鑒相器電路在TBH-522型短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

李萍

(國(guó)家新聞出版廣電總局951臺(tái),河北平山 050407)

鑒相器電路在TBH-522型短波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

李萍

(國(guó)家新聞出版廣電總局951臺(tái),河北平山 050407)

本文主要介紹了TBH-522型短波發(fā)射機(jī)高末級(jí)鑒相器電路的原理及其在自動(dòng)調(diào)諧中的應(yīng)用和典型故障解析。

短波發(fā)射機(jī) 調(diào)諧 鑒相器 諧振 相位差

1 引言

大功率短波發(fā)射機(jī)是完成運(yùn)載音頻信息的一種工具,它主要由音頻系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和調(diào)諧系統(tǒng)構(gòu)成。因?yàn)槎滩òl(fā)射機(jī)工作在3.9-26.1MHz的載波頻率范圍內(nèi),在從一個(gè)載波頻率更換到另一個(gè)載波頻率工作時(shí),高末級(jí)功率放大器的陽(yáng)極回路要對(duì)于發(fā)射機(jī)所工作的載波頻率進(jìn)行調(diào)諧。在老式短波發(fā)射機(jī)上,由于沒(méi)有自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng),調(diào)諧工作完全由人工根據(jù)表值進(jìn)行調(diào)整,經(jīng)常出現(xiàn)功率放大器工作在非正調(diào)諧狀態(tài)。而帶自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)的短波發(fā)射機(jī)則可以通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)粗調(diào)諧、細(xì)調(diào)諧,最終使功率放大系統(tǒng)工作在正調(diào)諧狀態(tài)。例如在TBH-522型短波發(fā)射機(jī)中,調(diào)諧工作分為兩步:第一步對(duì)陽(yáng)極回路中的可調(diào)元器件按照EEPROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍調(diào)整,亦即進(jìn)行粗調(diào),此時(shí)陽(yáng)極回路中的可調(diào)元器件并未達(dá)到正調(diào)諧位置,第二步由鑒相器電路將陽(yáng)極回路中的可調(diào)元器件調(diào)整到正調(diào)諧位置,亦即細(xì)調(diào),此時(shí)陽(yáng)極回路中的可調(diào)元器件達(dá)到正調(diào)諧位置,高末級(jí)功率放大器的陽(yáng)極回路處于諧振狀態(tài),此時(shí)發(fā)射機(jī)的效率最高。

2 鑒相器電路的簡(jiǎn)要工作原理

鑒相器電路是發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧回路中的核心電路,它是使輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差有確定關(guān)系的電路,通過(guò)輸出電壓控制電機(jī)對(duì)其功率放大器的可調(diào)元件進(jìn)行調(diào)諧。在大功率短波發(fā)射機(jī)中的末級(jí)功放使用大功率電子管高頻調(diào)諧放大器,當(dāng)電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路工作于諧振狀態(tài)時(shí),電子管陽(yáng)極電壓與柵極電壓的相位相差180°,當(dāng)電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路處于失諧狀態(tài)時(shí),其相位差則大于180°或小于180°。鑒相器電路就是對(duì)這種相位差進(jìn)行鑒別,180°相位差時(shí)鑒相器輸出誤差電壓為0,否則輸出的誤差電壓為正電壓或負(fù)電壓信號(hào)。在相位差不十分大時(shí)(亦即粗調(diào)位置正常),輸出電壓的絕對(duì)值與相位差的絕對(duì)值成比例,恰好與伺服放大器相適應(yīng)。輸出電壓極性的改變控制電機(jī)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向,輸出電壓幅值的改變控制電機(jī)改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度,鑒相器輸出誤差電壓為0時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)。

圖1 高末級(jí)鑒相器電路圖

3 鑒相器電路在TBH-522型短波發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧中的應(yīng)用

下面對(duì)TBH-522型短波發(fā)射機(jī)中末級(jí)功放電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路中鑒相器電路的元器件、原理和的作用分別進(jìn)行介紹。

