谈业余用途的短波电子管功放

　　电子管因抗瞬时过载能力很强，电子管射频功放技术原理也很简单，早在几十年前就做得很成功了。它电路简单，单位功率的制造成本低且体积小和重量轻，如果保护做到位了会比一般用途的全固态机耐操多了！正因为以上优势，深受业余无线电爱好者喜爱。业余用途的短波电子管射频功放，与退役的军用或远洋轮船上的功放存在着较大的不同，因此在设计时应当特别注意以避免造价过高。

1、使用的环境不同。爱好者用的功放不会放到潮湿的坑道或者航行在大海的舰艇上或车辆上使用，因而无须为抗腐蚀使用贵金属镀层也不必为振动加固其结构设计大幅度降低成本；

2、天馈系统驻波小。使用大功率射频功放的爱好者的天线驻波一般小于2,于是槽路工作环境很好,很多电容用不着按照专业机的做法选用太高耐压和特高功率的；

3、爱好者使用的频率很窄。这就用不着使用昂贵的滚桶电感+真空可变电容（联动）的进行大范围连续可调的同步调谐机构，槽路电感线圈的空载Q值可以在低成本下做得更高；

4、业余电台持续满功率发射时间不会超过45秒（用SSTV发图片），而后起码会休息15秒才会再发，在变压器的负载率设计时可以考虑这个因素；

5、可以将现代化的单片机技术和各种传感器应用到电子管射频功放中去，过载或故障保护可以做得更完善，同时可以将电子管的优势发挥到极限，比如说用DSP技术做成戊类SSB功放来节能。

我觉得现在做业余用途电子管功放就应当做精品，追求卓越品质：在相对来说比较宽裕的成本下，方便使用者的操作习惯， 符合人机工程理念，有优秀的技术指标、实用的外形和人机界面、包含着较高的文化底蕴和技术含量，在有限的成本下设计和制作得比较到位，将细节做得尽善尽美，整个“木桶”各板的板长大致相等，没有特别的短板。 

细节决定成败，在实际DIY套件或者自己使用的作品在设计制造中可千万别瞧不起它的技术含量。我在解剖了国产74型400瓦单边带发射机的功放部分和2区某爱好者DIY的双FU-81__800瓦短波功放DIY成功作品的基础上，特别请教了乌鲁木齐、北京、上海、广州等地资深业余电子管功放制作者和查阅了大量广播电台电子管功放部分的论文后，针对部分图纸资料已经在网络上被公开的业余胆功放，把一些不需要花多少钱就能够把机器做得像模像样，但因各种原因没去做而可能造成性能差或者基本功能不具备的部分列出来，抛砖引玉，供大家参考。因理论水平和接触的设备种类有限，肯定存在不少谬误，不足之处还请批评指正。

1、建议增加灯丝恒温和软启动：少数功放的电子管灯丝电源来自高压变压器，因变压器的外特性，未发射时灯丝电压可能会超过额定值，而满负荷输出时灯丝电压会降低较多，欠压下还要发射大量电子则会严重影响阴极寿命。如果能够限流启动防止灯丝热冲击变形且根据钨丝电阻的温度系数实时监测并控制（如果非要用交流供电，可用磁饱和电抗器执行）做成灯丝恒温，完全可以大大提高电子管的实际使用寿命。电子管虽说便宜，但多数管子早已停产，坏一个就少一个，以后越来越难买！延长其使用寿命起码是响应“打造节约型社会”的倡导。

