廣播電視發(fā)送技術(shù)電子管板極調(diào)幅

廣播電視發(fā)送技術(shù)電子管板極調(diào)幅第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四一、工作原理

板極調(diào)幅是依靠板極電壓的變化而改變高頻電流（電壓）振幅的調(diào)制方法。

在板調(diào)（又稱屏調(diào)）時(shí)，電子管的直流供電電壓EaT

、偏壓Eg

、激勵(lì)電壓幅度Ug和負(fù)載阻抗R0e不變，工作過程是：

調(diào)制信號(hào)u(t)變化Ea變化

Ia1變化

Ua變化。

第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四板極調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理電路第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四板極調(diào)幅原理電路第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

在板極電路中，接入與直流電源電壓EaT相串聯(lián)的調(diào)制電壓u(t)，令：

u(t)=Ucost

被調(diào)級(jí)電子管的總板壓為：

Ea=EaT+Ucost

=EaT[1+（U

/EaT

）cost]

=EaT[1+mcost]

其中，m=U

/EaT（調(diào)幅度）

第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四在調(diào)制過程中，電子管的瞬時(shí)板壓為

ea=Ea+Ua（t）

cosct

=EaT[1+mcost]

+Ua

T[1+mcost]cosct

(3-4)

其中，Ua

T=ξEaT（表明在載波狀態(tài)下，直流供電電壓與轉(zhuǎn)換得到的高頻基波電壓之間量的關(guān)系，ξ

為板壓利用系數(shù)）。

第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四在調(diào)制狀態(tài)下，高頻基波電壓為

ua=Ua

T[1+mcost]cosct

板極調(diào)幅時(shí)，放大器Ea變化，影響總流在柵流和板流之間的分配，進(jìn)而影響板流，此影響作用特別顯著。因此，為了實(shí)現(xiàn)100%調(diào)幅度的不失真調(diào)制，在最大調(diào)制信號(hào)的一周期中，高頻放大器的工作狀態(tài)都應(yīng)處于過壓狀態(tài)。

第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

二、板極調(diào)幅的能量關(guān)系

為了簡(jiǎn)便起見，假定板調(diào)的靜態(tài)調(diào)幅特性Ia1=f(Ea)和Ia0=f(Ea)各是一條直線，其斜率分別是S1和S0。

第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四板極調(diào)幅關(guān)系

第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四1、基本關(guān)系

由圖可以看出，被調(diào)級(jí)板壓和板流按同一規(guī)律變化：

Ea=EaT+Ucost=EaT(1+mcost)

Ua=UaT+Uacost=UaT(1+mcost)

Ia1=Ia1T+Ia1cost=Ia1T(1+mcost)

Ia0=Ia0T+Ia0cost=Ia0T(1+mcost)

第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

式中調(diào)幅度m=U/EaT=Ua/UaT

=Ia1/Ia1T=Ia0/Ia0T

（注意：EaT

與UaT以及U與Ua之間的區(qū)別與聯(lián)系在于板壓利用系數(shù)ξ）

第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

由上式和圖可知，在調(diào)幅峰點(diǎn)（cost=1瞬間）：

Eamax=EaT(1+m)

Uamax=UaT(1+m)

Ia1max=Ia1T(1+m)

Ia0max=Ia0T(1+m)

P0max=EamaxIa0max=EaT(1+m)Ia0T(1+m)

=P0T(1+m)2

第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

P~max=Ia1max

Uamax

=Ia1T

UaT(1+m)2

=P~T(1+m)2

第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)m=1時(shí)：

Eamax=2EaTUamax=2UaT

Ia1max=2Ia1TIa0max=2Ia0T

P0max=4P0TP~max=4P~T

第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四由式（3-4）可知，

當(dāng)cost=1時(shí)，（調(diào)幅峰點(diǎn)）

ea=eamax

=EaT（1+m）+Ua

T

（1+m）

(3-24)

式（3-24）表明，當(dāng)板壓利用系數(shù)為1時(shí)，EaT=Ua

T

，在m=1時(shí)，則板極瞬時(shí)電壓的最大值等于電源電壓的四倍。這是選擇電子管的最大允許板壓參數(shù)的依據(jù)。第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

2、調(diào)幅器的負(fù)載電阻

被調(diào)高頻放大器對(duì)板極電源所呈現(xiàn)的負(fù)載電阻，即調(diào)幅器的負(fù)載電阻，可用下式表示：

RM=

Ea/Ia0

=EaT(1+mcost)/Ia0T(1+mcost)

