何庶民

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036)

放大器的維護(hù)

何庶民

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036)

為了減少放大器發(fā)生故障的概率，提高放大器的使用率，需要對(duì)放大器進(jìn)行維護(hù)。介紹了放大器的基本原理，以及放大器的維護(hù)；并提出了具體的措施來(lái)加強(qiáng)放大器的維護(hù)和保養(yǎng)。

放大器；維護(hù)；溫度；濕度

微波功率放大器（以下簡(jiǎn)稱放大器）在生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，它和信號(hào)源組合就能提供信號(hào)的大功率輸出，能用于天線和元件的測(cè)試，大功率計(jì)校準(zhǔn)，EMI敏感度測(cè)試等。國(guó)內(nèi)使用的大功率微波放大器以進(jìn)口設(shè)備為主，出現(xiàn)故障后廠家提供維修不但費(fèi)用高昂，周期也相當(dāng)長(zhǎng)，對(duì)科研生產(chǎn)的影響很大。所以對(duì)放大器的維護(hù)進(jìn)行研究很有必要。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用比較多的大功率微波功率放大器有3種：美國(guó)的 AR（AMPLIFIER RESEARCH）公司，德國(guó)的波恩（BONN）公司，美國(guó)的 IFI（Instruments For Industry）公司。這里以常見(jiàn)的AR的放大器為例進(jìn)行討論。

1 基本工作原理

以放大器AR50W1000為例，AR50W1000是工作頻段為1 MHz到1 000 MHz，最大輸出功率為50 W，其原理框圖如圖1所示，輸入信號(hào)RF首先經(jīng)過(guò)信號(hào)限制器到定向耦合器，然后經(jīng)過(guò)增益平衡電路到低電平驅(qū)動(dòng)放大器A1，A1由5個(gè)串連的寬帶晶體管放大器及推挽級(jí)組成，共有36 dB的增益量；內(nèi)部層有反饋可以改善頻響平坦度以及各級(jí)的偏差。信號(hào)經(jīng)過(guò)A1的放大后送到功分器A2A5，在這里被分為4個(gè)相等的信號(hào)，分別去驅(qū)動(dòng)功放A2A1、A2A2、A2A3、A2A4。這 4 個(gè)放大器的輸出分別驅(qū)動(dòng)未級(jí)放大器的4個(gè)RF放大器，這4個(gè)完全相同的RF放大器組成未級(jí)放大器，未級(jí)放大器有獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源，4個(gè)未級(jí)放大器的輸出通過(guò)功率合成器（也叫合路器）合成一個(gè)信號(hào)，送到整個(gè)放大器的輸出口，提供所需的功率輸出。

其它放大器的功率放大部分的工作原理基本相同（行波管的放大器例外，這里暫不涉及）。功率更大的放大器的級(jí)數(shù)多幾級(jí)，功分器分出的信號(hào)路數(shù)也更多，功率合成也要分幾級(jí)來(lái)完成；另外大型放大器都有功能強(qiáng)大的控制板，具有很強(qiáng)的自檢功能及保護(hù)功能，在出現(xiàn)故障后能馬上停止對(duì)功率放大模塊供電，并給出故障的大概位置。

圖1 原理框圖

2 放大器的維修

2.1 維修思路

AR50W1000分為三級(jí)放大，A1為第一級(jí)，A2為第二級(jí)，RF放大為第三級(jí)，每一級(jí)都相對(duì)獨(dú)立，在維修的過(guò)程中可以根據(jù)情況進(jìn)行隔離，單獨(dú)進(jìn)行檢查，能較快地把故障定位在某一級(jí)上。如放大器經(jīng)常遇到的沒(méi)有放大功能，或者沒(méi)有信號(hào)輸出，我們可以從后向前逐級(jí)檢測(cè)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)哪一級(jí)信號(hào)開(kāi)始不正常，那么前面信號(hào)正常的各級(jí)元器件未損壞，信號(hào)不正常的這一級(jí)有元器件損壞，可以在這一級(jí)電路上查找損壞的元器件。在各級(jí)內(nèi)部，又分為幾層，用同樣的方法可以鎖定故障層。具體到某一層后，因?yàn)榛径际欠蛛x器件，就可以通過(guò)用數(shù)字多用表測(cè)電阻值判斷出損壞元器件。在放大器中，如果元器件損壞，因?yàn)楣β蚀?，損壞都比較嚴(yán)重，肉眼就可以看出，如燒焦，顏色不正常，維修中這種情況占的比例很大。

