管仁竹 李開鋒 樊 誠(chéng)

（中國(guó)人民解放軍92665部隊(duì) 慈利 427200）

1 引言

106Z型電子管是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)釷鎢絲陰極、光刻?hào)艠O蒸發(fā)冷卻陽(yáng)極的大功率金屬陶瓷發(fā)射四極管，具有同軸引出線結(jié)構(gòu)，并附有鈦泵，屬于大型多極電子管［1～2］。該型電子管工作效率較高，主要作為音頻或射頻功率放大器，在大功率的中長(zhǎng)波遠(yuǎn)距離通信和中波廣播通信設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用。該型電子管平均故障間隔時(shí)間較短，由于體積、重量均較大，導(dǎo)致維護(hù)保養(yǎng)的工作任務(wù)繁重，因此，有必要?dú)w納總結(jié)其使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，包括常見故障的排除方法以及維護(hù)保養(yǎng)的措施與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于指導(dǎo)該型電子管以及相似的大型多級(jí)電子管的使用維護(hù)均有參考價(jià)值。

2 106Z型電子管在使用中常見的問題

106Z電子管在實(shí)際工作過程中存在的某些問題，將嚴(yán)重限制其正常的工作性能發(fā)揮，且極易誘發(fā)設(shè)備故障，主要有以下幾個(gè)方面：

1）電子管各極電流變化情況不能滿足大功率通信的工作要求，工作性能較差；

2）電子管通信性能指標(biāo)下降較快，老化嚴(yán)重；

3）電子管故障率較高，使用壽命較短。

106Z電子管性能的優(yōu)劣是制約大功率中長(zhǎng)波發(fā)射機(jī)通信質(zhì)量的關(guān)鍵因素。針對(duì)使用過程中出現(xiàn)的問題，有必要進(jìn)行全面的分析，深入總結(jié)106Z型電子管的使用和維護(hù)保養(yǎng)方法，以提高其工作性能。

3 106Z電子管的電氣特性

106Z電子管的四個(gè)極分別為陰極、第一柵極、第二柵極和陽(yáng)極。工作時(shí)陰極發(fā)射電子，經(jīng)第一柵極和第二柵極后到達(dá)陽(yáng)極形成回路，除陰極外，其他各極需加上直流電壓，同時(shí)電子管需利用鈦泵提高其內(nèi)部的真空度［3］。

一般放大電路中使用的電子管或者晶體管，主要是根據(jù)其伏安特性曲線，選擇線性放大區(qū)域用于放大信號(hào)，但106Z電子管不同于一般的電子管或晶體管，它主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，通常工作于丙類狀態(tài)，其輸出信號(hào)包含直流分量和各次諧波，需要利用電感電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理［4］。

106Z電子管工作特性復(fù)雜，為保持其工作于較好狀態(tài)，陰極電壓需從低電壓逐步加大以保證網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)釷鎢絲的陰極不被燒斷，第一柵極通常加上負(fù)電壓，以控制陰極發(fā)射電子形成的電流的大小，而第二柵極直流電壓則需要根據(jù)陽(yáng)極電壓的大小進(jìn)行調(diào)整，以滿足其功率放大的功能。

106Z電子管的一般電氣特性如表1所示［5］。

表1 106Z電子管一般電氣特性

106Z電子管工作于丙類放大狀態(tài)時(shí)，其伏安特性曲線隨各極直流電壓的變化而變化，圖1為電子管的恒流曲線圖，其中，第二柵極電壓為750V。

圖1表明：

1）隨著第二柵極電壓的增大，電流曲線均下移，即隨著電子管第二柵極電壓增大，各極電流對(duì)第一柵極電壓的要求降低；

2）第二柵極電壓的增大，第一柵極電流曲線變化較小，而第二柵極和陽(yáng)極電流曲線變化較大，即第二柵極電壓對(duì)第一柵極電流影響較小，而對(duì)第二柵極電流和陽(yáng)極電流影響較大。

