浅谈大、中型电子管灯丝馈电应注意的几个问题

摘 要：本文通过对大、中型电子管阴极灯丝特性的分析，介绍了电子管灯丝馈电时应注意的限流、稳压问题以及有效消除灯丝电源交流噪声的方法原理，对于稳定电子管工作状态，延长电子管子的使用寿命，在实际中正确使用和科学维护电子管的方法上都有很好的理论和实际指导意义。

关键词：电子管 阴极灯丝 限流 稳压 平衡法

中图分类号：TM24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0156-02

大、中型真空电子管是大功率高频功率放大器系统中的核心放大元器件，造价昂贵，其使用寿命主要取决于阴极灯丝的寿命。大功率发射管输出功率大，板压高、板流大，因此阴极灯丝工作时的发射电流就很大（有的会达上千安培），而在灯丝电源启动时，灯丝上就会急剧产生很大的冲击电流而损坏灯丝，从而损毁电子管。同时电子管工作时灯丝电压要求稳定在额定值，灯丝电压过高或过低，对功率放大器的稳定工作和电子管的使用寿命都是不利的。因此大、中型真空电子管灯丝对供电电路的要求：灯丝电压启动必须采用限流启动电路，工作期间电子管灯丝需要稳压。另外对于大多采用交流灯丝电源的电子管，其交流噪声特别严重，也必须采取有效的抑制措施。

1 限流启动电路

发射电子管的阴极灯丝电流一般是几百安培，甚至上千安培，而灯丝冷、热状态下的电阻相差十几倍，即冷态比热态时的电阻小10～13倍，如果瞬间将额定电压加到冷的电子管灯丝上，将会在灯丝上急剧产生10～13倍的冲击电流，瞬间的冲击电流会产生强大的电磁力，阴极灯丝会在强大电磁张力和机械应力作用下遭到破坏，甚至灯丝引线也因迅速发热而造成阴极馈电线路的损坏。根据电子管厂家提供的参数，启动电流应不超过额定值的150%。因此，大、中型真空电子管的灯丝供电必须采取特殊的限流启动供电电路，以保证启动电流不应超过额定值的150%。随着制造工艺的提高，新式大中型真空电子管灯丝的材料和结构都有了较大的改进，虽有效的降低了电磁力的影响。但同时还可以在电子管灯丝供电电路上采用分段式或磁饱和式变压器启动灯丝电压，从而达到限流的目的。

1.1 分段式启动灯丝电压

为了有效的限制灯丝电压启动电流，可以采用分段式加灯丝电压，其原理如图1所示，开启灯丝电压时，K1先合闸，供电电流通过降压电阻，使灯丝变压器输出电压降低，经过一段延时后，K2闭合，降压电阻R被短路，灯丝变压器得到全部电压。应该注意的是第一段限压过程只能作为短暂的过渡过程使用，不能长时间使用，否则降压电阻回因过热而烧坏。

1.2 磁饱和式变压器

另一种方法是可以采用磁饱和式变压器如图2所示，限流启动灯丝磁饱和变压器的铁芯，在初、次级之间设一个带有空气隙的磁分路，加电以后，次级电流产生一个反磁电动势，与初级磁电动势想抵抗，迫使其由分磁路返回，而且次级电流越大，此路分流越多，这样就有效的抑制了次级电流的增长。

调整分磁路空气隙的大小或分磁铁芯界面，可以调整启动电流。分磁路磁阻过小，会造成次级电压过低，反之，会使限流作用减弱。通常会使启动电流保持在额定值的150%以内。

2 调压稳压器

电子管工作时灯丝电压要求稳定在额定值，一般允许灯丝电压变化范围为5%，如果能把变化范围控制在1%使用，则对延长电子管的寿命非常有利的。对于不同类型的阴极，其灯丝电压变化范围也不尽相同。如氧化物阴极，一般直热式的阴极灯丝电压，允许变动5%，间热式的允许变动10%。而钨丝管的灯丝电压增高使灯丝电流增大，灯丝过度加热会引起灯丝强烈蒸发，使灯丝变细。由于灯丝各个部位变细的程度不同，较细的部位电阻大，发热量大，从而使这一部分很快的烧坏。反之，灯丝电压过低，电子发射不足，阴极会受到气体离子的轰击而损坏。理论分析得出，钨丝管灯丝电压降低7.5%放射电流降为50%，管子的寿命提高为原来的3倍。而灯丝电压提高6%，寿命为原来的50%。因此，在不影响输出功率和技术指标的情况下，尽量降低丝压使用，可以延长电子管的使用寿命。

以上说明，在选定使用的真空电子管之后，一定按照额定灯丝电压供电，尤其是要保证其电压的稳定，否则将会引起灯丝电流的起伏，从而造成电子管功率放大器工作状态、运行指标的改变，更会影响电子管的使用寿命。在工程实际中，为了精准、有效的控制灯丝电压供电，通常使用调压稳压器。

调压稳压器由调压器和调压控制器组成，其原理结构如图3，调压器和调压控制器组成闭环控制的交流稳压系统，调压器为系统的执行机构，当电源电压或负载电压波动时，取自调压器输出端的电压取样信号，经过调压控制器中的测量、比较和放大，得到一个控制电压，驱动调压器的伺服电机D，对调压器进行自动调节，使输出电压恢复到额定值的范围内，达到稳压的目的。

3 灯丝馈电交流噪声的抑制

高频功率放大器的噪声系数是衡量其性能的重要指标之一，噪声系数反应着放大器的噪声性能，在应用中，人们总是希望放大器的噪声愈小愈好，即噪声系数接近于1，所以，在实际中必须采取有效的措施降低放大器的噪音。

实践证明，造成高频功率放大器噪声的因素是很多的，其主要是放大器内部噪声，内部噪声可分为自然和人为的噪声。自然噪声有电子骚动的热噪声，电子管阴极电子随机发射，半导体器件基极的载流子随机扩散及空穴电子对随机发生及其复合形成的散粒噪声。人为噪声有交流噪声、感应噪声、接触不良噪声等。对于以真空电子管为核心放大器件的高频功率放大器，有效抑制交流灯丝电源的交流声，是应该首先在电子管灯丝馈电中考虑解决的。

电子管灯丝电源可以用直流馈电，也可以用交流馈电。直流馈电，交流声最小，但因大功率发射灯丝加热功率相当大，因而所需直流电源容量要求也相当大，所以一般发射管都不用直流电源而采用交流灯丝电源，应用交流灯丝电源的优点是简单、经济，但它的缺点就是会产生交流声，而且相当严重，必须采取有效的抑制措施方可采用。

“平衡法”是一种方便、易于实现，有效抑制减小50 Hz交流声的一种方法，其原理就是人为建立灯丝电压的对称中心接地点，是灯丝电压变成对地是平衡的，从而使灯丝上产生的交流噪声电压等值、反相，因而相互抵消，大大降低灯丝电源的交流噪声。其原理电路图形式如图4所示。

4 结语

以真空电子管为核心放大器件的高频功率放大器，电子管对其工作状态的稳定性、技术指标的等级起着决定性因素，而解决好电子管阴极灯丝馈电是电子管正常、稳定运行的基础性工作。