螺旋線(xiàn)行波管收集極的電源穩壓取樣方法

螺旋線(xiàn)行波管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)行波管)作為微波放大部件，盡管生產(chǎn)工藝復雜，價(jià)格昂貴，但因為它具有寬帶大功率的特點(diǎn)，直到目前還沒(méi)有一種完全替代方案，固態(tài)放大器雖然己大量使用，但要想取代行波管還有待時(shí)日。行波管電源性能的好壞直接影響行波管的性能及使用壽命；下面通過(guò)行波管原理的簡(jiǎn)單敘述，介紹幾種收集極電源的穩壓取樣方法。

1 行波管工作原理

　　螺旋線(xiàn)行波管是一種特殊的電真空器件，采用螺線(xiàn)狀的慢波結構；燈絲電源通過(guò)燈絲給陰極加熱，受熱的陰極不斷發(fā)射電子，電子注經(jīng)聚焦后通過(guò)慢波系統，在電子注通過(guò)螺線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生群聚，群聚過(guò)程不斷與射頻信號交換能量，最后在輸出口得到放大了的射頻信號，而在慢波系統中完成了能量轉換任務(wù)的電子注穿出螺旋線(xiàn)后被收集極所收集，可見(jiàn)收集極電源功率較大；由于收集極的熱損耗很大，為防止收集極溫度過(guò)高而損壞行波管，通常通過(guò)降壓收集極設計來(lái)減小熱損耗，同時(shí)通過(guò)散熱設計使熱量有效地散出去，目前關(guān)于行波管的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍書(shū)店很少見(jiàn)到，詳細介紹參考文獻。

2 幾種收集極電源穩壓取樣方法

　　通過(guò)行波管原理的簡(jiǎn)單介紹可見(jiàn)，收集極電源的目的是收集經(jīng)過(guò)能量交換后的電子。收集極電源以陰極為參考，主要特點(diǎn)是功率大，其它指標要求相對較低；通常情況下控制電路以地為參考點(diǎn)，要實(shí)現收集極電源的穩壓控制，必須在取樣電路與控制電路之間隔離或通過(guò)其他方法實(shí)現穩壓，下面介紹幾種常用的穩壓取樣方法。

2．1 穩定輸入電壓

　　這是一種最簡(jiǎn)單的穩壓方式，電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)交流穩壓器后由工頻變壓器升壓，再通過(guò)整流濾波電路輸出收集極電源。這種電源負載穩定度低，空載時(shí)電壓較高，電子注打開(kāi)后電壓下降，而這一特性正符合行波管加電要求，電子注打開(kāi)過(guò)程中收集極電壓由高降低可有效防止電子注散焦。它的最大缺點(diǎn)是由于低頻變壓器造成的大體積；同時(shí)，當這種線(xiàn)路用于脈沖行波管時(shí)，電源電壓會(huì )隨著(zhù)脈沖占空比變化而變化，占空比小電流小則電壓高，反之則低，這雖然影響效率但不會(huì )使行波管功耗超出額定值。這種線(xiàn)路簡(jiǎn)單可靠，比較適合實(shí)驗室使用，但因體積大而不適合裝備使用。

2．2 利用UC3901隔離反饋實(shí)現穩壓

　　UC3901是一種專(zhuān)用于隔離取樣的芯片，詳細數據見(jiàn)文獻；誤差信號經(jīng)過(guò)內部放大器放大后調制高頻振蕩器幅度，輸出占空比為50％的高頻調幅信號，該調幅信號經(jīng)過(guò)變壓器(或光電器件)隔離到低壓端整流濾波后控制脈寬調制器(3525或其它控制器)，原理如圖l所示。

　　這種穩壓方式可實(shí)現高精度穩壓，同時(shí)高頻化使體積大大縮??；缺點(diǎn)是環(huán)路響應時(shí)間長(cháng)，在行波管應用中，打開(kāi)電子注時(shí)會(huì )引起收集極電壓瞬間大幅下跌，這種電壓瞬間跌落會(huì )引起電子注散焦，嚴重時(shí)行波管不能正常加電；通過(guò)時(shí)間窗控制(即加電過(guò)程中屏蔽保護功能)，雖然可加電，但由于加電瞬間存在散焦沖擊，若長(cháng)期處于這樣的工作狀態(tài)勢必影響行波管壽命；解決加電過(guò)程散焦保護的另一個(gè)方法是通過(guò)控制電路使環(huán)路在電子注打開(kāi)后才進(jìn)入閉環(huán)穩壓；該線(xiàn)路另一缺點(diǎn)是不方便電壓調節，由于放大器及參考基準都浮動(dòng)在陰極電壓上，高壓灌封后使電壓調節非常不便。

　　綜合該線(xiàn)路的優(yōu)缺點(diǎn)，可以確定這種線(xiàn)路適合在穩定的連續波行波管上使用，這種行波管電壓參數穩定一致，電壓不需要經(jīng)常調節，而電流只有兩種狀態(tài)，易于實(shí)現加電過(guò)程的控制。若電壓經(jīng)常需要調整時(shí)，這種線(xiàn)路由于調節不便而不適用；另外，在脈沖行波管中，由于電流是脈沖的，加電過(guò)程不易控制，該線(xiàn)路同樣不適用。

2．3 收集極電源作為從輸出

　　行波管兩個(gè)主要的高壓電源——螺線(xiàn)電源及收集極電源，可用某些電路形式由一個(gè)高壓變壓器輸出；文獻《Buck電流饋電全橋高壓開(kāi)關(guān)電源》介紹了用Buck加全橋電路實(shí)現的多輸出開(kāi)關(guān)電源，電路由螺線(xiàn)電源取樣實(shí)現閉環(huán)控制，收集極作為從輸出。

　　這種電源形式的突出優(yōu)點(diǎn)是兩組高壓電源可實(shí)現同步變化，有利于減小加電過(guò)程對行波管的沖擊，同時(shí)由于合用一組控制電路及高壓變壓器使體積可以做得更??；它的缺點(diǎn)在于收集極電源電壓不能單獨調整，使用中靈活性較差。

　　對于一個(gè)確定的行波管，無(wú)論是連續波管還是脈沖管，這種電路形式都能很好地滿(mǎn)足需要；如果行波管不很成熟，各極電壓在使用中需要調整，該電路因收集極不能單獨調節給使用帶來(lái)很大不便。

2．4 差分取樣方式

　　借助差分放大電路中將雙端差分信號變換成單端信號的方法，可以將以陰極為參考的收集極電壓轉換為以地為參考的壓差信號，原理如圖2所示，R1、R2構成陰極分壓取樣電路，R3、R4構成收集極分壓取樣電路；圖中Uk，Uc數值以地為參考。