2、建议增加整机程控软启动。电源开关合上的瞬间由于对高压滤波电容充电，次级绕组相当于短路，220v 供电电流会很大，加个程控软启动，一则减少冲击电流，二则可以在灯丝达到额定温度后才有高压，对整个系统都有好处。具体做法完全可以用现代廉价的单片机按照专业大功率电子管发射机的开机程序设计自动化开机系统。

a、电源接通，控制系统和灯丝限流加电（磁饱和电抗器未加磁化电流时显高阻抗）；

b、较强负栅压加电；

c、延时3分钟后高压软启动；高压充电回路软启动的具体做法：在高压变压器初极串联100Ω/50瓦左右的大功率绕线电阻，延时5秒后短接。

d、短路高压软启动限流电阻后再延时2秒钟；

e、允许发射并加正常栅压。

f、关闭时的程序：简单点只要保持较强负栅压的自放电时间长于屏极高压的自放电时间即可，如果做得复杂点也可参照彩电的电路，迅速加个瞬时正栅压迅速释放高压滤波电容的贮存的电能。

3、高压电源的滤波建议采用两只40W日光灯电感镇流器(额定电流0.5A)串联加三个高压电容组成五节低通滤波器。这比通常采用的N只铝电解电容器直接串联又未加足够的保护电路的滤波方式滤波效果要好，电源“干净”杂散也低些，大家平时玩起来相互干扰小些，频率上也会干净一点。值得一提的是输出那儿需要并联一只大容量高频电容。

4、高压电源须加开盖后立刻自动关闭的装置以保障使用者和维修者的生命安全。

5、关于输出槽路的电容、电感线圈及滤波器的设计。业余用途的功放就那么几个频段，每段的带宽不超过±2.5%，但因槽路中无功功率大，这方面要相当注意。

a、高压隔直电容和槽路固定电容应当使用射频大功率电容而不应使用小信号电路用的普通云母电容。这一点很有争议，但我在国产的二十年以前开发设计的150瓦以上的军用电子管发射机的功放屏极隔离、输出LC槽路、天线调谐中均未发现过被采用过，同时我在二手交易论坛上看到的船用电子管发生机的相应部位的图片中也未曾发现过采用普通云母电容或者云母银电容的，究其原因是普通云母电容或者云母银电容功率相对较小，不适宜用在存在高压大电流通过的电子管屏极输出隔直电容器、输出滤波槽路的固定电容器上。

b、槽路用空气可变电容器：空气可变必须有大电流接触方式的构造，原因很简单：输出槽路的有载Q一般≥12；由于屏极电容、分布电容和空气可变电容器的最小容量的限制，在24MHz以上，有载Q更大，在槽路里边的总功率远不止输出功率那一个千瓦左右了。因使用时温度较高和存在抗电晕放电要求等原因，电容上必须使用陶瓷支架。

c、槽路电感：应当使用直径不小于3mm的铜材，用磷铜焊(机械强度考虑)抽头解决调谐问题(有些朋友如广州和北京HAM做完后整体电镀一层很厚的银再搞有机和无机钝化，值得称赞)。这样一来成本下降但其空载Q值远比军用的74发射机或者76发射机的银合金带的滚筒电感要来的高些，如果准备做成珍品则必须脉冲电镀厚度在2μm以上的金或铂以抗氧化。

d、电子管附近的绝缘材料应当尽可能使用高频陶瓷，如果难以实现，起码也应当采用玻璃纤维增强的聚四氟乙烯之类耐温较高的温度阻燃材料，要杜绝尼龙甚至聚氯乙烯等热变形温度低的热塑性材料做空气可变电容器的零件、槽路电感的骨架或扼流圈骨架！成本差价不会大于30元，较高温度和高压环境下工作的东西应当安全第一！

e、输出滤波网络起码应当采用Π__L型滤波器。胆射频功放如果采用Π型滤波器，高次谐波的抑制难以达标，如果再加个电感线圈做成Π__L型，成本并不会提高多少，但高次谐波抑制就非常高，完全可以达到国家标准！在Q值为10时，Π__L型滤波器网络能够衰减二次谐波52dB；三次谐波65dB；四次谐波75dB。

