余小洪张 雪

（作者单位：1.贵州新闻出版广播电影电视局764台；2.贵州新闻出版广播电影电视局706台）

广播电视固态发射机场效应功率管故障探讨

余小洪1张 雪2

（作者单位：1.贵州新闻出版广播电影电视局764台；2.贵州新闻出版广播电影电视局706台）

摘 要：在广播电视传输方式中，固态发射机在当代广播电视传输过程中有着重要的地位，在固态发射机中放大器是发射机的重要组成部分，目前固态发射机所使用的功率器件均以场效应管作为放大管，所以场效应管长期处于高电压、大电流、高温等条件下工作运行。在实际工作中场效应管的损坏率比较高，因此探讨场效应管在广播电视发射机运行工作中发生损坏的规律有益于提高我们的工作效率。

关键词：广播电视；发射机；放大器；场效应管

随着我国广播电视事业的飞速发展，广播电视设备也同步得到了长足的进步。各级电台电视台正在逐步以全固态发射机更新替代真空电子管发射机，全固态发射机相对于电子真空管发射机来说，具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点。新器件的不断出现，新的技术不断被掌握和应用于各个不同的行业和产品，推陈出新、日新月异是当代电子科技发展展示其具有旺盛的生命力的时代。在长期的实践工作过程中，一线的技术工作者，对固态发射机的核心器件——场效应管，也从陌生、认识、了解到掌握的过程。

由于广播电视发射机的生产厂家较多，场效应功率管在各种广播电视发射机功率放大器的设计、使用和调试方法各有不同，为了便于在设备管理和维护工作中能快速、准确、高效把本职工作做好，现将多年的工作总结和工作积累进行了一点粗浅归纳，呈现给从事广播电视、热爱广播电视的同行共勉。

固态广播电视发射机功率放大器的整体工作原理均大同小异，发射机的结构虽然有所不同，但是从发射机的结构方框图也可深入浅出归纳众多广播电视发射机具有的共同点，那就是该功率放大器件即场效应管。场效应管有以下特点：输入、输出阻抗高，容易实现宽带匹配；功率增益高，输出功率大，所需推动功率较小，容易实现功率控制；漏源击穿电压高，对安全可靠工作有利；正向跨导较大，且跨导的线性好；通频带宽，高频特性好；具有负温度参数，温度稳定性好；低的导通电阻Ron，既能提高最大输出功率，又能保持较低的耗散功率；输入、输出间的反馈电容小，线路便于设计和调整。

场效应管由于具有诸多优点，已被广泛应用于广播电视发射机。

1 广播电视发射机结构

发射机结构方框图如图1。从图1可以看出功率场效应管主要用于激励器和放大器作为功率放大。在实际工作中激励器由于长期工作在小功率输出状态，且保护功能比较完备，功率放大管损坏的几率比较小，在本文中主要讨论放大器所用场效应管在大功率工作运行中损坏的成因。

2 发射机各组成部分对放大器场效应管的作用和危害

2.1 激励器

激励器是发射机的音视频处理和射频调制机构。在我国广播电视系统发射机的功率等级有多种级别，包括200 kW、50 kW、20 kW、10 kW、3 kW、1 kW、300W、100W等多种等级。因此激励器的指标要求也有不同，工作稳定性要求也有差异。从目前广播电视发射机配置情况来看，大功率输出发射机对激励器工作指标要求较高，对工作稳定性要求较严格，这样的要求会对传输信号质量有保障，也对后级功率放大器的场效应管的工作稳定有保障。如果激励器的工作不稳定，就会使激励器的输出功率过大，会造成“过激励”，给后级放大器场效应管栅极输入较大的功率，使场效应管的漏源级电流过大，场效应管的结温急剧上升，致使场效应管损坏。

图1　发射机组成结构方框图

2.2 放大器输入网络

放大器输入网络是一个信号通道，具有将有用信号低损耗通过，将对无用信号起到抑制通过的作用。输入网络的指标要求比较严格，根据目前广播电视发射机的输入网络使用情况来看，大量使用微带传输线的结构作为输入网络，在发射机实际工作中输入网络应处于谐振和匹配良好的状态。由于该网络的结构比较简单、使用元器件数量少、易调整、

故障率低等特点，被广大生产厂家所采用。但是由于输入网络中采用到电感、电容、电阻等元器件，在长期运行工作和检修维护工作中，电感、电容、电阻的参数将有变化，这些变化会使输入网络的谐振状态产生变化，使输入网络的匹配状态产生失配，在严重的情况下输入网络产生“自激”，“自激”会使放大器的场效应管栅极获得破坏性的激励，这种破坏性的激励会造成：（1）场效应管在“自激”信号的作用下，使场效应管栅极电压瞬间升高，当栅源电压VGS超过额定值将场效应管栅源级击穿；（2）由于过大的“自激”信号输入到场效应管栅极，漏源级间电流过大，漏源级结温急剧升高，场效应管将在瞬间被损坏。