實(shí)際工作表明，可以適當(dāng)選擇和固定第一柵極電壓值，根據(jù)陽(yáng)極電壓的大小，通過小范圍調(diào)整第二柵極電壓值，來調(diào)整電子管的工作狀態(tài)，這與上述結(jié)論一致。

4 106Z電子管的測(cè)試打壓方法

106Z大型電子管生產(chǎn)工藝相對(duì)較低，而其工作電壓較高，因此，在投入使用時(shí)需進(jìn)行必要的測(cè)試和打壓處理，以保證電子管能正常投入使用［6～7］。

106Z電子管的測(cè)試主要包括測(cè)試電子管陰極的通斷情況和其它各極之間的絕緣性能。陰極的通斷情況可以通過萬(wàn)用表進(jìn)行簡(jiǎn)單的電阻測(cè)試來完成，其它各極之間的絕緣性能需要利用兆歐表進(jìn)行測(cè)試，要求各極之間的絕緣電阻不小于20兆歐。

電子管的打壓是指冷態(tài)交流打高壓，目的是剔除各極之間的物理毛刺，以降低高壓工作的故障率，106Z打壓原理圖如圖2所示。打壓過程中，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器控制試驗(yàn)變壓器的輸入，使試驗(yàn)變壓器輸出值為電子管各極打壓所需要的電壓值。

106Z電子管打壓步驟如下：1）控制臺(tái)啟動(dòng)；2）調(diào)壓器升壓（需使用千伏電壓表觀測(cè)）；3）維持高壓狀態(tài)5分鐘以上進(jìn)行打壓；4）調(diào)壓器降壓；5）控制臺(tái)關(guān)閉；6）接地桿放電。

106Z電子管打壓要求如表2所示。

表2 106Z電子管打壓要求

實(shí)際工作證明，進(jìn)行測(cè)試打壓后投入使用的電子管故障率比未測(cè)試打壓的電子管故障率降低近20%。

5 106Z電子管的老練方法

106Z電子管經(jīng)過測(cè)試打壓后，需進(jìn)行老練才能正式投入使用。電子管老練主要是為了盡可能濾除釷鎢絲陰極和電子管內(nèi)部空間的雜質(zhì)，穩(wěn)定陰極發(fā)射電子的質(zhì)量，同時(shí)使陽(yáng)極能夠承受足夠大的損耗功率，以滿足實(shí)際工作的需求［8～10］。

根據(jù)106Z電子管各極加電壓的順序要求［11～12］，其老練步驟如下：

1）對(duì)燈絲進(jìn)行老練。接入鈦泵，打開風(fēng)、水冷卻系統(tǒng)，觀察記錄鈦泵電流及變化情況；

2）電子管燈絲變壓器初級(jí)電壓從0V逐步升壓至380V，電壓每升高50V左右停止升壓并觀測(cè)，停留時(shí)間以鈦泵電流降至穩(wěn)定值為判斷依據(jù)。表3為某次106Z型電子管的燈絲老練數(shù)據(jù)；

表3 燈絲老練數(shù)據(jù)

3）對(duì)第二柵極和板極進(jìn)行老練。將電子管柵偏壓調(diào)整為-150V；

4）電子管加正常的燈絲電壓；

5）逐步提高電子管第二柵極和板極電壓，每調(diào)整一次停止，觀測(cè)第二柵極電流、陰流、鈦泵電流的變化情況，停留時(shí)間以鈦泵電流降至穩(wěn)定值為判據(jù)。表4為某次106Z型電子管的第二柵極、板極老練數(shù)據(jù)；

表4 第二柵極、板極老練數(shù)據(jù)

6）將老練完成后的電子管正常投入使用，按正常步驟加高壓調(diào)整電子管工作狀態(tài)，實(shí)際檢驗(yàn)新電子管的工作性能。

實(shí)際工作證明，106Z型電子管經(jīng)過老練后，工作狀態(tài)更好，性能更穩(wěn)定。另外，需要注意的是，在進(jìn)行老練時(shí)，鈦泵電流越小，電子管性能越好，使用壽命越長(zhǎng)。