放大器的維修中有以下需要注意的地方：一定要確保地線良好接地，否則可能燒壞放大器，曾經(jīng)有用戶地接得不好，有115 V交流，把輸入級(jí)燒壞了很多器件；輸入信號(hào)≤0 dBm，注意靜電，檢修時(shí)，輸入端接上50 Ω終端負(fù)載防止外部未知信號(hào)進(jìn)入放大器；AR的大功率放大器是多個(gè)模塊通過(guò)合路器合成，需保證每個(gè)模塊的功率相差不大，并且相位一致，測(cè)試時(shí)用小信號(hào)測(cè)試；輸出端要注意負(fù)載阻抗匹配，注意負(fù)載能否承受放大器輸出的功率，放大器不要在額定輸出功率長(zhǎng)時(shí)間工作，在系統(tǒng)中，最好先輸出小信號(hào)先測(cè)試系統(tǒng)的駐波（VSWR）。

大型放大器都有功能強(qiáng)大的控制板，具有很強(qiáng)的自檢功能及保護(hù)功能，在出現(xiàn)故障后能馬上停止給放大級(jí)供電并給出故障的大概位置。如AR3500A100在OPERATE狀態(tài)時(shí)的主菜單有下列 選 項(xiàng) ：MANUAL、PULSE、ALCINTERNAL、SERVICE、SETUP、SCREEN；選擇 SERVICE 就能顯示放大器的工作狀態(tài)，正常就顯示“SYSTEM OK”；故障時(shí)就顯示報(bào)錯(cuò)信息，例如報(bào)錯(cuò)“-15VD-COK”，是-15 V直流電源出故障，可檢查PS5電源模塊；再如報(bào)錯(cuò)“A6A2-2 PAF1”是A6A2-2板損壞，這種情況一般是A6A2-2上的放大管AR188已損壞，嚴(yán)重的還會(huì)燒壞放大管周圍的元件；換放大管后，要對(duì)這個(gè)放大板的參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整，有時(shí)不調(diào)整仿佛功能也正常了，有信號(hào)輸出，但這時(shí)放大管并不是工作在最佳狀態(tài)，很可能最大功率達(dá)不到指標(biāo)，或者用不了多久相同的放大管又損壞；參數(shù)調(diào)整時(shí)，需要將放大板預(yù)熱到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。通過(guò)這些自檢信息，能大大縮短檢修時(shí)間。

2.2 維修實(shí)例

一臺(tái)AR50W1000出現(xiàn)輸出功率小的故障，輸出功率只能達(dá)到10 W。用頻譜儀觀察發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的載波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大后，除幅度不穩(wěn)定外，頻譜還不純。將頻譜儀的SPAN設(shè)為10 MHz時(shí)信號(hào)幅度不穩(wěn)定，上下跳動(dòng)，最大值和最小值相差達(dá)10 dBm，把SPAN減小到50 KHz后在頻譜儀上就能看到頻譜不純，在中心頻率兩邊有很多對(duì)稱的幅度逐漸減小的信號(hào)，很像是對(duì)載波進(jìn)行了調(diào)制。

在放大器輸入口（INPUT）輸入載波信號(hào)，逐級(jí)檢測(cè)信號(hào)，最后發(fā)現(xiàn)在低電平驅(qū)動(dòng)放大器A1的輸出端這種情況就存在，而輸入到低電平放大器的信號(hào)正常。根據(jù)分析，問(wèn)題就出在A1。檢查A1的電源，供電電壓應(yīng)為28.0 V，測(cè)試值為27.8 V，在誤差范圍內(nèi)，認(rèn)為電源沒(méi)有問(wèn)題，各級(jí)也沒(méi)有燒糊的元器件，電阻測(cè)量也基本正常。

