0 引言
螺旋線行波管(以下簡(jiǎn)稱行波管)作為微波放大部件,，盡管生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴,，但因?yàn)樗哂?span onmouseout="_tipoff()" onmouseover="_tipon(this)">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(wěn)壓取樣方法,。
1 行波管工作原理
螺旋線行波管是一種特殊的電真空器件，采用螺線狀的慢波結(jié)構(gòu),；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(tǒng),，在電子注通過(guò)螺線時(shí)產(chǎn)生群聚,，群聚過(guò)程不斷與射頻信號(hào)交換能量，最后在輸出口得到放大了的射頻信號(hào),，而在慢波系統(tǒng)中完成了能量轉(zhuǎn)換任務(wù)的電子注穿出螺旋線后被收集極所收集,，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(shè)計(jì)來(lái)減小熱損耗，同時(shí)通過(guò)散熱設(shè)計(jì)使熱量有效地散出去,，目前關(guān)于行波管的專業(yè)書(shū)籍書(shū)店很少見(jiàn)到,，詳細(xì)介紹參考文獻(xiàn)。
2 幾種收集極電源穩(wěn)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(biāo)要求相對(duì)較低；通常情況下控制電路以地為參考點(diǎn),，要實(shí)現(xiàn)收集極電源的穩(wěn)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(xiàn)穩(wěn)壓,，下面介紹幾種常用的穩(wěn)壓取樣方法,。
2．1 穩(wěn)定輸入電壓
這是一種最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓方式，電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)交流穩(wěn)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(fù)載穩(wěn)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(dāng)這種線路用于脈沖行波管時(shí),，電源電壓會(huì)隨著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。這種線路簡(jiǎn)單可靠,，比較適合實(shí)驗(yàn)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(xiàn)穩(wěn)壓
UC3901是一種專用于隔離取樣的芯片,，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)文獻(xiàn),；誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部放大器放大后調(diào)制高頻振蕩器幅度，輸出占空比為50％的高頻調(diào)幅信號(hào),，該調(diào)幅信號(hào)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(diào)制器(3525或其它控制器),，原理如圖l所示。
這種穩(wěn)壓方式可實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)壓,，同時(shí)高頻化使體積大大縮?。蝗秉c(diǎn)是環(huán)路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),，在行波管應(yīng)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(yán)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(hù)功能)，雖然可加電,，但由于加電瞬間存在散焦沖擊,，若長(zhǎng)期處于這樣的工作狀態(tài)勢(shì)必影響行波管壽命；解決加電過(guò)程散焦保護(hù)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(wěn)壓,；該線路另一缺點(diǎn)是不方便電壓調(diào)節(jié),，由于放大器及參考基準(zhǔn)都浮動(dòng)在陰極電壓上，高壓灌封后使電壓調(diào)節(jié)非常不便,。
綜合該線路的優(yōu)缺點(diǎn),，可以確定這種線路適合在穩(wěn)定的連續(xù)波行波管上使用，這種行波管電壓參數(shù)穩(wěn)定一致，電壓不需要經(jīng)常調(diào)節(jié),，而電流只有兩種狀態(tài),，易于實(shí)現(xiàn)加電過(guò)程的控制。若電壓經(jīng)常需要調(diào)整時(shí),，這種線路由于調(diào)節(jié)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(xiàn)《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(xiàn)的多輸出開(kāi)關(guān)電源,，電路由螺線電源取樣實(shí)現(xiàn)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(xiàn)同步變化,，有利于減小加電過(guò)程對(duì)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小,；它的缺點(diǎn)在于收集極電源電壓不能單獨(dú)調(diào)整,，使用中靈活性較差。
對(duì)于一個(gè)確定的行波管,，無(wú)論是連續(xù)波管還是脈沖管,，這種電路形式都能很好地滿足需要；如果行波管不很成熟,，各極電壓在使用中需要調(diào)整,，該電路因收集極不能單獨(dú)調(diào)節(jié)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(hào)變換成單端信號(hào)的方法,，可以將以陰極為參考的收集極電壓轉(zhuǎn)換為以地為參考的壓差信號(hào),，原理如圖2所示，R1,、R2構(gòu)成陰極分壓取樣電路,，R3、R4構(gòu)成收集極分壓取樣電路,；圖中Uk,，Uc數(shù)值以地為參考,。
從以上分析看出,，圖2電路在運(yùn)放U1C輸出端得到了與(Uc一Uk)成比例的輸出電壓，即將以陰極為參考的收集極電源電壓轉(zhuǎn)換成以地為參考的信號(hào),。該取樣信號(hào)可以直接反饋到3525反相輸入端,，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制,；要使該電路調(diào)試方便，必須滿足kl=k2=k,，R6=R7=R8=R9,，否則在運(yùn)放輸出端得到的信號(hào)可能是Uk而不是(Uc一Uk)的函數(shù)，直接結(jié)果是Uk的變化影響Uc,，使得Uc電源很難單獨(dú)調(diào)試,。
用差分取樣方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，閉環(huán)時(shí)間短,，可以適應(yīng)多種用途,，加電過(guò)程中防止瞬態(tài)沖擊的方法在該電路中都可以使用，該電路的缺點(diǎn)是取樣分壓關(guān)系及減法器的幾個(gè)電阻要求精度高,，否則陰極電壓會(huì)影響收集極電壓,。
3 結(jié)語(yǔ)
行波管收集極電源在行波管所有電源中功率最大，其它指標(biāo)要求較低,；盡管如此,，在大功率行波管中使用時(shí)，由于行波管耗散功率較大,，還是希望有一個(gè)穩(wěn)定的收集極電壓以控制行波管功耗,。上面介紹的幾種常用的穩(wěn)壓取樣方法各有特點(diǎn)，也有不同的適用范圍,，孰優(yōu)孰劣沒(méi)有定論,，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析；以上分析如有不妥之處請(qǐng)專家指正,。