陰極電壓穩壓控制

陰極電壓為提供行波管電子束的加速電場，電壓是否穩定與微波幅射 品質有直接的關係，理論上可提高陰極電壓穩壓電容(C3)之電容量，使電 容電壓如同一穩壓直流電壓源，不過在實際應用中，電容量須受到限制，

這 是 由 於 要 保 護 行 波 管 在 輻 射 工 作 中 若 發 生 異 常 狀 況(如行波管內發生電 弧打火)，須在短時間內將高壓電容儲存的能量迅速洩放掉，以免行波管遭 到破壞。

所以在電容選用受限下，而又要有穩定的陰極電壓以及有良好的電壓 調整率，通常使用後級調整器(Post Regulator)的方法，此方法乃是利用線 性穩壓元件快速響應的特性，來達到陰極電壓準位快速調整的目的。線性 穩壓元件依其應用場合有三極管(Triode)、四極管(Tetrode)、高電壓規格的

場效電晶體(MOSFET)、雙載子電晶體(BJT)、隔離閘雙載子電晶體(IGBT) 等 元 件 。 本 研 究 則 使 用 四 極 管 做 為 線 性 穩 壓 元 件 ， 最 佳 可 調 整 範 圍 為 2K~4KV，將其串接於高壓電源輸出正端，如圖 3-9、3-10 所示，穩壓控制 流 程 如 下 ； 由 高 壓 取 樣 電 路 將 行 波 管 陰 極 電 壓 取 樣 訊 號 送 回 回 授 控 制 部 分，經由誤差放大器將誤差信號放大(取樣電壓與設定電壓差值)，再送至 驅動電路以調整四極管陰極電壓，進而改變四極管的陰極電流，如此便可 改變四極管輸出阻抗而改變四極管上之電壓，完成行波管陰極電壓準位的 調整。舉例說明，當行波管脈波輻射時，行波管陰極電壓 Eb下降(負較少)，

取樣電壓回授後經四極管驅動電路使得四極管陰極電壓上升，四極管陰極 電 流 上 升 ， 四 極 管 輸 出 阻 抗 變 小 ， 四 極 管 上 電 壓(EBVR)下降，然後將行波 管陰極電壓調整回設定值。

綜合以上說明，行波管陰極電壓穩壓控制即在藉由四極管輸出阻抗隨 其陰極電流改變的特性來達到穩壓的目的。圖 3-11~3-13 為模擬行波管陰 極電壓與四極管輸出阻抗之關係，圖中方框內之電阻即為四極管之等效阻 抗，在圖3-11 中，四極管等效阻抗設為 2MΩ，可得行波管陰極電壓-42.6KV；

在圖 3-12 中，四極管等效阻抗設為 7.5MΩ，可得行波管陰極電壓-40KV；

在圖 3-13 中，四極管等效阻抗設為 11MΩ，可得行波管陰極電壓-38.9KV。

由模擬結果將行波管陰極電壓與四極管等效阻抗之關係繪成如圖 3-14，可 以發現四極管等效阻抗之操作點落在 7.5MΩ，而從實際的操作觀察，利用 四極管做為行波管陰極電壓的穩壓控制的確有不錯的效果，不過當行波管 操作在長脈波以及高責任週期的脈波(重載)，其穩壓效果則顯得不足，這 是由於集極與陰極之間的儲能電容 C2 瞬間被行波管負載汲取太多能量，

致使 C2 電容電壓陡降過大，超出四極管可穩壓的工作範圍而無法控制陰 極電壓穩定。因此如何減少 C2 電容電壓的壓降，以避免陰極電壓變動過 大而降低微波品質，為一重要控制課題，下一節將詳細說明控制的目的與 方法。

圖 3-9 後級調整器(Post Regulator)電路架構圖

圖 3-10 行波管陰極電壓回授控制電路圖

圖 3-11 四極管等效阻抗設為 2MΩ

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圖 3-13 四極管等效阻抗設為 11MΩ

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