下载文档原格式
真空与固态中波发射机基本原理类比解析作者：许树学来源：《科技传播》2015年第01期摘要随着电子科学技术的发展，广播技术设备得以不断的更新换代，就中波发射机而言，已由真空电子管发射机完全更新为固态场效应管发射机。
本文通过对两类发射机的基本原理的解析，深入阐述了电子新技术在广播设备中的应用，不仅提高了设备的电声指标，更重要的是提高了设备的安全可靠性。
关键词频率合成；功率合成；模数转换；数字调幅中图分类号G22 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）130-0138-040 引言随着广播播出技术的不断创新和发展，中波发射机从60年代的完全真空电子管化已逐渐过渡到场效应管全固态化，电子管发射机被完全淘汰，成为了历史。
但其设备结构和工作原理对现今的场效应管固态中波发射机原理的理解有着重要的指导意义，虽然固态发射机结构复杂，但万变不离其宗。
本文试想用电子管发射机工作原理类比解析一下场效应管发射机的基本原理，以期对固态发射机工作原理的理解有所帮助。
仅以电子管屏调机和TSD-10中波数字调幅广播发射机为例进行探讨解析。
重点是对数字调幅广播发射机基本工作原理及新技术应用作深入的分析和探讨。
1 中波发射机系统结构基本原理类比解析两种不同类型发射机其基本结构是雷同的，从核心部分信号通道来讲，都是由高频（载频）和低频（音频）两部分构成，所完成的任务都是在末级将音频调制到载频上，让载频幅度随音频信号变化形成调幅载波，再馈送到天线全向辐射形成空间电磁波，供终端接收。
服务于核心部分的从属结构都是由建立工作状态的电源部分和保证正常工作的控制部分及故障检测安全处理部分所构成，只是各部分构成的复杂程度和采用的电路技术不同而已。
1.1 高频系统结构原理都是由射频激励器产生单频载波，经缓冲放大、推动放大、末级功放等各环节获得额定载波功率。
所差异不同的是，电子管发射机的各级放大采用的是功率等级不同的电子管，而场效应管发射机的各级放大是采用结构相同数量不同的功率放大器板块构成。
固态硬盘SSD原理详细介绍固态硬盘（SSD）是一种以闪存芯片（NAND Flash）作为存储介质的存储设备。
相对于传统机械硬盘（HDD），SSD具备更高的数据读写速度、更低的能耗和噪音，同时也更具可靠性、耐受性和抗震性。
下面将详细介绍SSD的工作原理。
1. NAND Flash存储技术NAND Flash是一种非易失性存储器，可以将数据永久保存在芯片中，即使断电也能保持数据完好。
它使用了一种称为浮体栅电荷耦合器（Floating Gate Charge Coupled）的技术，将电子储存在一个浮体栅上。
它可以被分为多个块（Block）、页（Page）和位（Bit），每个块包含多个页，每个页由多个位组成。
当需要读取数据时，控制器将电流通过芯片，根据电流的大小判断每个位是否存储了电荷，进而确定每个块中的数据。
2.SSD的控制器SSD的控制器是其核心组件，负责管理存储单元、处理数据传输以及控制整个SSD的读写操作。
控制器包括主控芯片（Controller Chip）、高速缓存和固件（Firmware）。
主控芯片负责处理读写操作、传输数据，并与计算机系统进行通信。
高速缓存用于加速数据传输过程，缓存频繁读写的数据，提高读写速度。
固件是控制器的软件驱动程序，负责管理和控制存储单元，并对数据的安全性、可靠性和性能进行优化。
3. NAND Flash的读操作当计算机向SSD读取数据时，控制器首先识别出要读取的数据块的地址。
然后，控制器发送命令和地址给对应的NAND Flash芯片，激活该芯片进行读操作。
读取操作的流程如下：（1）控制器发送命令和地址，选择要读取的数据块和页。
（2）NAND Flash芯片根据地址选择对应的块，并将其放入读取缓冲区。
（3）控制器根据需要读取的页数和位数设置传输模式，并开始读取操作。
（4）NAND Flash芯片将数据通过总线发送给控制器，控制器将数据存储在高速缓存或直接传输给计算机。
固态微波源原理嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠固态微波源的原理，这可超级有趣呢！固态微波源啊，就像是一个小小的魔法盒，能产生微波这种神奇的东西。
