功率放大器的應(yīng)用及故障兩例

訥河市廣播電視服務(wù)中心 張春艷

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功率放大器的應(yīng)用及故障兩例

訥河市廣播電視服務(wù)中心 張春艷

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的提高，新型材料的應(yīng)用，涌現(xiàn)出一些高科技的新興產(chǎn)物。例如；廣播、電視發(fā)射機(jī)各級(jí)功率放大器都采用全固態(tài)功率合成放大器。它應(yīng)用場效應(yīng)管的串、并聯(lián)技術(shù)，獲得高功率輸出的新一代功率放大器。它具有性能穩(wěn)定、低壓供電、自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶喜愛。

【關(guān)鍵詞】模塊；場效應(yīng)管；甲乙類放大器；微帶線；衰減器；熱敏電阻；駐波比；陣列邏輯電路

功率放大器被廣泛應(yīng)用在各類功率輸出的設(shè)備中，廣播電視發(fā)射機(jī)的各級(jí)輸出都采用不同的功率輸出放大器。前置級(jí)用小功率放大器，推動(dòng)級(jí)用中功率放大器，末級(jí)用大功率放大器。經(jīng)逐級(jí)放大的電信號(hào)被送到發(fā)射單元，完成放大功能。功率放大器應(yīng)用的是場效應(yīng)管的串并聯(lián)技術(shù)來獲得高功率輸出，場效應(yīng)管采用N溝道場效應(yīng)管或者相同類型的放大組件組成。它具有使用壽命長、線性好、熱傳導(dǎo)性良、直流低壓供電等優(yōu)點(diǎn)，工作在甲類或乙類工作狀態(tài)。

一、功率放大器在固態(tài)電視發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)的功率放大模塊是根據(jù)發(fā)射機(jī)使用的波段的不同而設(shè)計(jì)不同，其工作原理大同小異。一般前置級(jí)功率放大模塊50W，驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大模塊525W，末級(jí)功率放大模塊1KW。功率放大模塊設(shè)計(jì)有+50V直流電源輸入口、射頻輸入口RF IN、模塊復(fù)位/啟動(dòng)口和輸出口。功率放大模塊在維修與更換過程中，不需要關(guān)閉發(fā)射機(jī)可直接拔下或者插上。它有保護(hù)、控制和檢測電路，有效地監(jiān)控各個(gè)功率放大模塊的工作狀態(tài)，在面板顯示屏上及時(shí)體現(xiàn)出來。如有故障，控制單元發(fā)出故障代碼并進(jìn)行報(bào)警。

1、低波段功率放大模塊

它采用前級(jí)驅(qū)動(dòng)模塊，它是由一級(jí)甲類放大器和第二級(jí)并聯(lián)甲類放大器。原理圖如圖1所示。

工作原理：射頻信號(hào)送入射頻輸入口，再到衰減器，它的作用是提高增益使反射損耗得以改善，達(dá)到35dB。射頻信號(hào)經(jīng)同軸電纜送入2路分配器；一路經(jīng)微帶線到定向耦合器產(chǎn)生射頻取樣信號(hào)，另一路經(jīng)微帶線環(huán)路的射頻相位調(diào)整再經(jīng)合成視頻信號(hào)到輸出口。低波段功率放大模塊輸出功率達(dá)到50W，音頻達(dá)到200W。通常低波段功率合成器經(jīng)過四個(gè)功率放大器合成輸出，可以將圖像和伴音同步峰值功率放大到1KW以上。

2、功率放大模塊

它是由四個(gè)并聯(lián)的甲乙類功率放大器合成的，其增益根據(jù)工作波段的不同而不同。低波段增益18.5dB，高波段增益13.7dB。從模塊后面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l驅(qū)動(dòng)信號(hào)用微帶線分成兩路分配器，取出射頻取樣信號(hào)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)保護(hù)或者相位調(diào)整的微帶環(huán)路和兩路分配器。微帶線之間有隔離電阻，起到端口隔離作用。射頻信號(hào)被送到兩個(gè)兩路分配器，變成四路信號(hào)又分別送到四個(gè)甲乙類放大器進(jìn)行放大。其工作流程是驅(qū)動(dòng)模塊輸出的視頻信號(hào)，經(jīng)過相位調(diào)整同軸電纜傳輸?shù)剿p器。校正后的射頻信號(hào)繼續(xù)送到兩路功率分配器，進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換。

功率放大模塊工作在甲乙類狀態(tài)，作為中間放大和末級(jí)放大。其偏置電壓是+15V直流供電，通過保護(hù)、控制和監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生降壓和穩(wěn)壓，開通與關(guān)斷來控制模塊+50V直流電源。功率放大器的場效應(yīng)管是安裝在散熱片上進(jìn)行散熱，利用熱敏電阻作為取樣電壓。其原理是熱敏電阻隨散熱片溫度變化阻值也隨之變化，導(dǎo)致場效應(yīng)管柵極電流發(fā)生變化。柵極電壓由調(diào)整電位器進(jìn)行精確調(diào)整，維護(hù)其靜態(tài)電流。散熱片溫度不能超過25度，調(diào)整電壓為5.3V。

3、保護(hù)、控制與監(jiān)測

功率放大模塊在正常工作的情況下，必須有保護(hù)、控制和檢測電路，才能達(dá)到理想的工作狀態(tài)。這樣必須在功率放大模塊電路中設(shè)計(jì)傳感系統(tǒng)和邏輯電路，分析功率放大模塊的工作狀態(tài)，時(shí)時(shí)顯示在控制面板上，其核心是功率放大模塊控制系統(tǒng)。

