由电子管状态探究TBH-522型150 kW短波发射机手动调谐原理和技巧

阮 翔

（国家广播电视总局八三一台，浙江 金华 321100）

1 手动调谐的意义及电子管和调谐的关系

1.1 手动调谐的意义

短波发射机更换频率离不开倒频调谐，以TBH-522型150 kW短波发射机为例，其调谐过程一般是先根据高频信号的频率，将调谐元件置于预先规定的位置上，即粗调，这时整机无高频输出。粗调之后接通高频，合上相应高压，令鉴相器和鉴阻器工作，自动进行细调。根据调谐原理，粗调可以视作预置频率自动调谐，细调视作频率跟踪自动调谐[1]。

从设计角度，自动调谐能达到机器的最佳状态[2]。但是实际工作中，由于各种原因导致直接进行自动调谐较为困难。需要快速调整状态恢复播音时，这就需要技术人员进行手动调谐，使发射机达到最佳状态。

1.2 电子管和调谐的关系

由于对放大器的要求不同，前级电子管和末级电子管所处的工作状态也不同。

电子管的输出功率很大程度上取决于管外调谐槽路的设计，电子管厂只能规定电子管的板耗、栅耗以及帘栅耗，而无法确定实际线路中电子管的输出功率[3]。高频功率放大器中，栅极回路和板极回路是两个主要电路，而发射机调谐主要就是指对这两个电路的调谐，提高电子管工作效率。这也是本文以电子管状态为着眼点来探究调谐的原因。

2 电子管状态与放大器的调谐

2.1 电子管的一般工作特性

目前，短波发射机中普遍采用大功率金属陶瓷四极管作为放大器的核心，它具有良好的散热性能和高频性能以及较大的放大因素μ，为了更好地表示电子管栅压与板流的关系，将各极电压归结到栅极，画出栅极坐标上板极和栅流的理想静态特性曲线如图1所示[4]。

图1 栅极坐标上板流和栅流的理想静态特性曲线

静态特性曲线是放大器线路加上偏压和板压的状态曲线，其中i是总流，ia为板流，ig为栅流，ea为板压，eg为栅压，AO’为临界线。在临界线上ig=0，临界线左边无栅流为欠压区，临界线右边有栅流为过压区。而提到欠压和过压，即在栅极加上激励信号Ug，电子管的工作状态如图2所示。

图2 栅极加激励信号后电子管状态

图中Ug为激励信号，ia为板流，ωt为信号时间轴，ig为栅流。根据工作时栅流队板流的影响可分为欠压、临界、弱过压以及强过压，而根据流通角的大小可分为甲类（θ=180°）、甲乙类（90°＜θ＜180°）、乙类（θ=90°）以及丙类（θ＜90°）。这两种分类之间没有必然的对应关系。

由于四极管构造上的特点，它的工作状态用瞬时板压ea的最小值与帘栅压Eg2之比来区分。令临界状态为eamin/Eg2=K，当eamin/Eg2＞K时，为欠压状态，当eamin/Eg2＜K时，为过压状态。

在电子管上再加上输出负载Roe，Ea、Eg以及Ug不变的情况下，负载变化对于工作状态的影响如图3所示。

图3 负载对工作状态的影响

Ia1为基流，Ia0为板流的直流分量，Ua为板极电压，P0为输入功率，P～为输出功率，Pa为板极损耗。电子管在欠压状态下，I变化不大，基本为恒流源，此时放大特性好，过压状态下基本为恒压源，效率η的最大点出现在过压区。

2.2 电子管和调谐

以TBH-522型短波发射机为例，在实际倒频率时，通常是在发射机的一体机上输入置频，频率合成器输出预置激励电平，八路调谐开始动作到预置位置。粗调完成后，高前管和高末管都处于正常工作状态，切断2、4、6、7以及8这五路的激磁电源。鉴相器和鉴阻器开始工作，1、3以及5路开始细调使发射机达到最佳状态[5]。

由于电子管状态不同，需要将前级和末级调谐分开进行讨论。

2.2.1 前级电子管状态分析及手动调谐方法

TBH-522型150 kW短波发射机前级采用FU-101C电子管，激励信号加在电子管的栅极，此时激励信号对电子管工作状态的影响如图4所示。

图4 激励电压对工作状态的影响

当激励很小时，电流为零。随着激励增大，基波电流Ia1、板极直流分量Ia0、板压以及效率在欠压范围内都是接近于线性上升的。临界点后，栅流通角θg及栅流脉冲随着激励的增大而增大，放大器进入过压状态，板流脉冲顶部出现凹陷，Ia1、Ia0以及板压随激励的增加不再明显增加。发射机上电流表是直流分量Ia0，基波电流与直流分量变化趋势相同。可以观察到，一开始表头随激励增加而增加，说明在欠压区，当激励增加到一定值后，电流表读数不再增加。再结合图2可知，将电子管状态调整在欠压状态，管子电压放大效果好。

