余小洪張 雪

（作者單位：1.貴州新聞出版廣播電影電視局764臺；2.貴州新聞出版廣播電影電視局706臺）

廣播電視固態(tài)發(fā)射機場效應功率管故障探討

余小洪1張 雪2

（作者單位：1.貴州新聞出版廣播電影電視局764臺；2.貴州新聞出版廣播電影電視局706臺）

摘 要：在廣播電視傳輸方式中，固態(tài)發(fā)射機在當代廣播電視傳輸過程中有著重要的地位，在固態(tài)發(fā)射機中放大器是發(fā)射機的重要組成部分，目前固態(tài)發(fā)射機所使用的功率器件均以場效應管作為放大管，所以場效應管長期處于高電壓、大電流、高溫等條件下工作運行。在實際工作中場效應管的損壞率比較高，因此探討場效應管在廣播電視發(fā)射機運行工作中發(fā)生損壞的規(guī)律有益于提高我們的工作效率。

關鍵詞：廣播電視；發(fā)射機；放大器；場效應管

隨著我國廣播電視事業(yè)的飛速發(fā)展，廣播電視設備也同步得到了長足的進步。各級電臺電視臺正在逐步以全固態(tài)發(fā)射機更新替代真空電子管發(fā)射機，全固態(tài)發(fā)射機相對于電子真空管發(fā)射機來說，具有體積小、重量輕、效率高、壽命長等優(yōu)點。新器件的不斷出現(xiàn)，新的技術不斷被掌握和應用于各個不同的行業(yè)和產(chǎn)品，推陳出新、日新月異是當代電子科技發(fā)展展示其具有旺盛的生命力的時代。在長期的實踐工作過程中，一線的技術工作者，對固態(tài)發(fā)射機的核心器件——場效應管，也從陌生、認識、了解到掌握的過程。

由于廣播電視發(fā)射機的生產(chǎn)廠家較多，場效應功率管在各種廣播電視發(fā)射機功率放大器的設計、使用和調試方法各有不同，為了便于在設備管理和維護工作中能快速、準確、高效把本職工作做好，現(xiàn)將多年的工作總結和工作積累進行了一點粗淺歸納，呈現(xiàn)給從事廣播電視、熱愛廣播電視的同行共勉。

固態(tài)廣播電視發(fā)射機功率放大器的整體工作原理均大同小異，發(fā)射機的結構雖然有所不同，但是從發(fā)射機的結構方框圖也可深入淺出歸納眾多廣播電視發(fā)射機具有的共同點，那就是該功率放大器件即場效應管。場效應管有以下特點：輸入、輸出阻抗高，容易實現(xiàn)寬帶匹配；功率增益高，輸出功率大，所需推動功率較小，容易實現(xiàn)功率控制；漏源擊穿電壓高，對安全可靠工作有利；正向跨導較大，且跨導的線性好；通頻帶寬，高頻特性好；具有負溫度參數(shù)，溫度穩(wěn)定性好；低的導通電阻Ron，既能提高最大輸出功率，又能保持較低的耗散功率；輸入、輸出間的反饋電容小，線路便于設計和調整。

場效應管由于具有諸多優(yōu)點，已被廣泛應用于廣播電視發(fā)射機。

1 廣播電視發(fā)射機結構

發(fā)射機結構方框圖如圖1。從圖1可以看出功率場效應管主要用于激勵器和放大器作為功率放大。在實際工作中激勵器由于長期工作在小功率輸出狀態(tài)，且保護功能比較完備，功率放大管損壞的幾率比較小，在本文中主要討論放大器所用場效應管在大功率工作運行中損壞的成因。

2 發(fā)射機各組成部分對放大器場效應管的作用和危害

2.1 激勵器

激勵器是發(fā)射機的音視頻處理和射頻調制機構。在我國廣播電視系統(tǒng)發(fā)射機的功率等級有多種級別，包括200 kW、50 kW、20 kW、10 kW、3 kW、1 kW、300W、100W等多種等級。因此激勵器的指標要求也有不同，工作穩(wěn)定性要求也有差異。從目前廣播電視發(fā)射機配置情況來看，大功率輸出發(fā)射機對激勵器工作指標要求較高，對工作穩(wěn)定性要求較嚴格，這樣的要求會對傳輸信號質量有保障，也對后級功率放大器的場效應管的工作穩(wěn)定有保障。如果激勵器的工作不穩(wěn)定，就會使激勵器的輸出功率過大，會造成“過激勵”，給后級放大器場效應管柵極輸入較大的功率，使場效應管的漏源級電流過大，場效應管的結溫急劇上升，致使場效應管損壞。