低電平驅(qū)動(dòng)放大器有5層，從放大器的輸入口（INPUT）輸入載波信號(hào)，逐層測(cè)量各層的輸出信號(hào)，發(fā)現(xiàn)第一層頻譜似乎比較純，第二層雜波稍有一點(diǎn)，第三層雜波又大一點(diǎn)，第四層雜波又再大一點(diǎn)，第五層雜波就很大了。于是就跳過(guò)第一層和第二層，直接把輸入到低電平放大器的信號(hào)輸入到第三層，測(cè)試發(fā)現(xiàn)第三層也比較純，第四層比較大一點(diǎn)。又分析會(huì)不會(huì)是前面的信號(hào)里面有調(diào)制，只是開(kāi)始比較小檢測(cè)不出，經(jīng)過(guò)一層二層的放大后才檢測(cè)到。于是就直接把信號(hào)源的載波信號(hào)輸入到第一層的輸入端，看看經(jīng)過(guò)放大的情況，結(jié)果還是頻譜逐漸變差，而且越來(lái)越明顯。

這種情況可確定是跟各層有關(guān)系的元器件損壞，再經(jīng)各層放大，現(xiàn)象越來(lái)越明顯。

經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為供電電源不穩(wěn)定，于是通過(guò)用示波器看電源輸出電壓的波形，得到證實(shí)！電壓有很小的紋波，這種紋波用數(shù)字多用表是看不出來(lái)的（這是最迷惑人的地方）。把電源和放大電路斷開(kāi)，還是有紋波，而測(cè)量5 V和12 V電源的輸出電壓無(wú)此種紋波。轉(zhuǎn)回來(lái)重點(diǎn)檢查28 V電源模塊。

圖2 28 V電源電路

28 V電源電路如圖2所示，是一般的線性電源。交流電經(jīng)過(guò)CR1、CR2整流，C1濾波后通過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓集成塊U1輸出穩(wěn)定的28 V直流電壓。R2調(diào)節(jié)輸出電壓，在檢修時(shí)能方便地把輸出電壓調(diào)整到28 V；R1調(diào)節(jié)限制電流，在電流超過(guò)限制電流時(shí)使輸出電壓迅速變小，起到保護(hù)作用。輸出電壓能穩(wěn)定在28 V，可以確定集成塊U1是好的，輸出電壓有紋波，通常可認(rèn)定起濾波作用的電容損壞，測(cè)量電源模塊的電容容量，電容C1的容量為零，應(yīng)該是使用時(shí)間長(zhǎng)，電容變干，無(wú)容量。換上新的電容，再來(lái)測(cè)試電源的輸出，沒(méi)有紋波，把修好的28 V電源模塊接入到放大電路上，放大器輸出功率基本能達(dá)到50 W。

3 大型放大器的日常護(hù)理

放大器日常護(hù)理要注意以下事項(xiàng)：放大器的供電電壓穩(wěn)定，最好是經(jīng)過(guò)濾波和穩(wěn)壓；放大器的輸入信號(hào)要≤0 dBm，頻率不能超過(guò)放大器的允許范圍；增加信號(hào)源的功率時(shí)，要緩慢增加，避免一次增加過(guò)大；放大器不要長(zhǎng)時(shí)間工作在額定輸出功率，也不要工作在飽和狀態(tài)；放大器的輸出端口要接匹配的負(fù)載。

電磁兼容實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常會(huì)做200 V/m的電場(chǎng)輻射敏感度實(shí)驗(yàn)，在頻率為1 GHz以下要用幾千瓦的大型放大器去推動(dòng)大型天線才能完成，放大器及其附屬設(shè)施組成一個(gè)大型的系統(tǒng)，需專門(mén)為放大器配備一個(gè)功放間，以保證放大器對(duì)環(huán)境的要求。功放間的框圖如圖3所示，在日常使用中加強(qiáng)對(duì)功放間的護(hù)理，能減少放大器的故障率。下面討論功放間在日常護(hù)理中應(yīng)該特別注意的問(wèn)題。

圖3 功放間

3.1 溫度的問(wèn)題

電子元件在接近常溫時(shí)，每上升10℃，壽命減少到1/2～2/3；另外隨著使用時(shí)間的增加，電解電容的封口會(huì)漏出氣化的電解液，而且會(huì)隨著溫度的升高而加速，一般認(rèn)為溫度每上升10℃，泄漏速度會(huì)提高至2倍。在放大器中放大管和合路器都要產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量不能快速散走，放大器內(nèi)部溫度上升快，就很容易燒毀放大管及合路器；溫度過(guò)高會(huì)加速放大器老化。所以散熱對(duì)維護(hù)放大器有重要作用，除了放大器本身散熱外，放大器工作環(huán)境散熱也非常重要，因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高，放大器內(nèi)部的熱量散出去就困難得多。放大器要求環(huán)境溫度控制在5℃到40℃之間。