2.3 放大器

放大器是发射机的核心组成部分，是传输有用信号通过和放大的电路，是功率器件。在我国广播电视系统组成的传输系统中，由于规划设计的服务范围和覆盖范围大小不同，成套设备中放大器的设计方案也不同。发射机从几十瓦到几百个千瓦的功率等级都有放大器，因此放大器的组成方式和方法也不同。以目前常用的场效应管的输出功率来看，场效应管单管输出功率从100~1000W均有涉及，比如飞利浦公司生产的BLF系列（如BLF177、BLF278、BLF861等）和摩托罗拉公司生产的MRF系列（如MRF151）场效应管，这些场效应管在功率放大器中均有应用，其技术参数也不同，如BLF278的技术参数如表1、表2、表3所示。

从表1、表2、表3可以看到场效应管的性能参数、极限参数、特性参数数值的大小。同理其他型号的场效应管也同样具有各自的性能参数、极限参数、特性参数。这些参数对场效应管起到破坏作用的有栅源电压VGS、漏源电压VDS、漏电流ID。现举一例放大器来说明栅源电压VGS、漏源电压VDS、漏电流ID对场效应管损坏的实例。比如FM301-Ⅳ型全固态调频广播发射机末级功率放大器原理图如图2所示。

表1　BLF278的RF性能参数（推挽共源连接，250C条件下）

表2　BLF278的极限参数

表3　BLF278的特性参数

图2　末级功率放大器原理图

从图2可知，场效应管V的栅极电压由+12V经调整P1电位器与R14分压后给与提供。当放大器经多年运行后，P1出现接触不良或内部触点与R14的路径断开，+12V电源直接向场效应管栅极提供偏置电压，造成场效应管漏电流ID过大，这样场效应管因ID过大使结温Tj超过极限温度而损坏。

当场效应管正常输出功率后，由于输出网络出现开路，那么放大器输出网络将出现高驻波，输出网络的谐振和匹配完全失谐和失匹，反射功率以反射波的形式在场效应管和输出网络中消耗；如果反射波的峰值电压超过场效应管漏源击穿电压VDSS，场效应管将损坏。同理，当场效应管正常输出功率后，由于输出网络出现短路，那么放大器输出网络同样出现高驻波，输出网络的谐振和匹配完全失谐和失匹，反射功率以反射波的形式同样在场效应管和输出网络中消耗，反射波的峰值电压超过场效应管漏源击穿电压VDSS，场效应管将损坏。

场效应管在运行多年后，其增益会降低，为了发射机各个放大器输出功率获得平衡，在场效应管没有完全损坏的情况下，为了增大场效应管的输出功率，只有加大场效应管栅极的偏置电压才能获得更高的输出功率，这样会进一步加速场效应管的老化程度，经过一段时间，场效应管将出现自然损坏。

2.4 输出网络

输出网络在放大器中，也具有输入网络同样的作用和结构，所不同的是，输出网络传输的功率比输入网络大，即网络中的电流和电压比输入网络大；在失谐和失配的情况下，对场效应管的危害同样要严重。以上已描述，这里就不

再重复。

2.5 负载

负载是广播电视系统发射机的终端，具有将发射机输出的功率消耗和将发射机输出功率以电磁波的形式传输出去。当负载出现高驻波，反射波也会通过输出网络传输到场效应管的漏极；当反射波的峰值电压超过漏源击穿电压VDSS，场效应管将损坏。

2.6 控制系统

控制系统在发射机运行过程中起到关停和保护发射机的作用。本文主要讨论场效应管的损坏的成因，所以有关涉及场效应管损坏的控制程序。

2.6.1 过激励保护。由于激励器输出功率过大，造成末级场效应管漏源电流过大，场效应管温度急剧升高，这样会使场效应管损坏；为避免这种情况发生，控制系统将关停激励器，但是当控制系统发生异常时，激励器输出功率过大，由于没有控制系统的保护，末级场效应管将出现损坏。

2.6.2 过温保护。由于放大器场工作异常或冷却系统异常，造成放大器电路板温度异常升高，控制系统将发射机关停；在放大器场工作异常或冷却系统异常的情况下，控制系统同样出现异常，场效应管因温度升高，超过场效应管的极限结温Tj时，场效应管将损坏。

2.6.3 反射保护。由于负载出现高驻波，反射功率大，经反射波耦合器耦合得到的反射波，经检波起检波获得一个控制信号，由控制系统将发射机关停；当负载出现高驻波时耦合器失效或检波器失效后，控制系统不能将发射机关停，最终反射波经输出网络传输到场效应管漏极，造成场效应管损坏。

总之，本文通过对场效应管在全固态广播电视发射机中的作用，以及放大器所用场效应管在大功率工作运作中的损坏成因作了进一步的分析，所以，场效应管在广播电视发射机中具有广泛的应用，起到很重要的作用。

作者简介：余小洪（1967-），男，贵州凯里人，工程师。研究方向：机房技术。张雪（1968-），女，贵州台江人，工程师。研究方向：机房工作。