數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)的工作原理及故障分析處理

張健平

數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)的工作原理及故障分析處理

張健平

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)）

介紹數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的基本原理。針對(duì)福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)使用的GZ-GS10k-Π型機(jī)器中的兩起典型故障進(jìn)行分析處理給予介紹，以供同行交流參考。

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)；風(fēng)機(jī)；故障維修

1　數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)原理

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)有射頻功率，音頻處理，控制和供電四大系統(tǒng)。射頻功率系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)RF系統(tǒng)）采用頻率穩(wěn)定度高達(dá)5×10-7的溫補(bǔ)晶體振蕩器作為鎖相環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)源，其標(biāo)準(zhǔn)頻率為9216kHz。振蕩頻率經(jīng)多次分頻后轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)射機(jī)的工作頻率。該機(jī)由許多工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的高效率射頻功率放大單元（模塊）組成，模塊受數(shù)字音頻編碼信號(hào)的控制而開(kāi)通或關(guān)斷，開(kāi)通的模塊進(jìn)行電壓串聯(lián)疊加，產(chǎn)生出包絡(luò)有量化臺(tái)階的調(diào)幅波，再經(jīng)帶通濾波器的頻譜過(guò)濾而得到平滑的射頻已調(diào)波信號(hào)。其系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。

該機(jī)射頻功率放大器采用丁類(lèi)放大電路，其電路組成為：V1～V4為4個(gè)MOS場(chǎng)效管（IRF250），VD1～VD4為齊納二極管，T1和T2激勵(lì)變壓器，各管輸入信號(hào)由T1和T2的次級(jí)供給，XT1為射頻輸出接口。場(chǎng)效管的激勵(lì)信號(hào)V1、V4同相，V2、V3同相，V1、V4與V2、V3互為反相，。V1～V4構(gòu)成電橋，而電橋的4個(gè)頂點(diǎn)是：直流供電電源+B （+230V），地端與輸出變壓器的初級(jí)兩端（模塊板的輸出接口）。在射頻激勵(lì)信號(hào)的正半周時(shí)，V1、V4導(dǎo)通，而V2、V3截止；反之，在射頻激勵(lì)信號(hào)的負(fù)半周時(shí)，V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止。因此，在射頻輸出端形成峰峰值為+2B的方波電壓，方波的頻率是發(fā)射機(jī)載波頻率，方波電壓通過(guò)射頻變壓器耦合輸出到功率合成器工作。4個(gè)齊納二極管的作用是用于當(dāng)電路發(fā)生瞬變或過(guò)激勵(lì)時(shí)保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。電路中的V1和V2完全靠激勵(lì)信號(hào)控制其導(dǎo)通與截止，而V3和V4的通斷除與激勵(lì)信號(hào)有關(guān)外，還取決于編碼控制信號(hào)，若關(guān)斷射頻激勵(lì)也就關(guān)斷RF功率放大器。

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的音頻系統(tǒng)組成見(jiàn)圖2。在音頻處理器中，音頻（AF）調(diào)制信號(hào)與一直流電壓（DC）相疊加；同時(shí)，為了使調(diào)制信號(hào)有更高的分辯力，疊加信號(hào)中還加了一個(gè)低電平超音頻的三角波，超音頻頻率成分到輸出網(wǎng)絡(luò)時(shí)被帶通濾波器大大衰減。由此，音頻處理后輸出的疊加信號(hào)有3種成分：AF、DC、低電平超音頻三角波。其中音頻信號(hào)決定調(diào)制電平（高頻已調(diào)波的邊帶功率），直流電壓的大小決定載波功率。疊加信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換板進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

圖1　射頻系組成

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬輸入板送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?2比特的數(shù)字信號(hào)序列。為了減少RF功率場(chǎng)效管導(dǎo)通損耗以及切斷與開(kāi)通轉(zhuǎn)換期間的管子損耗，場(chǎng)效管的通斷是在射頻激勵(lì)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行，即要求數(shù)字控制信號(hào)必須在該時(shí)刻出現(xiàn)，這就靠時(shí)鐘信號(hào)準(zhǔn)確對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路和鎖存器進(jìn)行嚴(yán)格的時(shí)間控制而保持同步。其A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程見(jiàn)圖3。圖中：ADC取樣保持電路對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行取樣保持，在時(shí)鐘信號(hào)（CPs）的控制下，每完成一次A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出被選通或鎖存一次，直到下次時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC的量化編碼電路是對(duì)u11（t）信號(hào)進(jìn)行3位二進(jìn)制編碼，輸出數(shù)字量12比特（d0…dm-1）位。12比特的數(shù)字流前6位（大臺(tái)階）數(shù)據(jù)送入6個(gè)只讀存儲(chǔ)器（ROM），經(jīng)過(guò)編碼后變?yōu)?2個(gè)等壓量RF功率放大器的開(kāi)/關(guān)控制信號(hào)；12比特中的低位7-12（小臺(tái)階）數(shù)據(jù)不通過(guò)編碼而直接控制相應(yīng)的6個(gè)二進(jìn)制加權(quán)放大器的通斷。開(kāi)通的大臺(tái)階與二進(jìn)制小臺(tái)階輸出電壓相疊加后，產(chǎn)生確定的射頻電壓輸出。