功放間配置的專用空調(diào)能提供強(qiáng)大的散熱氣流。平常使用中就要注意空調(diào)的運(yùn)行情況，不可在無(wú)空調(diào)環(huán)境下讓放大器運(yùn)行；特別是多注意風(fēng)道是否通暢，加強(qiáng)對(duì)功放間的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的日常維護(hù)；有用戶在放大器損壞后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)功放間的進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)量相當(dāng)小，不到正常時(shí)的1/3，然后檢查各處濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)已被灰塵堵死?？諝庵谢覊m多，很容易把進(jìn)風(fēng)口的濾網(wǎng)堵住，因此建議每半年清洗一次風(fēng)道各濾網(wǎng)，特別是進(jìn)風(fēng)口的濾網(wǎng)。

3.2 濕度的影響

放大器在環(huán)境溫度為31℃時(shí)要求濕度最大為80%，在40℃時(shí)線性的減少到最大為50%。在實(shí)際使用中，功放間有以下規(guī)律，冬天空氣干燥，所以功放間的濕度很低，基本都在70%以下；夏天晴朗時(shí)濕度也不高，但下雨時(shí)，濕度就很大，經(jīng)常達(dá)到90%以上；春秋季濕度比較高，空氣顯得潮濕，如果再加下雨，功放間的濕度很容達(dá)到90%以上，這個(gè)時(shí)候進(jìn)入功放間經(jīng)常能在墻壁上看到水珠。在維護(hù)工作中，我們發(fā)現(xiàn)功放間里的放大器對(duì)濕度確實(shí)特別敏感，有一臺(tái)放大器更是出現(xiàn)因環(huán)境太潮濕不能啟動(dòng)，除濕后才能啟動(dòng)的現(xiàn)象。潮濕是導(dǎo)致電子儀器設(shè)備失效的主要因素之一，高溫高濕作用于儀器的電路板和元器件時(shí)，會(huì)構(gòu)成水氣吸附、吸收和擴(kuò)散作用，電性能下降。

潮濕環(huán)境對(duì)放大器會(huì)造成很大的損壞，有些損壞是長(zhǎng)期漸進(jìn)式的，表面上看濕度很大時(shí)用除濕機(jī)除濕后又能正常工作一段時(shí)間，但它對(duì)放大器的損壞卻是不可逆的，長(zhǎng)期在這樣的工作環(huán)境下，放大器故障率會(huì)顯著升高，放大器的使用壽命會(huì)大大縮短。所以要做好放大器維護(hù)工作，不僅要為放大器提供適宜的環(huán)境溫度，還要為放大器提供適宜的環(huán)境濕度，否則放大器也不能達(dá)到預(yù)期壽命。經(jīng)常出現(xiàn)放大器頭天工作很正常，但第二天加電卻出現(xiàn)故障，這就是潮濕環(huán)境對(duì)放大器逐漸損壞造成的。所以除濕的工作不能因?yàn)榉糯笃魍Ｖ构ぷ鞫Y(jié)束。我們這里在空調(diào)除濕不能滿足要求的情況下，在功放間配置了一臺(tái)除濕機(jī)，專門(mén)對(duì)功放間進(jìn)行除濕，效果很好，大大降低了放大器的故障率。

放大器不使用時(shí)功放間的門(mén)要保持關(guān)閉，如果長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)，會(huì)讓外界空氣進(jìn)入功放間，造成放大器內(nèi)部結(jié)露，導(dǎo)致放大器開(kāi)機(jī)就損壞。在測(cè)試之前空調(diào)應(yīng)該設(shè)定到除濕，在濕度計(jì)指示在60%以下放大器才能工作。放大器開(kāi)機(jī)后保持STANDBY模式約10 min，充分預(yù)熱后開(kāi)通強(qiáng)通風(fēng)，此時(shí)放大器內(nèi)部會(huì)輕微發(fā)熱，有助于排干內(nèi)部水汽，外面空氣帶來(lái)的水汽也不會(huì)在放大器內(nèi)結(jié)露，之后再按OPETATE鍵讓放大器工作。關(guān)機(jī)時(shí)注意在機(jī)器仍熱時(shí)就關(guān)閉強(qiáng)通風(fēng)，使放大器內(nèi)部保持干燥。

