DF50A型50KW短波发射机高末栅阴碰极与高末栅帘碰极的故障分析

吴好光 黄小聪 蒙子扬

广西广播电视一〇一台有三部DF50A型50kW短波发射机：两部主机，一部备机。每天由其中两部发射机分别进行八个小时的播出发射，长年累月地工作，发射机难免出现一些常见故障，较为典型的就是高末栅阴碰极故障与高末栅帘碰极故障。熟悉这两种故障产生的原因并掌握其判断和处理方法，对保障发射机的安全具有重要的意义。

一、电子管各电极的作用

DF50A型50kW短波发射机高末管采用的是型号为4CV100000C的电子管，它是一种大功率的金属陶瓷四极电子管。

四极电子管的四个极分别是一个阴极,一个屏极，一个栅极，一个帘栅极。其顶视图和符号如图1所示，f为灯丝，k为阴极，a为屏极，g1为栅极，g2为帘栅极。

图1 四极电子管的顶视图和符号

阴极的作用是发射电子，其发射电子的方式采用热电子发射。电子管的阴极按加热方式分为直热式和旁热式，通讯设备用的电子管绝大部分是旁热式。旁热式阴极是一个空心金属管，管内装着绕成螺线形的灯丝，给灯丝加上电压，依靠加热电流通过热丝使阴极间接加热而发射电子。屏极的作用是吸收从阴极发射出来的的电子。栅极的作用是控制由阴极发射到屏的电子流量。因为栅极接的电压是负压，所以电子管栅极和阴极之间产生了一个对阴极发射往屏极的电子有排斥作用的负电场。改变栅极电压，便能改变该电场对电子的排斥力，从而控制由阴极流向屏极的电子数量，即栅极能控制屏流的大小。又因为栅极距离阴极比屏极距离阴极近得多，所以栅极控制电子的能力比屏极大得多，只要栅压有少量变化便能引起屏流发生较大变化，这就是电极管具有放大作用的原因。

帘栅极的主要作用是用来减小栅极和屏极之间跨路电容的影响。被电介质隔开的两个金属体之间存在着一定的电容，电子管的栅极和屏极之间就形成了电容，叫跨路电容。在低频时，跨路电容的容抗很大，对电路的影响小，但在高频时，跨路电容的容抗下降，这时一部分屏极回路中放大的交流电压就会通过跨路电容反馈回栅极回路。反馈的这一部分电压就附加到原来作用在栅极的原信号电压上。如果反馈的电压与原信号电压相位相同，则此输入的信号电压将会增大，因此屏极回路负载上得到的交流电压也会相应增加，这又使更大的电压通过跨路电容反馈回栅极回路。如此反复下去，三极电子管工作便极不稳定，甚至产生自激振荡而出现啸叫声，从而使得放大器不能正常工作，这就是三极电极管的主要缺点。

如果在三极电子管的栅极和屏极之间加入一块接地的金属板，屏极回路的电压就不会反馈到栅极回路上，跨路电容的影响就可以消除。但这样行不通，因为金属板会使阴极发射的电子不能流到屏极，使电子管不能工作。实际上要起到屏蔽作用不一定要用一块金属板，在四极电子管中就是用一个帘栅极代替了金属板。用帘栅极代替金属板，虽然跨路电容的影响不会减小到零，但实践证明，这样已使影响减小到不会发生自激振荡的程度。

从屏蔽作用来考虑，帘栅极应该接地，但零电位的帘栅极会妨碍电子流向屏极，屏流则会减小，为了使电子管有一定大小的屏流，帘栅极必须接正电压。帘栅极一方面要接地，另一方面又要接正电压，因为跨路电容的影响是在高频时产生的，所以说在屏蔽时要接地针对的是高频交流电。帘栅极经过一个容量足够大的电容接地，同时把帘栅极接上一个直流正电压，这样，帘栅极对于直流而言，是接正的直流电压，对高频交流而言，当电容的容量足够大时，它的容抗很小，就相当于接地。这个电容称为帘栅极的旁路电容。

帘栅极因为接着直流正电压，所以对从阴极射向屏极的电子有加速作用，使得这些电子的动能变得很大。这些高动能电子轰击着屏极，使屏极产生大量的热量。在屏极下面设计一个进水口和一个出水口，纯净水通过在屏极进行超蒸发冷却，带走屏极的热量，可以使四极电子管保持一定温度，有利于四极电子管性能的稳定。

四极电子管各电极之间是绝缘的，理论上绝缘电阻应该是无穷大的，不过，实际上由于各种原因，电极间的绝缘电阻往往会降至几千兆欧，甚至几十兆欧。当发生栅阴碰极或栅帘碰极时，相碰的两个电极间的绝缘电阻便为零或者接近零，那样便会打乱各电极的独立作用。

二、高末栅阴碰极的故障现象与故障分析

DF50A型50kW短波发射机在播出时，高末阴流连续过荷掉高压，高末栅流表反偏，高末偏压表显示从-400V变为-200V左右，重加高压，调制器封锁，功率控制板9A5上的连锁灯DS5不亮，高末级无屏压与帘栅压，发射机无功率输出。