1/4功率放大模塊隔離電阻檢測：每個(gè)廣泛的模塊都經(jīng)過兩路合成變壓器，用來合成功放模塊上面和下面兩功放放大器的功率，確保輸出阻抗的匹配。如果上下兩功率放大器輸出的相位或者幅度出現(xiàn)偏差，在隔離電阻上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位差，這個(gè)不平衡的信號(hào)送到檢波器，經(jīng)整流后產(chǎn)生一個(gè)與上下兩路不平衡信號(hào)成比例的直流電壓，這個(gè)直流信號(hào)叫做功率電阻電壓取樣。

1/4功率放大模塊溫度監(jiān)測：每個(gè)功放模塊上都有熱敏電阻安裝在散熱片上。當(dāng)散熱片溫度升高設(shè)時(shí)，熱敏電阻的阻值變小。熱敏電阻阻值的變化來控制功放模塊內(nèi)部場效應(yīng)管偏壓的變化。利用+15V直流電源和地之間電阻產(chǎn)生的電壓降作為取樣信號(hào)，來調(diào)節(jié)場效應(yīng)管的靜態(tài)工作點(diǎn)和維持各自的靜態(tài)電流。要求工作溫度25度以下，電壓調(diào)整在5.3 V。

駐波比保護(hù)與主電源+50V監(jiān)控：合成功率經(jīng)定向耦合器，取得反射功率取樣電壓送入監(jiān)測控制電路，檢測反射功率，反射功率過高時(shí)會(huì)燒毀模塊。保護(hù)原理是：電位器在+15V直流電源分壓，在電壓比較放大器上形成一個(gè)故障門限電壓。如果取樣電壓超過故障門限電壓，檢測控制電路發(fā)出故障報(bào)警，駐波比高故障指示燈亮，設(shè)備會(huì)自動(dòng)降功率、停機(jī)等手段保護(hù)設(shè)備。為了防止直流電壓過高或過低損壞功放模塊，檢測控制電路時(shí)刻檢測直流電壓。其原理是：經(jīng)電阻在+15V直流電源上分壓，作為最高電壓參考值。+50V直流電源經(jīng)電阻降壓，作為取樣電壓，送到電壓比較放大器，進(jìn)行比較。如果取樣電壓值超過參考電壓值，出現(xiàn)電壓過高故障顯示并報(bào)警。如果電壓過低，顯示電壓過低故障報(bào)警。

啟動(dòng)大功率開關(guān)場效應(yīng)管：可編程序的陣列邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，控制場效應(yīng)管N溝道開關(guān)管的開通與關(guān)閉。每個(gè)模塊都有一對(duì)大功率場效應(yīng)管來控制1/4模塊上的+50V直流電源的導(dǎo)通與關(guān)閉。在控制電路中有兩種+15V直流電源：一種是+50V直流電源經(jīng)電阻降壓后在用三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個(gè)+15V直流電源，服務(wù)于檢測控制電路。另一種+15V直流電源是當(dāng)開關(guān)場效應(yīng)管導(dǎo)通后，源極上的+50V直流電源經(jīng)電阻降壓和三端穩(wěn)壓器位穩(wěn)壓，得到+15V直流電源，送到1/4模塊，用于柵極偏置和溫度監(jiān)測取樣?？删幊绦虻年嚵羞壿嬰娐酚袃蓚€(gè)功能：一是給大電流開關(guān)管發(fā)出導(dǎo)通指令，把+50V直流電源加到功率放大場效應(yīng)管。通過面板顯示屏顯示出當(dāng)前的工作狀態(tài)。其二是產(chǎn)生一個(gè)模塊啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)電源電壓到達(dá)44V時(shí)，控制邏輯電路指令大功率場效應(yīng)管導(dǎo)通。

二、實(shí)例故障

實(shí)例故障一：功放模塊不啟動(dòng)，指示燈不亮，+50V直流電源正常。

經(jīng)查：用萬用表測量+15V直流電源的輸出口電壓為零，與地之間電阻阻值為零，證明輸出口與地短路。功放模塊內(nèi)部控制電路的保險(xiǎn)絲熔斷，處于開路狀態(tài)。原因是+15V直流電源短路電源丟失造成的。

處理：更換一個(gè)新的+15V直流電源，開機(jī)，一切正常，故障排除。

實(shí)例二：沒有功率輸出，指示燈都亮。

分析：可能是監(jiān)測控制電路出現(xiàn)異常；驅(qū)動(dòng)電源切換場效應(yīng)管電路異常；+50V直流電源沒有加到1/4功放模塊上；沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

經(jīng)查：1/4功放模塊的電壓和電流，有電壓但無電流。測量+15V直流電源出現(xiàn)異常。

處理：更換+15V直流電源穩(wěn)壓器，故障排除。

思考：這類故障還要考慮到AGC電路、信號(hào)的相位和增益調(diào)整電路、前置放大電路等因素。

三、結(jié)束語

在廣播電視發(fā)射機(jī)中，各級(jí)功率放大器起至關(guān)重要的作用。不但價(jià)格昂貴，而且維護(hù)和維修非常耗時(shí)。特別是在更換場效應(yīng)管時(shí)要非常小心謹(jǐn)慎，人體靜電會(huì)擊穿場效應(yīng)管，必須在穿有防靜電衣服和防靜電工作臺(tái)上的情況下工作。