6 106Z電子管的維護(hù)保養(yǎng)方法

大型電子管的維護(hù)保養(yǎng)是保持其工作性能穩(wěn)定、延長(zhǎng)使用壽命必不可少的手段，106Z電子管除了使用前的正常測(cè)試打壓和老練處理外，還必須實(shí)施科學(xué)的維護(hù)保養(yǎng)。經(jīng)過長(zhǎng)期的試驗(yàn)和實(shí)踐總結(jié)，在對(duì)106Z電子管進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

1）新電子管進(jìn)行正常測(cè)試檢驗(yàn)后，需接入鈦泵工作，并記錄鈦泵電流；庫(kù)存電子管需每三個(gè)月接入鈦泵工作一次；電子管投入使用后，需接入鈦泵持續(xù)工作；

2）通過定期檢測(cè)電子管外圍電路，避免發(fā)生如下造成電子管損壞的故障：電子管燈絲與陰極間的電位差過高、電子管陽(yáng)極或第二柵極電壓運(yùn)用至最大值、電子管柵極懸空、電子管燈絲電壓過低或過高和高壓電源沒有延時(shí)裝置等；

3）經(jīng)常檢查電子管冷卻系統(tǒng)的工作情況，避免電子管工作中受熱不均勻或過熱造成電子管燈絲損壞；

4）定期檢查電子管安裝情況，避免因受力不均勻引起變形或振動(dòng)縮短其使用壽命；

5）定期檢測(cè)電子管工作性能。檢測(cè)時(shí)，單獨(dú)為電子管的燈絲提供工作電壓，預(yù)熱2分鐘左右，通過萬(wàn)用表測(cè)量電子管柵極和陰極之間的電阻值大小來判斷電子管陰極的電子發(fā)射能力，進(jìn)而判斷電子管是否衰老；

6）定期清潔電子管各電極和電子管座，避免長(zhǎng)期的灰塵等雜質(zhì)的積累造成其電氣性能下降、使用壽命縮短等問題。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)106Z電子管的實(shí)際使用需求，通過分析其基本的電氣性能，有針對(duì)性的總結(jié)了106Z電子管的使用和維護(hù)保養(yǎng)方法。實(shí)踐驗(yàn)證，通過嚴(yán)格執(zhí)行上述106Z電子管的使用及維護(hù)保養(yǎng)方法，能有效提升其工作性能，大幅延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)大功率的中長(zhǎng)波遠(yuǎn)距離通信和中波廣播通信設(shè)備的使用維護(hù)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

［1］董穎輝，柳超.甚低頻動(dòng)態(tài)調(diào)諧天線性能［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，05：98-102.

［2］董穎輝，柳超，翟琦.甚低頻固態(tài)發(fā)射機(jī)功率器件分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，11：100-102.

［3］嚴(yán)國(guó)萍.通信電子線路［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.30-40.

［4］宋錚.天線與電波傳播［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.50-70.

［5］樊昌信.通信原理［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.40-50.

［6］LiK，Jiang Y，Guan J，etal.ANew Precise TuningMeth?od for VLFMulti-Tuning Antenna［C］//International con?ference on wireless communications，networking and mo?bile computing，2009：1-4.

［7］Belrose JS.VLF Transmitting Antennas Multiple-tuning vs Single-tuning［C］//ICAP 91，1991：15-18.

［8］ELSAYEDA.ELSAYED.可靠性工程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.107-131.

［9］Man Cheol Kim.Reliability block diagram with general gates and its application to system［J］.Annals of Nuclear Energy，2011，38（11）：2456-2461.

［10］葛勤革.一種新的甚低頻發(fā)射機(jī)調(diào)機(jī)方法［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，04：75-77.

［11］金國(guó)慶，董穎輝.甚低頻發(fā)射系統(tǒng)同步調(diào)諧研究［J］，現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（10）：82-84.

［12］Murray T，Gish D，Singer P.Antenna continuousmoni?toring equipment［C］//Instrumentation and Measurement Technology Conference，1997：151-154.