高末級(jí)鑒相器電路圖如圖1所示。

3.1 高末級(jí)鑒相器電路圖中的元器件介紹

T1:高頻電流互感器,T1的次級(jí)電流在C1上產(chǎn)生的電壓做為高末電子管柵極電壓ug1的取樣信號(hào);C1:用于頻率補(bǔ)償?shù)碾娙?R1、R2:高頻無(wú)感電阻,R1=R2=22Ω;V1、V2:檢波二極管,型號(hào)為2AP30E;C2:被銀云母電容,用于高頻信號(hào)取樣,此電容幾乎沒(méi)有引線電感。L1:并聯(lián)在電容C2兩端用于給二極管V1、V2提供直流通路。C3、C4、C5、C6:組成π型濾波網(wǎng)絡(luò)的電容,用于濾除高頻信號(hào)。L2、L3:組成π型濾波網(wǎng)絡(luò)的電感,用于濾除高頻信號(hào)。R3、R4:直流輸出電阻。W:電位器,安裝在自動(dòng)調(diào)諧伺服放大器套箱的檢測(cè)單元中,用于輸出平衡調(diào)整,當(dāng)發(fā)射機(jī)高末級(jí)處于調(diào)諧狀態(tài)時(shí),通過(guò)調(diào)整電位器W,使輸出電壓為0。3C7:高末級(jí)鑒相器中高末電子管陽(yáng)極電壓ua的取樣電容,容量為0.5pF。

3C3:50pF真空可調(diào)電容,它與調(diào)諧元件聯(lián)動(dòng),保證在工作頻率范圍內(nèi)高末柵極高頻取樣電流比較均勻。

3.2 鑒相器電路原理分析

圖2 電壓向量疊加示意圖

(1)鑒相器電路中的高末電子管陽(yáng)極電壓U˙a的取樣信號(hào)是從電子管陽(yáng)極上耦合出電壓信號(hào),再經(jīng)過(guò)3C7和C2分壓所得,所以有:為常數(shù),因此U˙a與U˙c2同相。

(2)鑒相器電路中的高末電子管柵極電壓U˙g1的取樣信號(hào)就是電流互感器T1的次級(jí)電流在C1上產(chǎn)生的電壓。

假設(shè)電流互感器的互感系數(shù)為M,且僅存在于磁場(chǎng)耦合的情況下,設(shè)電流互感器T1的電感量為L(zhǎng),初級(jí)電流為I˙1,次級(jí)電流為I˙2,

則:電流互感器的感抗XL=jωL。

次級(jí)電流

式(1—1)中 jω M ·I˙ 1為互感電壓。

因?yàn)棣豅＞＞R1+R2,因此R1+R2可忽略不計(jì)。

得出:I˙

因M/L為常數(shù),因此電流 I˙2 與 I˙1 同相。

由式(1—3)知 U˙R1 與 I˙2 同相,因?yàn)?I˙2 與 I˙1 同相,因此 U˙R1 與 I˙1同相。

電流互感器T1初級(jí)串接在電子管柵極,因此T1初級(jí)電流I˙1與柵極電流 I˙g1 同相,U˙R1 與 I˙g1 同相?？芍?U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°,也就有U˙g1 相位由滯后U˙R1 相位90°。

由上式知 U˙R2 與 I˙2 相位差為180°,又因 I˙2 與 I˙1 同相,因此 U˙R2與 I˙1 相位差也為180°;由 I˙1 與 I˙g1 同相可得,U˙R2 與 I˙g1 相位差也為180°。由U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°可得,U˙g1 相位超前U˙R2 相位90°。因此電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路諧振時(shí),要達(dá)到電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路U˙g1與U˙a 相位相差180°,就可以通過(guò)鑒相器電路比較U˙c2 相位U˙R1超前相位90°或滯后U˙R2 相位90°來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 高末級(jí)鑒相器電路的作用

