PDM中波發(fā)射機(jī)激勵前級原理和故障解析

姜志濤

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心林西726臺 內(nèi)蒙古 赤峰市 025250

1 射頻系統(tǒng)和激勵前級原理

射頻系統(tǒng)是中波發(fā)射機(jī)形成載波或載頻的高頻系統(tǒng)，在載波疊加音頻信號后通過中波發(fā)射天線進(jìn)行無線傳輸。載波或載頻的頻率為中波發(fā)射機(jī)的工作頻率，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中波廣播的載頻頻段為531～1602kHz，波長為564.97～187.27米。

中波發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)又稱高頻系統(tǒng)，由激勵振蕩器、驅(qū)動前級、功率放大器、功率合成器和機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)組成。

激勵振蕩器的作用是產(chǎn)生發(fā)射機(jī)所需的工作載頻；驅(qū)動前級的作用是將激勵振蕩器輸出的載頻信號放大到足夠推動功率放大器的射頻功率信號；功率放大器又稱射頻末級或被調(diào)級，它的作用是一方面將載頻信號放大到額定功率，另一方面又接受調(diào)制器送來的音頻調(diào)制信號對載頻進(jìn)行調(diào)制，得到射頻大功率已調(diào)波信號；功率合成器的作用是將模塊化的功率放大器產(chǎn)生的射頻功率信號進(jìn)行合成，產(chǎn)生大功率調(diào)幅廣播信號，即發(fā)射機(jī)額定發(fā)射功率；機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的作用是濾除大功率調(diào)幅不需要的音頻帶外諧波及雜波成分，同時完成功率合成器與額定輸出阻抗的阻抗匹配，使輸出的載波滿足要求。

射頻系統(tǒng)各組成部分一般都是獨(dú)立電路板，通過同軸電纜連接射頻通路，方便檢測和故障判斷。哈爾濱正泰設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZT-G3kW型中波發(fā)射機(jī)，將驅(qū)動前級分為激勵前級和激勵驅(qū)動兩個的獨(dú)立單元進(jìn)行載頻信號功率推動，本文著重講解射頻激勵前級的原理。激勵前級原理如圖1、圖2所示。

圖1 激勵前級原理圖

如圖2所示，激勵前級由占空比調(diào)整電路、激勵信號封鎖電路、兩組推動放大電路和場效應(yīng)管推挽放大電路組成。

圖2 激勵前級方框圖

從激勵振蕩器產(chǎn)生的占空比1：1本機(jī)載頻，12Vp-p方波信號（如圖1的①波形）經(jīng)J1（J2未使用）送入激勵前級小盒，信號經(jīng)開關(guān)K1后送到由R1、C2、C6、W1和A1的12、13、11腳構(gòu)成的占空比調(diào)整電路。其中，R1、C2是積分電路，功能是將方波的前后沿變換成類似三角波信號，如圖1的②波形，A1是CD4011與非門集成芯片，激勵信號送到A1的12、13腳，此時12、13相連輸入11腳，輸出形成非門電路。在輸出過程中因?yàn)镃5的作用，11腳輸出的方波上升沿和下降沿出現(xiàn)變緩，輸出如圖1中③的波形，轉(zhuǎn)換成類似梯形的周期波的信號送到2腳。

激勵信號封鎖電路由A1部分與非門電路和D1、D2、R2組成，+15V供電經(jīng)R2為A1的1腳提供高電平，該組與非門打開，送入2腳的激勵信號通過。3腳，輸出低電平激勵信號。如圖1所示，A1集成塊的5、6腳和8、9腳分別相連，形成兩組非門電路，將方波激勵信號倒相輸出。如發(fā)射機(jī)故障送入激勵封鎖信號，此時X2接地，+15V通過R2、D1導(dǎo)通，A1的1腳變?yōu)榈碗娖叫盘枺摻M與非門關(guān)閉，3腳變換為高電平，A1的4、10腳輸出低電平，Q1、Q2因柵極低電平而截止，從而起到封鎖激勵信號作用；推動放 大 電 路 由A4、R9、R10、R11、R12、R13、R14和A5、R15、R16、R17、R18、R19、R20組成，其中集成塊A4、A5為16引腳的CD4050六同相推動器，并聯(lián)使用能夠提高電路的帶載能力。

場效應(yīng)管推挽放大電路由Q1、Q2組成，進(jìn)行電流放大，進(jìn)一步提高激勵前級帶載能力。其中，Q1為MOS-FET，N型場效應(yīng)管IRF530；Q2為MOSFET，P型場效應(yīng)管IRF9530。推挽電路要求兩管柵極激勵電壓的振幅相同、相位相反，在脈沖在正半周時Q1導(dǎo)通、Q2截止，負(fù)半周時Q2導(dǎo)通、Q1截止，輸出占空比為1∶1電流放大的12Vp-p方波信號激勵信號，最后激勵振蕩信號經(jīng)C7耦合輸出給激勵驅(qū)動放大盒，L1濾除方波中直流分量，如圖1的⑤波形所示。