根据图4可知，前级板极回路有两路调谐槽路，高末栅极的信号来自于C1的耦合。将C1、C2、C3以及L1简化成如图5的等效电路[6]。

图5 前板极回路简化图

通过电容C1可以滤除低频，通过电容C可以滤除高频，电路为选频电路。选频f由频率合成器输出，由并联谐振公式可知，这里的L=L1，C为C2和C3的并联电容。由于f是给定的，L和C3在粗调完成时已经预置完毕，所以可以细调C2（1路）来使回路处于谐振状态。f越大，C2越小，频率越高，C2的数值越小，1路数值也越小。

由于高前栅极电压与高前屏压相差180°，在调谐时，注意调谐套箱液晶屏的1路数值显示和由鉴相器过来的误差值显示，调整1路，使鉴相器误差减小的方向为正确方向。观察发射机表值，当高前板流最小时，高末栅流达到最大，同时鉴相器数值理论上接近最小时，板极回路达到谐振状态，1路细调完成。

结合栅极回路状态，此时高前管无栅流，处于甲乙类欠压状态。

2.2.2 末级电子管状态分析及手动调谐方法

末级采用TH537电子管，高末板极回路共有五路调谐槽路，其中3路调谐电容和5路调载电容有细调功能。3路C23所在电路的简化图如图6所示[7]。

图6 3路C23所在电路简化图

4路C24和2路腔体是粗调，在细调时都为定值，根据并联谐振公式，由于f等于栅极信号频率，所以可以通过细调C23来使线路达到谐振，f越大，C23越小。此时，由于电子管工作在弱过压状态，所以板流脉冲凹陷，凹陷越深说明过压越强，由前面的公式eamin/Eg2＜K可知，eamin＜KEg2，所以需要提高帘栅流。

又因为I=Cdu/dt，所以当凹陷越大时，C23上的电流越小。调谐时利用鉴相器来判断调整方向，鉴相器的一路取自高末栅极，但是不直接取样，而是隔了一个π网络，另一路取自高末屏压。在调谐面板上调整3路，使鉴相器往误差减小的方向动作。

观察发射机表值，当高末帘栅流表最大点和功率表最大点同时出现时，鉴相器数值理论上接近最小，3路达到调谐位置。

关于T网络和5路调谐，其中T网络接在π网络之后，用于负载匹配的网络，使得高末管处在最佳状态，保证发射机的输出功率最大，其等效电路如图7所示。

图7 150 kW发射机T网络等效电路图

总的来说，末级为丙类弱过压状态。末级调谐时末级帘栅流最大，末级板流最小，当增加激励时，帘栅流明显增大，但板流和功率基本不变[8]。

3 注意事项和小结

发射机失谐的原因很多，本文仅从电子管状态探索调谐规律和方法，对由电源异常、传动机构卡死以及误差放大模块损坏等故障造成的失谐不做具体讨论。在未加音频时调整好发射机状态，加上音频后，有时会出现“下压”，可以根据实际情况进行微调，使发射机达到最佳状态[9]。前级激励不够时，造成末级栅流过小（正常栅流为1 A左右），则末级达不到调谐点。粗调之后，首先是对前级进行调谐，然后才对3、5路进行调谐。一次只能进行一路调谐。

频率合成器输出频率f越大，则前级LC的乘积越小，这里C不是指单个电容量，而是两个可调电容C2和C3的并联值。由于加在C23上的电压很大（大概为10.5 kV左右），所以必须减小电容量，使电流变小，保护C23。而C23减小后，f是确定的，LC为定值，所以使L增大。同理Q1=Roe/XC23=2πfC23Roe，当Q1增大时，C1也增大，C1的电流也会大幅度增大，容易过流，损坏电容，所以2路耦合腔的位置一经确定后，细调过程中不得随意变动。

鉴相器本身的鉴别能力有限，只能在失谐不大的情况下有一定鉴别能力，误差电压大小Δu和谐振位置之间呈现S曲线。在远离调谐点时，误差电压反而会减小，所以不能盲目进行大范围调谐。

对于5路调谐，需要驻波比在2之内变化，另外如果负载阻抗变化范围大，则在调整C25的同时需要微调6路电感。在5路调整后，由于阻抗等发生变化，3路调谐位置会发生微变，继续微调3路后，需要再次调整5路才能使发射机达到最佳状态。

前级屏流静态时为0.2～0.3 A，载波时高前屏流一般为0.6 A以上，当多个频率出现前级屏流大，然而末级栅流小时，说明高前管放大能力变弱，管子已经老化。当高末屏流表和高末屏压表正常，功率表明显降低的时候，说明高末管已经老化，应当适时更换[10]。

4 结 论

根据实际情况，在目前短波发射机调谐时，手动调谐往往在细调时介入，但由于手动调谐需要大量的实际经验和理论参考，因此需要时常总结和梳理影响调谐的因素，并分享调谐的方法和技巧。本文从电子管状态着手，以TBH-522型150 kW短波发射机为例，希望可以共同探索手动调谐的一些规律和方法，也为在实际工作中遇到的问题提供一些方法和思考。