6、电子管及槽路系统与变压器和控制电路必须物理隔离。电子管温度高，为避免红外辐射造成其他不耐热的电路可靠性降低，应当隔开，另外槽路系统的辐射很大，为避免此空间辐射的信号干扰低电平工作的其他部分，同样需要隔离（绝大多数设计制作比较负责的功放都做到了）。

7、电源变压器余量。众所周知变压器可以短时间过载使用，所以某些胆PA未给足余量，我发现有些专业用途PA的高压变压器采用环氧树脂灌封（很到位），但极少数廉价的业余功放整机没有设置温控冷却的风扇(20元)，也没有发现设计的冷却风道经过了变压器，这样不利于设备的长时间连续发射。

8、如果一个胆功放在30MHz附近的输出功率要比7MHz小很多，其设计师应当重温高频大功率放大器的理论，将其改善(问题出在输出槽路和高压电源的滤波电容器组的高频通路)。其实业余用途的胆功放的技术难点就在此处，在21MHz以上频率输出功率锐减，实际上是电子管输出阻抗高、由于结构设计缺陷等方面的种种原因造成其屏极电容过高，导致起输出槽路的有载Q值高，系统损耗大，同时也有设计不匹配等多方面设计缺陷造成的，某FU-80电子管功放就存在这问题，这个地方是考核设计师技术水平和功底的关键之处。

9、快速多重保护。当天馈系统或者操作突然出现问题甚至某个元件突然间失效时，应当有电路限制连锁反应的发生，阻止其它单元的电路受到波及，减少损失。如限制栅极、帘栅极、屏极的功耗，确保电子管不过载使用或者烧毁；开机后对电子管各极的加电采取自动化程序控制防止误操作损管；高压变压器加过载超温保护、玻璃管屏极红外线测温超温保护、金属陶瓷管散热片和陶瓷金属封接处200℃测温及保护、输出端安全保护扼流电感（防止隔直电容击穿时后面的元件不损坏或者射频输出端带高压直流电）等。这部分的元器件成本不高于100元。

10、电子管功放的管子型号的采选。原则上应选用世界上普遍应用的电子管，或者提供5000小时使用的备份管或采购渠道以供用户选购作备用。其实电子管是整个功放的消耗品，买不到了整机就只能扔垃圾堆！鉴于目前全固态功放的成本和耐用性，作为实战用途我不推荐DIY输出功率800瓦以下的电子管功放，也不建议采用脉冲雷达专用的脉冲发射管替代末级功放管。原因是电子管在功放投资中所占比例并不高,而脉冲管的价格仅仅低于同等屏耗的普通发射管两倍，价格已有上涨的趋势：脉冲管的特点是阴极发射储备量大，窄脉冲的管子阴极一般是氧化物，宽脉冲的管子一般是钍钨的，其致命缺陷是栅和屏的散耗功率余量不大，无法满足FM、SSTV等较长时间大功率发射的工况，但其低阻抗特性恰好是对最大持续输出功率要求并不高的音响功放所需要的。

11、相对音频互调产物电平。这一点特别是针对那些做功放的商家，你们做500瓦以上的SSB功放时的其指标控制值最好小于－33dB。由于短波业余段很窄，如果功放的这项指标控制得不理想，使用该功放的人一出来，临近的几个信道就会受到干扰。这一点，半径2公里内有3部以上业余短波电台的爱好者最清楚。国内某资深火腿曾经提到：FCC允许（国外）爱好者不经过批准使用这类设备，除非有第三方投诉。正因为这样，那里（国外）的爱好者也很自觉，力求把自己的设备各类指标搞清楚。这才是类似那边（国外）爱好者自己做延伸的测量手段的根源之一。包括在乎功率的合法性，高次杂散，带内互调等。但据我了解，商品化的由爱好者做的电子管功放,产地为北京和广东的在这项指标也做得很到位，2区那位爱好者自造自用后来转让到我们这儿的那台作品做得也很到位，忍不住要赞扬这些作品的总设计师一句，他们的高尚的品德引领着中国大陆商品型和自用型业余用途电子管功放DIY逐步走向精品范畴。