占空比需調(diào)整是因受到Q1、Q2場效應(yīng)管輸入電容和輸出電容影響，雖然輸入柵極電壓波形占空比為1∶1，但輸出不一定是1∶1的方波，為使輸出得到占空比為1∶1的波形，需要通過W1來校正占空比。

激勵前級小盒供電+15V，取自發(fā)射機(jī)電源交流接觸器輸出端的220V交流電，經(jīng)B3低壓變壓器變壓，送到ZT05012調(diào)制器電源板進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓輸出+15V連接到接線排1JX的3腳后再送到激勵前級。

2 故障分析

2.1 故障解析

激勵前級一耦合電容引發(fā)的無功率故障。

2.2 故障現(xiàn)象

ZT-G3kW型中波發(fā)射機(jī)兩個PA盒中的一個PA盒D4、D5、D6指示燈亮，另一個PA盒D6指示燈亮，整機(jī)無功率輸出。關(guān)機(jī)重啟后偶爾能開機(jī)工作，但工作1分鐘后，再次出現(xiàn)無功率故障現(xiàn)象。

2.3 故障檢測與維修

因?yàn)樵摴收犀F(xiàn)象多為發(fā)射機(jī)故障引起的激勵封鎖，首先對3kW發(fā)射機(jī)的控制保護(hù)電路進(jìn)行檢查：

（1）對兩塊繼電器控制板ZT04019DL進(jìn)行檢測，由于繼電器控制板有-72V緩慢建立過程，測量-72V正常，且D4指示燈無激勵封鎖故障指示，測量集成塊A3（CD4011四2輸入與非門）的11腳為低電平，確定繼電器控制板無封鎖信號輸出，排除繼電器控制板上-72V過流保護(hù)和駐波比過大保護(hù)造成激勵封鎖無功率故障。

（2） 對功率控制板ZT05021DL進(jìn)行檢測，該板D4、D5指示燈正常，可排除-72V過高保護(hù)和調(diào)制無輸出故障。發(fā)現(xiàn)功率控制板D3指示燈紅綠相間，D3為激勵驅(qū)動不足封鎖及指示，測量功率電壓控制輸出CZ［10］8V，調(diào)整功率調(diào)節(jié)電位器W4，功率控制電壓經(jīng)測量可以輸出2V到10V之間變化未封鎖激勵信號，排除功率控制板故障。

分析判斷該故障現(xiàn)象應(yīng)為發(fā)射機(jī)激勵不足引起，從功率控制板D3指示燈判斷應(yīng)有一定激勵射頻信號輸出，但未達(dá)到推動功率放大板工作的足夠功率。對能引起激勵不足故障的各關(guān)鍵點(diǎn)供電進(jìn)行排查。測量激勵器供電電壓+11.8V，激勵前級供電+14.7V，激勵驅(qū)動-71.8V，各供電點(diǎn)電壓均在正常值范圍內(nèi)，適當(dāng)提高整機(jī)輸入供電電壓，再次測量供電電壓略微高于原測值，整機(jī)依然無功率輸出，排除供電電源帶載能力差造成的功率不足故障現(xiàn)象。

（3）使用示波器對射頻系統(tǒng)各級分別進(jìn)行檢查，測量激勵振蕩器輸出J1有12Vp-p方波排除激勵震蕩器故障。檢測激勵前級輸入J1輸入12Vp-p方波，測量輸出J3方波為5Vp-p，正常輸出應(yīng)為12Vp-p左右。斷開激勵前級輸出判斷是否因后級負(fù)載過重造成的故障現(xiàn)象，測量輸出方波10Vp-p雖有提高但仍低于正常值；再次對激勵前級關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在Q1、Q2原極有14.78Vp-p，但經(jīng)過C7耦合后變成5Vp-p左右，檢測電容C7容量正常，對其進(jìn)行代換實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)更換C7后故障消失，調(diào)整整機(jī)輸出功率，長時間試機(jī)并未再出現(xiàn)上述故障。

小 結(jié)

ZT-G3kW型中波發(fā)射機(jī)，出現(xiàn)激勵封鎖或無激勵故障現(xiàn)象時，功率放盒D4、D5、D6故障指示燈會有指示，可以通過觀察繼電器控制板ZT04019DL的D4故障指示來判斷是否為激勵封鎖，觀察功率控制板ZT05021DL的D3、D4、D5故障指示，來進(jìn)一步確定故障范圍。如射頻系統(tǒng)無激勵信號或激勵不足時，要通過示波器查看相應(yīng)波形，按照激勵振蕩器、激勵前級、激勵推動的順序逐一排查。當(dāng)激勵不足時，除考慮各部分器件，還要考慮供電帶載能力的問題。舉例故障中C7用萬用表檢測值0.1uF為正常值，但在高頻工作中卻改變了容量，隱藏了其本身故障，提高了維修的難度，維修中建議采用代換的維修方法，以盡快解決故障。