程序是，先加入灯丝电压额定值的25%，老炼10分钟左右，使阴极从冷态至热态有比较充分的稳定预热时间。然后再逐步升到额定值的50%，稳定老炼5-10分钟。最后把灯丝电压升至额定值（全压）老炼15分钟。经过老炼过程，其真空度和极间耐压强度都会有所提高。

（2）电子管高压老炼

电子管的高压老炼与“冷打压”处理的方法有所不同。它是在电子管各电极上加入规定电压进行的，目的是保证电子管在高压工作状态下电气性能的稳定性。这个老炼通常是把管子装在发射机上进行的。其步骤为：

调幅老炼的步骤：按正常的开机操作程序加入各极电压稳定工作后，分段加入调幅度。经验证明，大功率电子管在调幅度30%左右时，一般认为是管内吸气状态最佳阶段，为此，这时应稳定老炼10-15分钟。同时，可以结合调试发射机各项技术指标，以便在低调幅度下有足够的老炼时间。一般在调幅度为50%以下老炼时异态现象较少，当调幅度大于50%时，异态现象的出现会增多些，最好每次按5%递增调幅度稳定老炼5分钟，当超过80%时递增幅度应放慢，老炼时间再适当延长些，这样老炼效果更好。

当调幅度加至100%，稳定工作后，再用过调幅信号（105%），瞬时冲击几次，若无异态现象，老炼工作即可结束。

3.小结

电子管的早期故障率较高，为提高其工作可靠性，电子管必须按规定程序做可靠性增长工作，如果我们在电子管上机使用之前，就将电子管的各种隐患有效发现和消灭，无疑会大大减少大功率PSM短波发射机台外电子管事故的发生概率，有利于广播发射台的安全传输发射工作。

参考文献

[1]张秋谨.最新广播电视发射技术、数据与参数手册（第四册）[M].北京：清华大学出版社，2006，3.

[2]广播电视发送与传输维护手册（第四册）[S].国家广播电影电视总局无线电台管理局，2003，2，