=EaT/Ia0T

=mEaT/mIa0T=U/Ia0=1/S0

=常數(shù)（3-25）

式（3-25）說明，在調(diào)制過程中，板極電源的負(fù)載是恒定的。

第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

3、板壓利用系數(shù)

ξ=Ua/Ea

=UaT(1+mcost)/EaT(1+mcost)

=UaT/EaT

=ξT

=常數(shù)(3-26)

式（3-26）說明，在調(diào)制過程中，板壓利用系數(shù)不變，等于載波狀態(tài)時(shí)的板壓利用系數(shù)（或者也可寫成ξ=Ua/Ea=Ia1Roe/Ea=S1Roe=常數(shù)）。

第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四4、輸入、輸出功率、板耗與效率

（1）

輸入功率P0

P0=EaIa0=EaEa/RM

=Ea

2/RMEa

2

(2)輸出功率P~

P~=Ua2/Roe=(ξEa)2/Roe

=ξ2Ea

2/RoeEa

2

以上兩式表明，在調(diào)制過程中，板極輸入功率和輸出功率的變化與Ea的平方成正比。

第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

(3)板耗Pa

Pa=P0-P~Ea

2

與Ea的變化也是拋物線關(guān)系，在最大工作點(diǎn)時(shí)的板耗最大。

（4）板極效率

ηa=P~/P0

=Ia1T(1+mcost)UaT(1+mcost)

/Ia0T(1+mcost)EaT(1+mcost)

=P~T/P0T

=ηaT=常數(shù)。第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四（5）平均輸入、輸出功率與板耗

板極調(diào)幅在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)的

平均輸入功率為P0平=P0T（1+m2/2）,

平均輸出功率為P~平=P~T（1+m2/2），

平均板耗Pa平=P0平-P~平=（P0T-P~T）

（1+m2/2）=PaT（1+m2/2）>PaT,

平均板耗大于載波點(diǎn)的板耗，在設(shè)計(jì)放大器時(shí)，應(yīng)使電子管的額定板耗大于PaT才行。第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四由于在板極調(diào)幅時(shí)效率不變，而輸出平均功率卻增加了，其來源是平均輸入功率增加了，又由于板極直流電源供給的功率P0T=

EaT

Ia0T

在調(diào)制過程中不變化，所以，輸出功率的增加實(shí)際上是來源于調(diào)幅器，調(diào)幅器提供的功率為：

P

=(m2/2)P0T第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四該值乘以被調(diào)級(jí)的效率即為邊帶功率。這說明板極調(diào)幅時(shí)載波功率由板極直流電源供給，邊帶功率由調(diào)幅器供給（(m2/2)P0Tηa=(m2/2)P~T

—邊帶功率，

P0Tηa=P~T

—載波功率）。

第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四三、板極調(diào)幅電路

現(xiàn)以乙類板調(diào)為例，說明板極調(diào)幅電路的構(gòu)成，討論相關(guān)要求。

所謂乙類板調(diào)是指調(diào)制電壓u(t)是由末級(jí)工作于乙類（推挽）的調(diào)幅器提供的。調(diào)幅器的輸出通常采用變壓器耦合。

第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)幅器與被調(diào)級(jí)相關(guān)電路圖第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

為消除調(diào)幅變壓器的直流磁化，電路中接入了隔直流電容器CM和音頻阻流圈LM。

CM的作用：防止電源通過變壓器次級(jí)繞阻而短路，阻止Ia0T從變壓器次級(jí)繞組通過，能使音頻電流通過，CM的大小應(yīng)滿足以下關(guān)系：

1/minCMRM/5第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

LM的作用：

是Ia0T的通路，但對(duì)音頻來說，有很大的阻抗，不會(huì)經(jīng)LM和電源而短路，應(yīng)滿足：minLM遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RM。

圖中C，為高頻旁路電容，不應(yīng)該過大，應(yīng)考慮它對(duì)調(diào)制信號(hào)高頻分量的影響。L，為高頻阻流圈。

第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

由圖可以看出，電流Ia0由兩部分組成：

一部分為Ia0T，來源于直流電源；

另一部分為iao=Ia0

cost,來源于調(diào)制器。

第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

四、四極管板極與簾柵極同調(diào)