圖4　取樣-保持電路

圖5　取樣-保持電路波形

圖4為取樣保持電路，在電路中要求A1具有很高的輸入阻抗，以減少對(duì)輸入信號(hào)源的影響。為使保持階段電容C上所存電荷不易泄放，A2也應(yīng)具有較高輸入阻抗，A2還具有低的輸出阻抗，這樣可以提高電路的帶負(fù)載能力；同時(shí)，要求電路中Av1·Av2=1。由圖4可知：在t=t0時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合，電容通過(guò)電阻被迅速充電，由于Av1·Av2=1，因此V0=V1；在t=t1時(shí)刻S斷開(kāi)。若A2的輸入阻抗為無(wú)窮大，S為理想開(kāi)關(guān)，這樣電容C沒(méi)有放電回路，其兩端電壓保持為V0不變。圖5為取樣-保持電路波形，圖中t1到t2的平坦線，就是該電路的保持階段。

功率合成是通過(guò)高頻變壓器的電壓合成實(shí)現(xiàn)的。各功放模塊的輸出送到各自的RF輸出變壓器的初級(jí)線圈，然后通過(guò)一根銅管（相當(dāng)于變壓器的次級(jí)）穿過(guò)各輸出變壓器的磁芯實(shí)現(xiàn)耦合。

圖3　模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過(guò)程

發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)由二階帶通網(wǎng)絡(luò)與T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，帶通網(wǎng)絡(luò)為二階的最大平坦度濾波器，它的作用是濾波和阻抗匹配。濾除音頻通帶外的不需要頻譜成份，將有量化臺(tái)階的射頻功率調(diào)幅信號(hào)光滑處理成典型的調(diào)幅信號(hào)，完成發(fā)射機(jī)射頻功率的數(shù)模轉(zhuǎn)換。

數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器：受數(shù)字信號(hào)控制導(dǎo)通或關(guān)斷，工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的RF放大器，可以認(rèn)為是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

2　故障分析處理

2.1故障1

故障現(xiàn)象：981KHZ音頻信號(hào)噪聲大，無(wú)法正常收聽(tīng)。

分析處理：對(duì)于噪聲大的原因首先應(yīng)判別是外部干擾呢還是本機(jī)內(nèi)部干擾，簡(jiǎn)單的方法是調(diào)整監(jiān)聽(tīng)天線方向，看卡噪聲能不能減小，如果沒(méi)有變化，那么就是機(jī)器原因了。產(chǎn)生噪聲的原因一般有：直流穩(wěn)壓器，主電源濾波整流電路。檢查直流穩(wěn)壓板（ILA/ HG2.932.001DL），適當(dāng)調(diào)整調(diào)制B-電源，通過(guò)細(xì)心調(diào)整R38/R39（直流穩(wěn)壓板）和R78/R7（模數(shù)轉(zhuǎn)換板）的阻值，將控制功放模塊開(kāi)/關(guān)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲調(diào)到最??；再檢查直流穩(wěn)壓板接地布線是否有損以防泄漏電流和射頻雜音干擾。調(diào)整后如果還能監(jiān)聽(tīng)到“咝咝”的靜噪聲，且隨著溫度的升高“咝咝”聲變大；用萬(wàn)用表（R×1K檔）檢查主電源的（+230V）電壓的濾波電容時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾只鋁殼電解電容（76000uF/50V）的漏電阻都小些；通過(guò)漏電流：I=KCU×10-4+m（mA），計(jì)算漏電流誤差偏大。更換濾波電容器后，噪聲消失，監(jiān)聽(tīng)信號(hào)恢復(fù)正常。

