由電子管狀態探究TBH-522型150 kW短波發射機手動調諧原理和技巧

阮 翔

（國家廣播電視總局八三一臺，浙江 金華 321100）

1 手動調諧的意義及電子管和調諧的關系

1.1 手動調諧的意義

短波發射機更換頻率離不開倒頻調諧，以TBH-522型150 kW短波發射機為例，其調諧過程一般是先根據高頻信號的頻率，將調諧元件置于預先規定的位置上，即粗調，這時整機無高頻輸出。粗調之后接通高頻，合上相應高壓，令鑒相器和鑒阻器工作，自動進行細調。根據調諧原理，粗調可以視作預置頻率自動調諧，細調視作頻率跟蹤自動調諧[1]。

從設計角度，自動調諧能達到機器的最佳狀態[2]。但是實際工作中，由于各種原因導致直接進行自動調諧較為困難。需要快速調整狀態恢復播音時，這就需要技術人員進行手動調諧，使發射機達到最佳狀態。

1.2 電子管和調諧的關系

由于對放大器的要求不同，前級電子管和末級電子管所處的工作狀態也不同。

電子管的輸出功率很大程度上取決于管外調諧槽路的設計，電子管廠只能規定電子管的板耗、柵耗以及簾柵耗，而無法確定實際線路中電子管的輸出功率[3]。高頻功率放大器中，柵極回路和板極回路是兩個主要電路，而發射機調諧主要就是指對這兩個電路的調諧，提高電子管工作效率。這也是本文以電子管狀態為著眼點來探究調諧的原因。

2 電子管狀態與放大器的調諧

2.1 電子管的一般工作特性

目前，短波發射機中普遍采用大功率金屬陶瓷四極管作為放大器的核心，它具有良好的散熱性能和高頻性能以及較大的放大因素μ，為了更好地表示電子管柵壓與板流的關系，將各極電壓歸結到柵極，畫出柵極坐標上板極和柵流的理想靜態特性曲線如圖1所示[4]。

圖1 柵極坐標上板流和柵流的理想靜態特性曲線

靜態特性曲線是放大器線路加上偏壓和板壓的狀態曲線，其中i是總流，ia為板流，ig為柵流，ea為板壓，eg為柵壓，AO’為臨界線。在臨界線上ig=0，臨界線左邊無柵流為欠壓區，臨界線右邊有柵流為過壓區。而提到欠壓和過壓，即在柵極加上激勵信號Ug，電子管的工作狀態如圖2所示。

圖2 柵極加激勵信號后電子管狀態

圖中Ug為激勵信號，ia為板流，ωt為信號時間軸，ig為柵流。根據工作時柵流隊板流的影響可分為欠壓、臨界、弱過壓以及強過壓，而根據流通角的大小可分為甲類（θ=180°）、甲乙類（90°＜θ＜180°）、乙類（θ=90°）以及丙類（θ＜90°）。這兩種分類之間沒有必然的對應關系。

由于四極管構造上的特點，它的工作狀態用瞬時板壓ea的最小值與簾柵壓Eg2之比來區分。令臨界狀態為eamin/Eg2=K，當eamin/Eg2＞K時，為欠壓狀態，當eamin/Eg2＜K時，為過壓狀態。

在電子管上再加上輸出負載Roe，Ea、Eg以及Ug不變的情況下，負載變化對于工作狀態的影響如圖3所示。

圖3 負載對工作狀態的影響

Ia1為基流，Ia0為板流的直流分量，Ua為板極電壓，P0為輸入功率，P～為輸出功率，Pa為板極損耗。電子管在欠壓狀態下，I變化不大，基本為恒流源，此時放大特性好，過壓狀態下基本為恒壓源，效率η的最大點出現在過壓區。

2.2 電子管和調諧

以TBH-522型短波發射機為例，在實際倒頻率時，通常是在發射機的一體機上輸入置頻，頻率合成器輸出預置激勵電平，八路調諧開始動作到預置位置。粗調完成后，高前管和高末管都處于正常工作狀態，切斷2、4、6、7以及8這五路的激磁電源。鑒相器和鑒阻器開始工作，1、3以及5路開始細調使發射機達到最佳狀態[5]。

由于電子管狀態不同，需要將前級和末級調諧分開進行討論。

2.2.1 前級電子管狀態分析及手動調諧方法

TBH-522型150 kW短波發射機前級采用FU-101C電子管，激勵信號加在電子管的柵極，此時激勵信號對電子管工作狀態的影響如圖4所示。

圖4 激勵電壓對工作狀態的影響

當激勵很小時，電流為零。隨著激勵增大，基波電流Ia1、板極直流分量Ia0、板壓以及效率在欠壓范圍內都是接近于線性上升的。臨界點后，柵流通角θg及柵流脈沖隨著激勵的增大而增大，放大器進入過壓狀態，板流脈沖頂部出現凹陷，Ia1、Ia0以及板壓隨激勵的增加不再明顯增加。發射機上電流表是直流分量Ia0，基波電流與直流分量變化趨勢相同。可以觀察到，一開始表頭隨激勵增加而增加，說明在欠壓區，當激勵增加到一定值后，電流表讀數不再增加。再結合圖2可知，將電子管狀態調整在欠壓狀態，管子電壓放大效果好。