圖1　發(fā)射機組成結構方框圖

2.2 放大器輸入網(wǎng)絡

放大器輸入網(wǎng)絡是一個信號通道，具有將有用信號低損耗通過，將對無用信號起到抑制通過的作用。輸入網(wǎng)絡的指標要求比較嚴格，根據(jù)目前廣播電視發(fā)射機的輸入網(wǎng)絡使用情況來看，大量使用微帶傳輸線的結構作為輸入網(wǎng)絡，在發(fā)射機實際工作中輸入網(wǎng)絡應處于諧振和匹配良好的狀態(tài)。由于該網(wǎng)絡的結構比較簡單、使用元器件數(shù)量少、易調整、

故障率低等特點，被廣大生產(chǎn)廠家所采用。但是由于輸入網(wǎng)絡中采用到電感、電容、電阻等元器件，在長期運行工作和檢修維護工作中，電感、電容、電阻的參數(shù)將有變化，這些變化會使輸入網(wǎng)絡的諧振狀態(tài)產(chǎn)生變化，使輸入網(wǎng)絡的匹配狀態(tài)產(chǎn)生失配，在嚴重的情況下輸入網(wǎng)絡產(chǎn)生“自激”，“自激”會使放大器的場效應管柵極獲得破壞性的激勵，這種破壞性的激勵會造成：（1）場效應管在“自激”信號的作用下，使場效應管柵極電壓瞬間升高，當柵源電壓VGS超過額定值將場效應管柵源級擊穿；（2）由于過大的“自激”信號輸入到場效應管柵極，漏源級間電流過大，漏源級結溫急劇升高，場效應管將在瞬間被損壞。

2.3 放大器

放大器是發(fā)射機的核心組成部分，是傳輸有用信號通過和放大的電路，是功率器件。在我國廣播電視系統(tǒng)組成的傳輸系統(tǒng)中，由于規(guī)劃設計的服務范圍和覆蓋范圍大小不同，成套設備中放大器的設計方案也不同。發(fā)射機從幾十瓦到幾百個千瓦的功率等級都有放大器，因此放大器的組成方式和方法也不同。以目前常用的場效應管的輸出功率來看，場效應管單管輸出功率從100~1000W均有涉及，比如飛利浦公司生產(chǎn)的BLF系列（如BLF177、BLF278、BLF861等）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的MRF系列（如MRF151）場效應管，這些場效應管在功率放大器中均有應用，其技術參數(shù)也不同，如BLF278的技術參數(shù)如表1、表2、表3所示。

從表1、表2、表3可以看到場效應管的性能參數(shù)、極限參數(shù)、特性參數(shù)數(shù)值的大小。同理其他型號的場效應管也同樣具有各自的性能參數(shù)、極限參數(shù)、特性參數(shù)。這些參數(shù)對場效應管起到破壞作用的有柵源電壓VGS、漏源電壓VDS、漏電流ID。現(xiàn)舉一例放大器來說明柵源電壓VGS、漏源電壓VDS、漏電流ID對場效應管損壞的實例。比如FM301-Ⅳ型全固態(tài)調頻廣播發(fā)射機末級功率放大器原理圖如圖2所示。

表1　BLF278的RF性能參數(shù)（推挽共源連接，250C條件下）

表2　BLF278的極限參數(shù)

表3　BLF278的特性參數(shù)

圖2　末級功率放大器原理圖

從圖2可知，場效應管V的柵極電壓由+12V經(jīng)調整P1電位器與R14分壓后給與提供。當放大器經(jīng)多年運行后，P1出現(xiàn)接觸不良或內部觸點與R14的路徑斷開，+12V電源直接向場效應管柵極提供偏置電壓，造成場效應管漏電流ID過大，這樣場效應管因ID過大使結溫Tj超過極限溫度而損壞。

