淺談大、中型電子管燈絲饋電應注意的幾個問題

孫英男

摘 要：本文通過對大、中型電子管陰極燈絲特性的分析，介紹了電子管燈絲饋電時應注意的限流、穩壓問題以及有效消除燈絲電源交流噪聲的方法原理，對于穩定電子管工作狀態，延長電子管子的使用壽命，在實際中正確使用和科學維護電子管的方法上都有很好的理論和實際指導意義。

關鍵詞：電子管 陰極燈絲 限流 穩壓 平衡法

中圖分類號：TM24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0156-02

大、中型真空電子管是大功率高頻功率放大器系統中的核心放大元器件，造價昂貴，其使用壽命主要取決于陰極燈絲的壽命。大功率發射管輸出功率大，板壓高、板流大，因此陰極燈絲工作時的發射電流就很大（有的會達上千安培），而在燈絲電源啟動時，燈絲上就會急劇產生很大的沖擊電流而損壞燈絲，從而損毀電子管。同時電子管工作時燈絲電壓要求穩定在額定值，燈絲電壓過高或過低，對功率放大器的穩定工作和電子管的使用壽命都是不利的。因此大、中型真空電子管燈絲對供電電路的要求：燈絲電壓啟動必須采用限流啟動電路，工作期間電子管燈絲需要穩壓。另外對于大多采用交流燈絲電源的電子管，其交流噪聲特別嚴重，也必須采取有效的抑制措施。

1 限流啟動電路

發射電子管的陰極燈絲電流一般是幾百安培，甚至上千安培，而燈絲冷、熱狀態下的電阻相差十幾倍，即冷態比熱態時的電阻小10～13倍，如果瞬間將額定電壓加到冷的電子管燈絲上，將會在燈絲上急劇產生10～13倍的沖擊電流，瞬間的沖擊電流會產生強大的電磁力，陰極燈絲會在強大電磁張力和機械應力作用下遭到破壞，甚至燈絲引線也因迅速發熱而造成陰極饋電線路的損壞。根據電子管廠家提供的參數，啟動電流應不超過額定值的150%。因此，大、中型真空電子管的燈絲供電必須采取特殊的限流啟動供電電路，以保證啟動電流不應超過額定值的150%。隨著制造工藝的提高，新式大中型真空電子管燈絲的材料和結構都有了較大的改進，雖有效的降低了電磁力的影響。但同時還可以在電子管燈絲供電電路上采用分段式或磁飽和式變壓器啟動燈絲電壓，從而達到限流的目的。

1.1 分段式啟動燈絲電壓

為了有效的限制燈絲電壓啟動電流，可以采用分段式加燈絲電壓，其原理如圖1所示，開啟燈絲電壓時，K1先合閘，供電電流通過降壓電阻，使燈絲變壓器輸出電壓降低，經過一段延時后，K2閉合，降壓電阻R被短路，燈絲變壓器得到全部電壓。應該注意的是第一段限壓過程只能作為短暫的過渡過程使用，不能長時間使用，否則降壓電阻回因過熱而燒壞。

1.2 磁飽和式變壓器

另一種方法是可以采用磁飽和式變壓器如圖2所示，限流啟動燈絲磁飽和變壓器的鐵芯，在初、次級之間設一個帶有空氣隙的磁分路，加電以后，次級電流產生一個反磁電動勢，與初級磁電動勢想抵抗，迫使其由分磁路返回，而且次級電流越大，此路分流越多，這樣就有效的抑制了次級電流的增長。

調整分磁路空氣隙的大小或分磁鐵芯界面，可以調整啟動電流。分磁路磁阻過小，會造成次級電壓過低，反之，會使限流作用減弱。通常會使啟動電流保持在額定值的150%以內。

2 調壓穩壓器

電子管工作時燈絲電壓要求穩定在額定值，一般允許燈絲電壓變化范圍為5%，如果能把變化范圍控制在1%使用，則對延長電子管的壽命非常有利的。對于不同類型的陰極，其燈絲電壓變化范圍也不盡相同。如氧化物陰極，一般直熱式的陰極燈絲電壓，允許變動5%，間熱式的允許變動10%。而鎢絲管的燈絲電壓增高使燈絲電流增大，燈絲過度加熱會引起燈絲強烈蒸發，使燈絲變細。由于燈絲各個部位變細的程度不同，較細的部位電阻大，發熱量大，從而使這一部分很快的燒壞。反之，燈絲電壓過低，電子發射不足，陰極會受到氣體離子的轟擊而損壞。理論分析得出，鎢絲管燈絲電壓降低7.5%放射電流降為50%，管子的壽命提高為原來的3倍。而燈絲電壓提高6%，壽命為原來的50%。因此，在不影響輸出功率和技術指標的情況下，盡量降低絲壓使用，可以延長電子管的使用壽命。

以上說明，在選定使用的真空電子管之后，一定按照額定燈絲電壓供電，尤其是要保證其電壓的穩定，否則將會引起燈絲電流的起伏，從而造成電子管功率放大器工作狀態、運行指標的改變，更會影響電子管的使用壽命。在工程實際中，為了精準、有效的控制燈絲電壓供電，通常使用調壓穩壓器。

調壓穩壓器由調壓器和調壓控制器組成，其原理結構如圖3，調壓器和調壓控制器組成閉環控制的交流穩壓系統，調壓器為系統的執行機構，當電源電壓或負載電壓波動時，取自調壓器輸出端的電壓取樣信號，經過調壓控制器中的測量、比較和放大，得到一個控制電壓，驅動調壓器的伺服電機D，對調壓器進行自動調節，使輸出電壓恢復到額定值的范圍內，達到穩壓的目的。

3 燈絲饋電交流噪聲的抑制

高頻功率放大器的噪聲系數是衡量其性能的重要指標之一，噪聲系數反應著放大器的噪聲性能，在應用中，人們總是希望放大器的噪聲愈小愈好，即噪聲系數接近于1，所以，在實際中必須采取有效的措施降低放大器的噪音。

實踐證明，造成高頻功率放大器噪聲的因素是很多的，其主要是放大器內部噪聲，內部噪聲可分為自然和人為的噪聲。自然噪聲有電子騷動的熱噪聲，電子管陰極電子隨機發射，半導體器件基極的載流子隨機擴散及空穴電子對隨機發生及其復合形成的散粒噪聲。人為噪聲有交流噪聲、感應噪聲、接觸不良噪聲等。對于以真空電子管為核心放大器件的高頻功率放大器，有效抑制交流燈絲電源的交流聲，是應該首先在電子管燈絲饋電中考慮解決的。

電子管燈絲電源可以用直流饋電，也可以用交流饋電。直流饋電，交流聲最小，但因大功率發射燈絲加熱功率相當大，因而所需直流電源容量要求也相當大，所以一般發射管都不用直流電源而采用交流燈絲電源，應用交流燈絲電源的優點是簡單、經濟，但它的缺點就是會產生交流聲，而且相當嚴重，必須采取有效的抑制措施方可采用。

“平衡法”是一種方便、易于實現，有效抑制減小50 Hz交流聲的一種方法，其原理就是人為建立燈絲電壓的對稱中心接地點，是燈絲電壓變成對地是平衡的，從而使燈絲上產生的交流噪聲電壓等值、反相，因而相互抵消，大大降低燈絲電源的交流噪聲。其原理電路圖形式如圖4所示。

4 結語

以真空電子管為核心放大器件的高頻功率放大器，電子管對其工作狀態的穩定性、技術指標的等級起著決定性因素，而解決好電子管陰極燈絲饋電是電子管正常、穩定運行的基礎性工作。