那它是怎么做到的呢？这就得从它里面的核心部件说起啦。
固态微波源里有一个很重要的东西叫晶体管。
这个晶体管可不像我们平常看到的那些小零件那么简单哦。
它就像是一个超级小的指挥官，在整个固态微波源里起着至关重要的作用。
晶体管是一种半导体器件，它能够控制电流的流动。
你可以把电流想象成一群调皮的小蚂蚁，而晶体管呢，就像是一个有魔法的栅栏，可以决定小蚂蚁们走哪条路，是让它们快快地跑，还是把它们拦住不让走。
当我们给晶体管加上合适的电压的时候，就好像是给这个小指挥官下达了命令。
晶体管就开始工作啦，它会把输入的直流电变成交流电。
这个过程就像是把平静的湖水搅出了涟漪一样。
原本直流电流就像湖水一样安安静静地流淌，经过晶体管这么一折腾，就变成了交流电，像涟漪一样有规律地波动起来啦。
但是呢，这时候产生的交流电的频率还不是我们想要的微波频率。
这可怎么办呢？这时候就需要其他的电路元件来帮忙啦。
比如说有一些电感和电容组成的电路。
电感和电容就像是两个配合默契的小伙伴。
电感就像是一个储存磁场能量的小仓库，而电容呢，就像是一个储存电场能量的小盒子。
当交流电通过由电感和电容组成的电路时，就像是小蚂蚁进入了一个精心设计的迷宫。
电感和电容会对交流电进行调整，让交流电的频率不断地发生变化，就像小蚂蚁在迷宫里不断地改变路线一样。
经过这么一番折腾，交流电的频率就慢慢地接近我们想要的微波频率啦。
但是还没有完全达到哦。
这时候，还有一些更厉害的电路结构会对这个接近微波频率的交流电进行放大。
这个放大的过程就像是把一个小小的声音变得超级大声一样。
想象一下，你本来小声地哼着歌，然后通过一个超级大的喇叭，你的歌声就变得震耳欲聋啦。
经过放大后的信号，它的功率变得很大，而且频率也更加接近我们需要的微波频率了。
最后呢，经过一系列复杂的调整和优化，固态微波源就成功地产生出了微波。
固态电容高频电容固态电容和高频电容是电子领域中的两个重要元件，它们在电路设计和应用中起着关键的作用。
本文将分别介绍固态电容和高频电容的特点和应用，以及它们对电子设备性能的影响。
一、固态电容固态电容是一种新型的电容器，与传统的电解电容器相比具有更小的体积、更高的可靠性和更长的使用寿命。
它由两个电极和介质层组成，介质层采用了高分子材料或者是氧化层。
固态电容器的电极材料可以是金属，如铝或钽。
与传统电解电容器相比，固态电容器在频率响应、电压容量和使用寿命方面更为出色。
固态电容器的主要特点是具有较低的ESR（等效串联电阻）和ESL （等效串联电感），这使得它们在高频电路中得到广泛应用。
固态电容器能够提供快速的充放电性能和高频率的响应能力，这使得它们在通信设备、计算机和消费电子产品中得到广泛应用。
固态电容器的应用范围非常广泛。
在通信设备中，固态电容器可以用于滤波、耦合和维持电压稳定等功能。
在计算机中，固态电容器可以用于存储器模块和主板上的电源管理电路。
在消费电子产品中，固态电容器可以用于电源管理、音频放大和信号处理等方面。
二、高频电容高频电容是一种专门用于高频电路的电容器，它能够在高频率下提供稳定的电容值和低的损耗。
高频电容的特点是具有较低的ESR和ESL，这使得它们在高频电路中能够提供更好的性能。
高频电容的应用范围非常广泛。
在通信设备中，高频电容可以用于射频电路、天线匹配和滤波器等方面。
在无线通信系统中，高频电容可以用于射频功率放大器和射频前端模块。
在雷达系统中，高频电容可以用于滤波器、匹配网络和功率放大器。
高频电容的选择和应用需要考虑多个因素，如频率范围、电容值、耐压能力和尺寸等。
根据具体的应用需求，可以选择不同类型的高频电容，如陶瓷电容、铝电解电容和固态电容等。
每种类型的高频电容都有其特定的优势和适用范围。
固态电容和高频电容在电子设备中起着重要的作用。
它们具有较低的ESR和ESL，能够提供快速的充放电性能和高频率的响应能力。
高频焊接机原理2010-01-23 16:48高频焊接是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。
一.高频焊接的基本原理:所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。