當場效應管正常輸出功率后，由于輸出網(wǎng)絡出現(xiàn)開路，那么放大器輸出網(wǎng)絡將出現(xiàn)高駐波，輸出網(wǎng)絡的諧振和匹配完全失諧和失匹，反射功率以反射波的形式在場效應管和輸出網(wǎng)絡中消耗；如果反射波的峰值電壓超過場效應管漏源擊穿電壓VDSS，場效應管將損壞。同理，當場效應管正常輸出功率后，由于輸出網(wǎng)絡出現(xiàn)短路，那么放大器輸出網(wǎng)絡同樣出現(xiàn)高駐波，輸出網(wǎng)絡的諧振和匹配完全失諧和失匹，反射功率以反射波的形式同樣在場效應管和輸出網(wǎng)絡中消耗，反射波的峰值電壓超過場效應管漏源擊穿電壓VDSS，場效應管將損壞。

場效應管在運行多年后，其增益會降低，為了發(fā)射機各個放大器輸出功率獲得平衡，在場效應管沒有完全損壞的情況下，為了增大場效應管的輸出功率，只有加大場效應管柵極的偏置電壓才能獲得更高的輸出功率，這樣會進一步加速場效應管的老化程度，經(jīng)過一段時間，場效應管將出現(xiàn)自然損壞。

2.4 輸出網(wǎng)絡

輸出網(wǎng)絡在放大器中，也具有輸入網(wǎng)絡同樣的作用和結構，所不同的是，輸出網(wǎng)絡傳輸?shù)墓β时容斎刖W(wǎng)絡大，即網(wǎng)絡中的電流和電壓比輸入網(wǎng)絡大；在失諧和失配的情況下，對場效應管的危害同樣要嚴重。以上已描述，這里就不

再重復。

2.5 負載

負載是廣播電視系統(tǒng)發(fā)射機的終端，具有將發(fā)射機輸出的功率消耗和將發(fā)射機輸出功率以電磁波的形式傳輸出去。當負載出現(xiàn)高駐波，反射波也會通過輸出網(wǎng)絡傳輸?shù)綀鲂艿穆O；當反射波的峰值電壓超過漏源擊穿電壓VDSS，場效應管將損壞。

2.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)在發(fā)射機運行過程中起到關停和保護發(fā)射機的作用。本文主要討論場效應管的損壞的成因，所以有關涉及場效應管損壞的控制程序。

2.6.1 過激勵保護。由于激勵器輸出功率過大，造成末級場效應管漏源電流過大，場效應管溫度急劇升高，這樣會使場效應管損壞；為避免這種情況發(fā)生，控制系統(tǒng)將關停激勵器，但是當控制系統(tǒng)發(fā)生異常時，激勵器輸出功率過大，由于沒有控制系統(tǒng)的保護，末級場效應管將出現(xiàn)損壞。

2.6.2 過溫保護。由于放大器場工作異?；蚶鋮s系統(tǒng)異常，造成放大器電路板溫度異常升高，控制系統(tǒng)將發(fā)射機關停；在放大器場工作異常或冷卻系統(tǒng)異常的情況下，控制系統(tǒng)同樣出現(xiàn)異常，場效應管因溫度升高，超過場效應管的極限結溫Tj時，場效應管將損壞。

2.6.3 反射保護。由于負載出現(xiàn)高駐波，反射功率大，經(jīng)反射波耦合器耦合得到的反射波，經(jīng)檢波起檢波獲得一個控制信號，由控制系統(tǒng)將發(fā)射機關停；當負載出現(xiàn)高駐波時耦合器失效或檢波器失效后，控制系統(tǒng)不能將發(fā)射機關停，最終反射波經(jīng)輸出網(wǎng)絡傳輸?shù)綀鲂苈O，造成場效應管損壞。

總之，本文通過對場效應管在全固態(tài)廣播電視發(fā)射機中的作用，以及放大器所用場效應管在大功率工作運作中的損壞成因作了進一步的分析，所以，場效應管在廣播電視發(fā)射機中具有廣泛的應用，起到很重要的作用。

作者簡介：余小洪（1967-），男，貴州凱里人，工程師。研究方向：機房技術。張雪（1968-），女，貴州臺江人，工程師。研究方向：機房工作。