图2是DF50A型50kW短波发射机高末电子管栅阴碰极原理图。当发射机高末电子管栅阴碰极时，栅阴短路，栅极和阴极之间产生的对阴极发射往屏极的电子有排斥作用的负电场消失，即没有排斥力阻碍阴极的电子发射往屏极，使得阴极电子瞬间大量地发射往屏极，导致屏流瞬间变大，从而使发射机高末阴流连续过荷掉高压。

图2 高末电子管栅阴碰极原理图

DF50A型50kW短波发射机在加高压加激励后，如果机器是正常播出状态，栅流方向按栅极、阴极、1PS5R6、高末栅流表6M7、偏压电源的顺序方向流动。而发生栅阴碰极后，电流的方向则按偏压电源、高末栅流表6M7、1PS5R6、阴极、3L11、3R19、3R23的顺序方向流动，如图2中的虚线所示，此时电流方向与正常状态的栅流方向相反，这就是高末栅流表反偏的原因。

高末栅阴碰极后，栅极通过阴极、灯丝变压器中心抽头接地，3R19、3R23偏压电阻参与分压，大约-200V左右，高末偏压表显示从-400V变为-200V左右。

因高频激励信号被短路，使栅流传感器不动作，所以加高压后调制器封锁，功率控制板9A5上的联锁灯DS5不亮，高末级无屏压和帘栅压，发射机无功率输出。

当DF50A型50kW短波发射机出现高末栅阴碰极的故障现象时，由图2可知，只需卸下电阻3R19便可作进一步确认。当落灯丝、卸下电阻3R19后，重加灯丝，栅流表变为0V，偏压表变为-400V，即可判定为栅阴碰极。

栅阴碰极有可能是电子管座的栅极接触片或者阴极接触片长期发热变形，从而相互接触碰极，也有可能是电子管内部的栅丝过热变形或者阴极澎起从而相互接触碰极，也有可能两者兼而有之。落灯丝，卸下高末电子管，用1000V摇表摇测电子管座的栅极接触片和阴极接触片之间的绝缘进行检查。若绝缘为零或者接近零，则高末电子管座的栅极接触片与阴极接触片碰极，这时处理故障的方法是卸下电子管座，更换好的电子管座；若摇表摇测两者绝缘不为零或者不接近零，则无需更换电子管座。测完电子管座，再用摇表摇测卸下的高末电子管的栅极和阴极之间的绝缘，若绝缘为零或接近零，则高末电子管内部的栅极与阴极碰极，这时处理故障的方法是更换好的电子管。

三、高末栅帘碰极的故障现象与故障分析

DF50A型50kW短波发射机播出时，机器掉高压，重加高压，末前级基本正常，高末栅流表反偏，高末帘栅流与高末屏流急剧增大过荷，机器过荷掉高压。

图3是DF50A型50kW短波发射机高末电子管栅帘碰极原理图。当发射机高末管发生栅帘碰极后，栅帘短路，重加高压，电流的方向按偏压电源、高末栅流 表6M7、 1PS5R6、2R7、2R6、帘 栅 电 源、 2L1、3R25、3L16、3L11、3R19、3R23的顺序方向流动。如图3中的虚线所示，电流方向与发射机正常播出状态时的栅流方向相反，从而导致了高末栅流表反偏。

图3 高末电子管栅帘碰极原理图

当栅帘碰极后，栅帘短路，重加高压，在高末偏压电源与高末帘栅电源的作用下，栅极由原本的负压变为正压，使得电子管原本栅极与阴极之间产生的对阴极发射往屏极的电子有排斥作用的负电场转变为具有吸引作用的正电场。这正电场吸引着大量的阴极电子急剧射向屏极，从而导致高末帘栅流与高末屏流急剧增大过荷，机器过荷掉高压。

当DF50A型50kW短波发射机出现高末栅帘碰极的故障现象时，由图2可知，只需卸下电阻3R19便可作进一步确认。当落灯丝、卸下电阻3R19后，重加灯丝，栅流表变为0V，偏压表变为-400V，即可判定为栅帘碰极。

栅帘碰极有可能是电子管座的栅极接触片或者帘栅极接触片长期发热变形从而相互接触碰极，也有可能是电子管内部的栅丝过热变形或者帘栅丝过热变形从而相互接触碰极，也有可能两者兼而有之。落灯丝，卸下高末电子管，用1000V摇表摇测电子管座的栅极接触片和帘栅极接触片之间的绝缘进行检查。若绝缘为零或者接近零，则高末电子管座的栅极接触片与帘栅极接触片碰极。处理故障的方法是卸下电子管座，更换好的电子管座；若摇表摇测两者绝缘不为零或者不接近零，则无需更换电子管座。测完电子管座，再用摇表摇测卸下的高末电子管的栅极和帘栅极之间的绝缘，若绝缘为零或接近零，则高末电子管内部的栅极与帘栅极碰极，这时处理故障的方法是更换好的电子管。

四、结语

综上所述，当DF50A型50kW短波发射机发生高末栅阴碰极时，发射机的高末栅流表有反偏现象，当发生高末栅帘碰极时，重加高压，发射机的高末栅流表有反偏现象。所以通过观察高末栅流表反偏这一现象，便能快速判断栅极有无碰极，从而快速采取相应的故障处理预案。当发射机发生故障时，有时候更换元器件并不需要多长时间，反而是排查故障需要时间，因此，只要我们懂得各种故障的处理方法，便能缩短排查故障的时间，迅速地修复发射机。