12、现在开发电子管功放应当与时俱进，利用现代技术将操纵者的双手彻底解决：开机全自动程序启动、故障和过载自动保护、波段切换时槽路和输出匹配全自动调谐、戊类节电发射完美的人机界面等等。

以上十二个问题至少有八个是现代作为商品销售电子管功放机所必须具有的基本要求，在技术层面的难度不大，即使全部做到（除戊类SSB发射），增加的硬件成本也会低于800元。所谓的什么精品，并非是拿用户的钱去挥霍,而是在相对来说比较宽裕的成本下，是否方便使用者的操作习惯，说得文言一些叫做“符合人机工程理念”；说得调侃一些就是产品的设计者是否树立了“为人民服务”的思想。它包含了非常高的文化含量、技术含量、艺术含量！它解决了绝大部分现有设备的缺陷、有优秀的技术指标、实用的外形和人机界面、它将细节做得尽善尽美!显得更高档而已；所谓的专业，也不过就是在有限的成本下设计和制作得比较到位，能够发挥所选元器件的优势，同时产品做到了实用型设备的基本要求，整个木桶各板的板长大致相等，没有特别的短板而已。

合格的成品胆功放价格不是便宜的，至少要一到两美元每瓦（其实在国内，3500人民币你也不可能买到合格的、真正的线性的、允许使用大量二手或者积压10年以上电子元件批量生产出来的400瓦以上商品胆功放），自己找零件DIY也许会便宜点，但少部分零件不好找且价格不菲，你如果一定要DIY，建议找一台报废的、便宜的74、76等电子管发射机拆零件来DIY恐怕更划得来；但是你如果是买成品来纯粹使用，建议买贵的，同时在买之前询问多个使用该功放的人了解一下细节处理。

本文不针对任何产品，请勿对号入座。我倡议大家讨论任何问题都应该朝着一个正面的，积极的方向，而不要在负面的，消极的方向上走得太远，作为HAM商人应当学习一下欧美一流企业，人家可是在真正做技术追求卓越品质。写第三方报告的朋友应当要实事求是的客观评测，造就良好的舆论氛围，如果一味的吹捧，你自己的人品就会被别人看低!我个人以为：业余无线电爱好者DIY套件市场不应当成为法律的真空地带，更不应当成为粗制滥造的伪劣商品的集散地。以业余无线电爱好者的身份开发并作为商品再销售给爱好者，更应当带头做好在杂散发射和安全性(人的生命只有一次)满足国家强制性标准；在耐用性方面尽全力满足所有器件的基本工作条件，把关键元件的实际使用寿命做到该元件设计寿命，千万不要因为绝大多数爱好者并不十分了解胆功放的技术精髓,且他们手中的功放每年发射时间实际上不到100小时而抱着“管子提前完蛋是你的，省下材料是我的”；机器卖得太“廉价”，无法满足那么多标准的规定之类的说词，玩起以低价销售为诱饵，为保障足够的利润，牺牲产品使用及维修者的人身财产安全、危害其他频率用户的正常工作、牺牲产品的耐用性，把很多应当具备的东西给省略了，事实上是生产销售伪劣商品的勾当；在广告宣传方面则应当实事求是，以法律为准绳，不做虚假宣传。

　　关于国家标准，依据《中华人民共和国产品质量法》第六条、第十三条 的规定，无线电发射设备起码应当全部满足相关国家标准和行业标准中的强制性条文那部分，保障人体健康和人身、财产安全，否则属于伪劣商品，根本没有资格进行下一步的性能测试和使用评测。虽说是业余的的商品，有缺陷是正常的，修正了就可以了，我们应当因地制宜,把专业标准中能够做到的那部分做好，逐步完善。我引用去为了让大家能够衡量机器的差距，再进一步提高！