3.3 日常使用中注意電纜的維護(hù)

對(duì)于電纜要強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：首先放大器連接的電纜除了考慮頻率指標(biāo)外，還要著重考慮功率是否達(dá)到要求，如果功率達(dá)不到使用的要求，電纜就會(huì)燒毀，是沒(méi)機(jī)會(huì)更換的；其次是操作人員在斷開(kāi)和連接電纜的時(shí)候，要隨時(shí)注意哪一部分是可以旋轉(zhuǎn)的，哪一部分是不能旋轉(zhuǎn)的，更不能整個(gè)一起旋轉(zhuǎn)，否則就會(huì)損害電纜和接頭，要注意螺紋對(duì)齊后慢慢旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有對(duì)齊會(huì)很費(fèi)勁，要停下來(lái)，重新對(duì)齊，否則就會(huì)損壞接頭；不要踩電纜，也不要讓設(shè)備壓在電纜上；電纜不用的時(shí)候，接口要用保護(hù)帽保護(hù)好，否則接口上會(huì)積累灰塵，嚴(yán)重的會(huì)氧化，光纖端口和RF波導(dǎo)端口尤其要注意。

大型放大器因?yàn)檩敵龉β屎艽?，所以輸出端口駐波（VSWR）的變化對(duì)放大器的影響很大，駐波過(guò)大功率反射就會(huì)損壞合路器部分，很容易把合路器部分燒壞。在外接電纜時(shí)一定要保證連接良好，實(shí)驗(yàn)的時(shí)候多注意駐波的變化，特別是每次重新連接電纜后（大部分放大器都能夠在面板上顯示前向功率FORWARD POWER和反射功率REFLECTED POWER，如果反射功率變大，就表示駐波變大）。在天線輸入端口的連接處（如圖3中A點(diǎn)和B點(diǎn)）做實(shí)驗(yàn)時(shí)要經(jīng)常斷開(kāi)和接通，操作不當(dāng)很容易出現(xiàn)接觸不良，就會(huì)使信號(hào)反射到接頭處生成高溫，有單位發(fā)現(xiàn)在AR3500A100放大器的輸出電纜連接到EFG-03天線的接口處出現(xiàn)故障，連接處的SC型接頭被燒化，EFG-03天線的SC接頭燒壞的同時(shí)后面的匹配電路也很容易燒壞，EFG-03天線內(nèi)的匹配電路燒壞就只有聯(lián)系廠家更換，費(fèi)用貴不說(shuō)，周期還相當(dāng)長(zhǎng)。另外做電場(chǎng)輻射敏感度實(shí)驗(yàn)時(shí)要經(jīng)常切換天線，切換時(shí)移動(dòng)電纜要注意不要把電纜折得小于電纜允許的彎曲半徑，特別是天線上固定電纜的位置（如圖3中A點(diǎn)和B點(diǎn)），因?yàn)橐苿?dòng)天線時(shí)電纜這個(gè)位置受力最大，很容易損壞。所以駐波異常時(shí)要馬上進(jìn)行維護(hù)，找出駐波異常的原因，修好后再用。

4 結(jié)束語(yǔ)

提高放大器維修技術(shù)，在放大器出現(xiàn)故障時(shí)快速解決問(wèn)題，這樣既可以節(jié)約維修費(fèi)用，又能保證科研生產(chǎn)的正常進(jìn)行；平常使用中注意功放間的護(hù)理也能有效避免放大器出現(xiàn)大故障，避免不必要的損失。希望本文對(duì)放大器的維修者和使用者有所助益。

[1] 陳梓誠(chéng).電子設(shè)備維修技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 何庶民.合成掃頻信號(hào)源的維修方法[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2016，45(10)：54-59.

[3] 毛遠(yuǎn)端.常用電子儀器維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

Maintaining of the Amplifier

HE Shumin
(Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China)

In order to reduce the probability of failure of the amplifier，improve the utilization of the amplifier，the need for maintenance of the amplifier.This paper introduces the basic principles and maintaining method of the amplifier.And put forward specific measures to strengthen amplifier maintenance and repair.

Amplifier；Maintain；Temperature；Humidity

TN607

B

1004-4507(2017)05-0063-05

2017-04-04