高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。
集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。
集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。
这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。
通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。
必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。
邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。
邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。
邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。
这两种效应是实现金属高频焊接的基础。
高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。
电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。
二.固态高频焊机的典型拓扑结构及其工作原理固态高频焊机采用如图1所示的“交－直－交” 变频拓扑结构。
图1 固态焊机的拓扑结构1. 整流器：① 三相晶闸管相控整流器（并联谐振型焊机）图2 三相晶闸管整流器及其输入输出波形（并联型焊机）α=30°；直流侧采用大电感滤波；直流侧对于逆变器而言相当于恒流源；网侧功率因数高低由整流器的触发角（直流电压的高低）决定。
固态微波功率源
1固态微波功率源的介绍
固态微波功率源是一种利用固态技术来代替传统的机械扰动技术的新型微波功率源。
固态微波功率源主要由激光器、复合玻璃以及放大器组成，能够实现定向操控、高精度定位。
它能够产生高功率脉冲、宽频调制信号，使用成本较低，具有稳定的性能，且需要的空间小，安全可靠性高，因而得到了广泛的广泛应用。
2固态微波功率源的工作原理
固态微波功率源的核心原理就是在采用激光器的脉冲调制驱动的基础上，通过半导体复合玻璃的偏振特性，把激光脉冲调制信号转换为宽频脉冲信号，最后通过放大器把脉冲信号变为高功率信号。
整个脉冲调制过程可以通过控制固态微波功率源的操作手段进行控制，能够实现定向操控，从而达到准确定位的目的。
3固态微波功率源的应用
固态微波功率源由于具备空间小，安全性高，稳定性高，可靠性高，使用成本低等优点，在航空航天，医疗器械，军事科技，通信技术以及无线数据传输等行业都得到了广泛的应用。
比如，有的航空航天器，需要固态微波功率源把射频脉冲转换为振荡器脉冲，以及把脉冲信号传送到定位系统中或进行通信；在医疗器械方面，则可以利用固态微波功率源处理超声信号或其它生物信号，提高医疗器械的体验和安全性；同时还可以用来处理无线数据传输，提高信号质量，传输
距离更远;在军事科技方面，可以使用固态微波源进行目标搜索、定位等应用。
总之，固态微波功率源的发展已经使微波电子技术取得了进一步的发展，在更多行业中大大提高了效率，为人们应用提供了更多便利。
固态高频构造及工作原理
1 前言
目前，我国设计与制造的高频焊管设备都是采用电子管振荡器的单回路高频设备，通过调节电子管阳极电压大小，达到调节高频输出功率的目的。
电子管高频焊管设备不仅效率低，体积大，而且存在使用前需要预热，电子管使用寿命短等诸多缺点。
因此采用功率MOSFET构成高频逆变器的固态高频电源在容量和频率两方面都得到很大提高，除在一些特殊应用领域（如高频介质加热等行业）外，固态高频电源完全能取代电子管高频电源，而成为新一代感应加热电源的代表。
大容量、高频化的固态高频电源主要应用领域是高频焊管行业，由于我国高频焊管行业存在感应器开路、感应器与钢管短路等突变恶劣工况，同时高频焊管电源基本属于满负荷长期工作制，因此固态高频电源在焊管行业中的应用代表了固态高频电源设计与制造的最高水平。