如果高頻末級(jí)使用四極管，一般來說在進(jìn)行板調(diào)的同時(shí)，還要進(jìn)行簾柵調(diào)，稱為板簾同調(diào)。第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

不能單純板調(diào)的原因：

一是由于簾柵極的屏蔽，板流隨板壓而變化的靈敏度很低，難得到深度調(diào)幅；

二是線性調(diào)幅處在對(duì)簾柵而言的過壓狀態(tài)，調(diào)制時(shí)簾柵流很大，容易超過額定簾柵耗，否則就得不到線性調(diào)幅和較高的板極效率；第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

三是某些四極管在高調(diào)幅的谷點(diǎn)（即板壓最小時(shí)）板極產(chǎn)生二次發(fā)射電子，并被高電位的簾柵極所吸收，從而使板流出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，它會(huì)嚴(yán)重破壞調(diào)幅特性曲線的直線性，使調(diào)幅波產(chǎn)生很大的失真。

第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

為了避免上述缺點(diǎn)，采用板極與簾柵極同調(diào)的雙重調(diào)制。簾柵極同調(diào)時(shí)調(diào)制電壓按合適的比例同時(shí)送至板極和簾柵極，所以板壓和簾柵壓都是隨著調(diào)制信號(hào)成正比例地變化。由于板壓和簾柵壓同步變化，其工作強(qiáng)度不變。

第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

實(shí)現(xiàn)板極與簾柵極同調(diào)的原理電路圖

第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

自動(dòng)實(shí)現(xiàn)板極與簾柵極同調(diào)的原理電路圖

第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

自動(dòng)實(shí)現(xiàn)簾柵調(diào)的原理是：當(dāng)板壓變化時(shí)，例如板壓增加，則板流增加，而簾柵流ig2減小,阻流圈Lg2產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓（-Lg2dig2/dt）,阻止ig2的減小，起到提高簾柵壓的作用，促使板流進(jìn)一步加大；反之，當(dāng)板壓減小時(shí)，在Lg2上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓,使總的簾柵壓降低，使板流進(jìn)一步減小。圖3-4中Cg2為簾柵極高頻旁路電容，它對(duì)音頻應(yīng)該有較高的阻抗第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

五、板極調(diào)幅的設(shè)計(jì)原則

1、被調(diào)放大器工作狀態(tài)的計(jì)算

從最大工作點(diǎn)入手，計(jì)算出P~max

、P0max、Pamax

、Eamax、Ia1max、Ia0max、Roe、ηa、Egmax、Ug、Ig1max、Ig0max、自給柵偏壓電阻等。

第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

若調(diào)制特性為直線，則可求出直流板壓和最大音頻電壓：

EaT=Eamax/2=U

因Ia0平=Ia0T

=Ia0max/（1+m）

=Ia0max/2

(m=1),

所以

Pa平=PaT（1+m2/2）

=[Pamax/(1+m)2]（1+m2/2）

=3Pamax/8

應(yīng)小于所選電子管的額定板耗PAN

。

第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四2、關(guān)于電子管的選擇

根據(jù)高頻工作頻率和最大工作點(diǎn)功率來選擇電子管。當(dāng)m=1時(shí)，在調(diào)制信號(hào)正半周峰值時(shí)，電子管的板壓將2倍于載波點(diǎn)電壓，再考慮到高頻正半周峰點(diǎn)瞬時(shí)電壓，那么電子管板極上有可能出現(xiàn)4倍于載波點(diǎn)電壓的瞬時(shí)電壓。所以載波電壓不能選得過高，否則電子管有被擊穿的危險(xiǎn)。

第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

電子管的選擇是決定最大輸出功率的因素。當(dāng)電子管的額定板壓EaN<10kV時(shí)，可取Eamax=（1.9-2）EaN；當(dāng)EaN>10kV時(shí),可取Eamax

20kV。

第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

3、最大起始數(shù)據(jù)的確定

取P~max=P~T（1+m）2,

amax=800-900

，在板簾雙重調(diào)制時(shí)，可工作于接近臨界的過壓或欠壓，但計(jì)算時(shí)取=界。

第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

4、調(diào)幅器的設(shè)計(jì)原則

板調(diào)時(shí)要求的調(diào)幅功率大，調(diào)幅設(shè)備是多級(jí)的大功率低頻放大器，對(duì)它們的要求是：能給出足夠的功率和電壓；頻率失真和非線性失真??；工作穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩。

第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

關(guān)于調(diào)幅器電子管的選擇問題：