(2)當(dāng)U˙c2 相位超前U˙R1 相位小于90°并且滯后U˙R2 相位大于90°時(shí),亦即U˙g1相位滯后U˙a相位小于180°時(shí),鑒相器輸出誤差信號(hào)電壓大于0,此時(shí)電位器W中心端輸出的誤差信號(hào)電壓大于0,驅(qū)動(dòng)電機(jī)升,并且相位差越大時(shí)電位器W中心端輸出的誤差信號(hào)電壓的絕對(duì)值也越大,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號(hào)電壓為0,驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路達(dá)到諧振狀態(tài)。當(dāng)前狀態(tài)如圖2-B所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較大,則U˙Rc1通過(guò)二極管整流后的正直流電壓絕對(duì)值相對(duì)較大,鑒相器輸出電壓為正電壓值。

(3)當(dāng)U˙c2 相位超前U˙R1 相位大于90°并且滯后U˙R2 相位小于90°時(shí),亦即U˙g1相位滯后U˙a相位大于180°時(shí),鑒相器輸出誤差信號(hào)電壓小于0,此時(shí)電位器W中心端輸出的誤差信號(hào)電壓小于0,驅(qū)動(dòng)電機(jī)降,并且相位差越大時(shí)電位器W中心端輸出的誤差信號(hào)電壓的絕對(duì)值也越大,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號(hào)電壓為0,驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),電子管陽(yáng)極調(diào)諧回路達(dá)到諧振狀態(tài)。當(dāng)前狀態(tài)如圖2-C所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1 的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較小,則U˙Rc1通過(guò)二極管整流后的正直流電壓絕對(duì)值相對(duì)較小,鑒相器輸出電壓為負(fù)電壓值。

4 鑒相器電路常見(jiàn)故障及分析

根據(jù)我臺(tái)長(zhǎng)期發(fā)射機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)分析常見(jiàn)檢相器故障如下:

故障一:現(xiàn)象:自動(dòng)調(diào)諧時(shí)找不到調(diào)諧點(diǎn)。分析:被調(diào)元件偏離預(yù)定的位置太遠(yuǎn),高末電子管柵極和屏極高頻電壓相位相差太大,超出了鑒相器“捕捉”范圍,鑒相器不能正常工作。

故障二:現(xiàn)象:調(diào)諧元器件只向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一直調(diào)到限位。分析:鑒相器內(nèi)燒壞一個(gè)檢波二極管或電阻。此種情況時(shí),鑒相器的輸出誤差信號(hào)電壓,反映的將不再是兩個(gè)電壓的相位差的關(guān)系,而是其中的某一個(gè)輸入電壓的相位,為一固定值,因此導(dǎo)致電機(jī)帶動(dòng)調(diào)諧元器件只向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),一直調(diào)到限位。

故障三:現(xiàn)象:鑒相器能夠找到調(diào)諧點(diǎn),但發(fā)射機(jī)表值卻與正常表值相差很多。分析:從電子管陽(yáng)極上耦合出的鑒相器電路中的高末電子管陽(yáng)極電壓U˙a的連接銅皮被擰成了螺旋狀,呈現(xiàn)電感性,從而導(dǎo)致高末電子管陽(yáng)極取樣電壓產(chǎn)生了相移,電子管陽(yáng)極電壓與柵極電壓U˙a相位差的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)附加相位。因此鑒相器輸出的誤差信號(hào)電壓中也存在一個(gè)附加電壓,鑒相器找到的調(diào)諧點(diǎn)不是真正的調(diào)諧點(diǎn),使發(fā)射機(jī)表值與正常表值相差很多。

5 結(jié)語(yǔ)

短波廣播發(fā)射機(jī)的頻率倒換(即為換頻)是短波發(fā)射機(jī)的一項(xiàng)常態(tài)化工作,要求在3分鐘之內(nèi)完成換頻工作,高前高末陽(yáng)極調(diào)諧回路達(dá)到調(diào)諧狀態(tài)就是倒換頻率工作中的重要一項(xiàng)操作,利用鑒相器電路實(shí)現(xiàn)電子管陽(yáng)極回路的快速自動(dòng)調(diào)諧,既縮短了倒換頻率的時(shí)間,又將人從頻繁的手動(dòng)調(diào)諧操作中解放出來(lái),因此對(duì)鑒相器原理的分析和故障總結(jié)是短波廣播發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)維護(hù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵知識(shí)的技術(shù)積累。

[1]TBH-522型短波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書(shū) 北京北廣數(shù)字廣播電視股份有限公司.