在焊管行业中的应用以美国色玛图公司生产的固态高频电源最具代表性，无论在电源功率、频率和配套性等方面都具有世界先进水平。
中国河北保定三伊天星电气有限公司自行设计制造的固态高频焊管设备已在功率60~300KW、频率300~550KHz范围内取得了成熟的运行与设计经验。
本文以保定三伊天星电气有限公司研制的采用功率MOSFET作
为逆变开关器件的固态高频焊管为基础，对电源的工作原理及其在
高频焊管行业中的应用进行的讨论，并与电子管高频焊管电源和国外固态高频焊管电源进行了比较。
2 固态高频电源的工作原理
固态高频电源采用常见的交—直—交变频结构。
三相380V电源经开关柜中的降压变压器和主接触器后，送入电源柜中的整流器，整流器采用三相晶闸管全控整流桥，通过控制晶闸管导通延时角α，达到调节电源输出功率大小的目的，整流后的直流电压经滤波环节送入高频逆变器，由高频逆变器逆变产生单相高频电源送入谐振电路，经焊接变压器和感应器输出高频能量，完成钢管焊接。
高频逆变器可以有串联谐振型和并联谐振型两种，由于并联谐振型逆变器在高频电源应用中有诸多困难，如需要大功率快恢复整流二极管等，因此使其在大容量高频电源中的应用受到限制。
串联谐振型逆变器也称电压谐振型逆变器，要求逆变器输入平滑的直流电压（其纹波系数小于1%），这一点对焊管来说是非常重要的，因为平滑的直流电压最终将导致钢管焊缝内毛刺非常平整，通过挤压辊工艺调整，采用固态电源焊接的钢管内毛刺将很小。
大容量化电源将通过两个途径来实现：其一是功率MOSFET的并联构成逆变桥，目前高电压（≥1000V）的MOSFET最大电流容量只有36A，由于受到多管并联后器件均流和动态分布参数的影响，单
逆变桥功率以设计50kW为宜，更大容量的电源设备则应采取第二个扩容方法，即并联逆变桥方式实现。
由于电压谐振型逆变器多采用匹配变压器付边串联来合成功率输出，因此对于高频逆变器并联来说，输入和输出均为软连接，一定程度上放宽了对逆变器一致性的要求，因此从理论上来说，并联桥数量不会受到限制，这样解决了固态高频的大容量化问题。
采用这种方式合成功率的另一个目的是对并联后的高频逆变器实现了强制均流，在恒压源供电的情况下，最大程度上实现了高频逆变器的安全化。
图1是固态高频焊管设备的框图。
图1 固态高频焊管设备框图
固态高频电源在焊管行业中的应用(续)
3 几个特殊问题的介绍
3.1 逆变器工作状态的适应范围
感应加热电源受负载的影响，槽路等效阻抗可能呈现容性、阻性和感应三种状态，即要求高频逆变器适合工作于容性、阻性和感
性。
由于功率MOSFET在制造中存在反并联寄生二极管，该管的反向恢复时间约为2μs，在工作频率为400kHz时，其反向恢复时间超过3/4个振荡周期。
当常规的串联型逆变器工作在容性时，寄生二极管在容性角度时间内流过槽路电流，由于其反向恢复时间很长，在逆变器换向时上下桥臂出现短路，形成很大的环流，导致功率MOSFET损坏。
这表明常规的串联型逆变器不能工作于容性状态，为了避免这种工作状态，一方面要求逆变控制的频率跟踪速度很快，达到在动态过程中总是保持槽路呈现感性的目的，这是很困难的；另一方面为了避免动态过程中进入容性状态，要求正常工作时的感性角度很大（φ>30°），这样造成功率MOSFET开关损耗增加，逆变器功率因数降低，从而失去固态设备高效节能的根本优势。
解决上述问题的最佳办法是克服寄生二极管的影响，即通过外部串并联快恢复二极管对串联型逆变器进行改造，由外部并联的快恢复二极管取代寄生二极管的作用，这样就可以使高频逆变器工作于谐振状态，从而达到提高逆变器功率因数和实现功率MOSFET软开关的目的。
3.2 逆变器的频率跟踪
图2 逆变控制原理框图
在高频焊管过程中，高频逆变器总是工作在谐振状态附近的，由于负载的影响造成槽路等效参数的变化，将使逆变器偏离最佳工作点，因而不仅造成功率MOSFET关断电流值增加，引起关断损耗增大，而且当逆变器工作点偏离谐振点较远时，在一定Q值下会使负载等效阻抗增大，逆变器功率容量不能充分利用。
因此逆变器具有优良的频率自动跟踪能力是至关重要的，图2是采用锁相环电路实现频率自动跟踪和相角锁定的逆变控制原理图，根据互感器检测到的逆变器输出电压和电流的相位关系，经相位检测电路输出对应相位差的占空比高低电平信号，滤波后得到直流电平，该电平反映了输出电压电流的基波相移，将直流电平与设定的相位锁定值电平比较输出控制信号，调节压控振荡器的输出频率，从而达到频率自动跟踪和锁定逆变器相位的目的。