2.2故障2

故障現(xiàn)象：882kHz工作時(shí)忽然丟高壓，LCD液晶指示屏風(fēng)機(jī)“Er”。

分析處理：風(fēng)機(jī)故障屬于一類(lèi)故障，所以在故障檢查前，先按一下LCD液晶指示屏“復(fù)位”鍵，看風(fēng)機(jī)標(biāo)識(shí)能否清除，如果故障仍然存在，則故障狀態(tài)標(biāo)識(shí)再次彈出。產(chǎn)生風(fēng)機(jī)的故障原因：通風(fēng)互鎖（風(fēng)接點(diǎn)）傳感器問(wèn)題；空氣過(guò)濾器阻塞，通風(fēng)不暢；風(fēng)機(jī)故障。首先檢查過(guò)濾網(wǎng)和風(fēng)接點(diǎn)，如果這些都正常，那就是風(fēng)機(jī)問(wèn)題。該機(jī)使用軸流式風(fēng)機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)的檢查步驟。第一，靜電檢查。先斷開(kāi)發(fā)射機(jī)三相電空氣開(kāi)關(guān)K6，斷開(kāi)保險(xiǎn)絲（F7F8F9），在風(fēng)機(jī)的輸入端用萬(wàn)用表測(cè)量風(fēng)機(jī)三相線包阻值，查看是否有斷路、短路等現(xiàn)象。第二，通電檢查。風(fēng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)后有“咔咔”的響聲，認(rèn)為是風(fēng)機(jī)軸承不良的原因，拆卸檢查果然是軸承滾動(dòng)鋼珠磨損導(dǎo)致風(fēng)力減小，產(chǎn)生風(fēng)節(jié)點(diǎn)釋放斷開(kāi)+8 V電壓，產(chǎn)生發(fā)射機(jī)丟高壓。更換新的軸承后風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常。分析電路見(jiàn)圖6。T1為主整變壓器，B1為軸流風(fēng)機(jī)，K1、K2為交流接觸器，R31、R32、R33為限流電阻，A38為控制板，A30為直流穩(wěn)壓電源，A39為電源配置板。由于風(fēng)機(jī)軸承滾珠損壞風(fēng)量減小引發(fā)風(fēng)節(jié)點(diǎn)（C-S7）的釋放，導(dǎo)致控制板A38-X8-10端從高電平“1”翻轉(zhuǎn)為低電平“0”，控制板便產(chǎn)生了一個(gè)脈沖信號(hào)；由此：控制電路接受一個(gè)“關(guān)機(jī)-L”信號(hào)，引發(fā)一個(gè)“關(guān)閉K2-L”信號(hào)。這個(gè)“關(guān)閉K2-L”信號(hào)將A38-V7截止，這時(shí)通過(guò)光電隔離器A30（N2N4）觸發(fā)雙向可控硅V3V6截止，斷開(kāi)K1、K2的激勵(lì)電壓（24VAC）而釋放。K1、K2被斷激勵(lì)，從而就斷開(kāi)功放PA的供電電源（+230VDC，+115VDC），并且封鎖功率放大級(jí)的所有功放模塊。同時(shí)，K2的主觸點(diǎn)釋放，它的附屬接點(diǎn)打開(kāi)，控制板A38-X8-2的“K2合上-H”從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，這將斷掉K2的檢鎖信號(hào)；輸入給控制板A38-V8/V7的“K1驅(qū)動(dòng)-H”和“K2驅(qū)動(dòng)-H”變?yōu)榈碗娖剑琄1/K2斷開(kāi)，T1斷電；直到風(fēng)機(jī)故障完成排除，才能解鎖功放模塊，K1/K2吸合，T1通電，使發(fā)射機(jī)正常工作。

圖6　主電源驅(qū)動(dòng)電路

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述兩例典型故障的分析處理，更加體會(huì)到做好安全播音，確保發(fā)射機(jī)運(yùn)行最佳狀態(tài)的重要與不易。因此，不但要做好日常的機(jī)器維護(hù)，還要時(shí)時(shí)注意廣播的監(jiān)聽(tīng)，分辨信號(hào)的失真和噪聲，找準(zhǔn)故障并進(jìn)行調(diào)整排除（包括風(fēng)機(jī)，風(fēng)扇等）?？傊瑪?shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)由于自身技術(shù)的特點(diǎn)，整機(jī)應(yīng)用大量的數(shù)字與邏輯電路，這給故障處理帶來(lái)一定的難度。因此，需要我們及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高維護(hù)水平。

［1］張丕灶，等.數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)［M］.廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社，2002.

［2］張丕灶，等.全固態(tài)脈寬調(diào)制中波發(fā)射機(jī)［M］.廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社，2005.

［3］哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司.GZ-GS10K-Π型10kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書(shū)［S］.2003.

張健平（1959-），男，福建福安人，工程師。研究方向：發(fā)射機(jī)調(diào)制與解調(diào)。