根據圖4可知，前級板極回路有兩路調諧槽路，高末柵極的信號來自于C1的耦合。將C1、C2、C3以及L1簡化成如圖5的等效電路[6]。

圖5 前板極回路簡化圖

通過電容C1可以濾除低頻，通過電容C可以濾除高頻，電路為選頻電路。選頻f由頻率合成器輸出，由并聯諧振公式可知，這里的L=L1，C為C2和C3的并聯電容。由于f是給定的，L和C3在粗調完成時已經預置完畢，所以可以細調C2（1路）來使回路處于諧振狀態。f越大，C2越小，頻率越高，C2的數值越小，1路數值也越小。

由于高前柵極電壓與高前屏壓相差180°，在調諧時，注意調諧套箱液晶屏的1路數值顯示和由鑒相器過來的誤差值顯示，調整1路，使鑒相器誤差減小的方向為正確方向。觀察發射機表值，當高前板流最小時，高末柵流達到最大，同時鑒相器數值理論上接近最小時，板極回路達到諧振狀態，1路細調完成。

結合柵極回路狀態，此時高前管無柵流，處于甲乙類欠壓狀態。

2.2.2 末級電子管狀態分析及手動調諧方法

末級采用TH537電子管，高末板極回路共有五路調諧槽路，其中3路調諧電容和5路調載電容有細調功能。3路C23所在電路的簡化圖如圖6所示[7]。

圖6 3路C23所在電路簡化圖

4路C24和2路腔體是粗調，在細調時都為定值，根據并聯諧振公式，由于f等于柵極信號頻率，所以可以通過細調C23來使線路達到諧振，f越大，C23越小。此時，由于電子管工作在弱過壓狀態，所以板流脈沖凹陷，凹陷越深說明過壓越強，由前面的公式eamin/Eg2＜K可知，eamin＜KEg2，所以需要提高簾柵流。

又因為I=Cdu/dt，所以當凹陷越大時，C23上的電流越小。調諧時利用鑒相器來判斷調整方向，鑒相器的一路取自高末柵極，但是不直接取樣，而是隔了一個π網絡，另一路取自高末屏壓。在調諧面板上調整3路，使鑒相器往誤差減小的方向動作。

觀察發射機表值，當高末簾柵流表最大點和功率表最大點同時出現時，鑒相器數值理論上接近最小，3路達到調諧位置。

關于T網絡和5路調諧，其中T網絡接在π網絡之后，用于負載匹配的網絡，使得高末管處在最佳狀態，保證發射機的輸出功率最大，其等效電路如圖7所示。

圖7 150 kW發射機T網絡等效電路圖

總的來說，末級為丙類弱過壓狀態。末級調諧時末級簾柵流最大，末級板流最小，當增加激勵時，簾柵流明顯增大，但板流和功率基本不變[8]。

3 注意事項和小結

發射機失諧的原因很多，本文僅從電子管狀態探索調諧規律和方法，對由電源異常、傳動機構卡死以及誤差放大模塊損壞等故障造成的失諧不做具體討論。在未加音頻時調整好發射機狀態，加上音頻后，有時會出現“下壓”，可以根據實際情況進行微調，使發射機達到最佳狀態[9]。前級激勵不夠時，造成末級柵流過小（正常柵流為1 A左右），則末級達不到調諧點。粗調之后，首先是對前級進行調諧，然后才對3、5路進行調諧。一次只能進行一路調諧。

頻率合成器輸出頻率f越大，則前級LC的乘積越小，這里C不是指單個電容量，而是兩個可調電容C2和C3的并聯值。由于加在C23上的電壓很大（大概為10.5 kV左右），所以必須減小電容量，使電流變小，保護C23。而C23減小后，f是確定的，LC為定值，所以使L增大。同理Q1=Roe/XC23=2πfC23Roe，當Q1增大時，C1也增大，C1的電流也會大幅度增大，容易過流，損壞電容，所以2路耦合腔的位置一經確定后，細調過程中不得隨意變動。

鑒相器本身的鑒別能力有限，只能在失諧不大的情況下有一定鑒別能力，誤差電壓大小Δu和諧振位置之間呈現S曲線。在遠離調諧點時，誤差電壓反而會減小，所以不能盲目進行大范圍調諧。

對于5路調諧，需要駐波比在2之內變化，另外如果負載阻抗變化范圍大，則在調整C25的同時需要微調6路電感。在5路調整后，由于阻抗等發生變化，3路調諧位置會發生微變，繼續微調3路后，需要再次調整5路才能使發射機達到最佳狀態。

前級屏流靜態時為0.2～0.3 A，載波時高前屏流一般為0.6 A以上，當多個頻率出現前級屏流大，然而末級柵流小時，說明高前管放大能力變弱，管子已經老化。當高末屏流表和高末屏壓表正常，功率表明顯降低的時候，說明高末管已經老化，應當適時更換[10]。

4 結 論

根據實際情況，在目前短波發射機調諧時，手動調諧往往在細調時介入，但由于手動調諧需要大量的實際經驗和理論參考，因此需要時常總結和梳理影響調諧的因素，并分享調諧的方法和技巧。本文從電子管狀態著手，以TBH-522型150 kW短波發射機為例，希望可以共同探索手動調諧的一些規律和方法，也為在實際工作中遇到的問題提供一些方法和思考。