3.3设计输出功率偏大
固态高频设备所标称的功率值为直流侧功率，这与电子管高频
设备标称振荡功率是不同的。
设备功率受负载匹配条件的影响较大，良好的负载匹配是功率输出的保证，因为直流侧电压和电流都不能超过其允许值，也就是说存在Udmax和Idmax，只有当电压和电流同时达到最大时，才能保证输出最大功率。
对于同一焊管机组，由于更换钢管规格、钢管壁厚的变化、采用不同的感应器等都会引起负载匹配问题，当然负载匹配不可能也不必要做到无级调节，在设计固态高频焊管设备时应按照符合工程设计误差的原则充分考虑负载匹配问题：
①负载匹配良好时，设备功率允许在110%额定功率下长期运行；
②负载匹配一般时，设备工作保证在100%额定功率下长期运行；
③负载匹配较差时，设备功率保证在90%额定功率下长期运行。
3.4 安全裕量大
对于50kW高频逆变器，Idmax=120A，逆变器桥臂采用8只36A 功率MOSFET和16只100A快恢复二极管并联组成，其并联能承受的额定电流为288A，考虑均流系数和动态分布参数的影响等综合因素，设计工作电流在功率MOSFET额定电流的1/3-1/2区域内，保证高频逆变器有合理的安全裕量。
3.5 输出频率高
固态高频焊管设备能够适应的最高工作频率代表设备制造水
平，这与控制技术、主电路器件选择、工艺水平等密切相关。
从焊管工艺来说，小口径、薄壁钢管需要较高的焊接频率，否则由于焊接频率过低，一方面造成焊缝热熔区过宽，所需的焊接功率增加，影响焊接效率和钢管焊接后的美观性；另一方面由于焊接变压器（空芯）效率受频率影响较大，焊接频率降低，焊接变压器耦合效率降低，从而影响整机效率。
参照电子管焊管设备频率设计，固态设备根据功率大小应设计的输出频率为：对于60kW设备，输出频率
500-550kHz；对于100kW设备，输出频率400-450kHz；对于150kW、200kW设备，输出频率350-400kHz；对于200kW以上设备，输出频率300-350kHz。
4 与电子管高频焊管电源的比较
电子管高频焊管设备积累了长期的运行设计经验，设备质量和运行稳定性已被广大焊管企业所接受。
随着固态焊管设备的推广应用，其高效节能的强劲优势为激烈的焊管行业竞争开辟了一条新路。
表1是两种焊管设备的设计和运行参数比较。
表1：两种焊管设备设计和运行参数比较
5 与国外固态高频焊管电源的比较
国外固态高频电源的发展已有十几年的历史，由于欧美国家工业化程度较高和设备配套性较好，在整机技术水平和工艺方面与国
内设备相比仍有优势，但其昂贵的设备价格、维修费用高和不符合中国国情的售后服务体系都限制了国外焊机在中国的推广应用。
如何尽快提高国产固态焊机的技术工艺水平，发展民族工业，是摆在高频焊机制造企业面前的紧迫问题。
与国外固态高频相比，国内设备应着重解决以下问题：
①高频化：国内固态焊机工作频率最高550kHz，这与国外先进固态焊机工作频率已达到600~800kHz相比仍有较大差距，在有色金属管等特殊焊管方面无法取代电子管设备。
因此提高工作频率，扩大固态焊机应用领域仍是国内固态焊机需进一步探讨的方向之一。
②大容量化：据报导国外已具备生产1700kW固态高频电源的能力，国内设备目前制造水平保持在400kW，生产800kW固态焊机估计仍需2~3年时间，进一步解决设备工艺结构问题和器件并联技术、逆变桥并联技术问题，是发展大容量固态高频设备的基础。
③配套性与智能化控制：随着焊管生产线智能化程度和对电源高可靠性要求的提高，必须加强固态焊机配套性的开发，如设备水冷系统、负载匹配与感应器制作、密封机箱设计、速度—功率闭环控制系统等，同时固态高频设备正向智能化控制方向发展，具有计算机智能接口、液晶显示屏人机界面、远程控制、故障自动诊断等控制性能的固态设备正成为下一代发展目标。
6 结束语
固态高频设备以其高效节能和运行维护费用低等突出优点，在焊管行业正对传统电子管设备提出强有力的挑战，成为电子管焊管设备的更新换代产品，这对节约能源、降低焊管成本、提高焊管质量都具有积极意义和深远影响。
固态高频焊管设备是电力电子技术发展的结晶，必将对焊管行业高频焊管电源产生一次新的技术革命。
