DCM 50kW發(fā)射機(jī)工作原理及射頻推動(dòng)級(jí)的故障檢修

楊 浩

黑龍江省新聞出版廣電局微波總站 黑龍江省 哈爾濱市 150090

前 言

中波廣播發(fā)射機(jī)DCM 50kW是哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的新型數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)，采用了先進(jìn)的數(shù)字調(diào)幅技術(shù)，集國(guó)外數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的技術(shù)于一體，并使用了循環(huán)調(diào)制和浮動(dòng)載波技術(shù)。因此，又稱(chēng)為數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)。黑龍江省新聞出版廣電局804臺(tái)購(gòu)進(jìn)了兩部這種型號(hào)的發(fā)射機(jī)，已全部安裝使用，在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其推動(dòng)級(jí)工作不夠穩(wěn)定。經(jīng)分析和試驗(yàn)，有針對(duì)性地對(duì)其做了一些改進(jìn)，達(dá)到了很好的效果。

1 DCM 50kW中波廣播發(fā)射機(jī)的基本工作原理及特點(diǎn)

1.1 DCM 50kW中波廣播發(fā)射機(jī)的基本工作原理

DCM 50kW數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)主要由四大部分組成：利用廣播電視制作技術(shù)將播出信號(hào)做技術(shù)處理的部分（簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字音頻處理系統(tǒng)）、發(fā)射機(jī)實(shí)行人機(jī)交互執(zhí)行的部分簡(jiǎn)稱(chēng)控制系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)房放的動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)供電系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)的天饋高頻部分簡(jiǎn)稱(chēng)射頻功率系統(tǒng)。

發(fā)射機(jī)的射頻功率系統(tǒng)，主要是產(chǎn)生載頻信號(hào)，并將其放大至發(fā)射機(jī)所需的功率電平。它與傳統(tǒng)電子管發(fā)射機(jī)的區(qū)別不但是使用的放大器件不同，整機(jī)的工作方式也不同。它的推動(dòng)級(jí)和末級(jí)功放由功率放大模塊組成，且功率放大模塊工作于D類(lèi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將調(diào)制編碼器輸出的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制使其每個(gè)射頻功率放大模塊的關(guān)閉和開(kāi)通受控，被開(kāi)通的所有射頻功率放大模塊瞬時(shí)輸出，通過(guò)磁環(huán)合成器疊加，再經(jīng)過(guò)不同的帶通濾波器可以濾除不需要的諧波分量和量化臺(tái)階，進(jìn)而得到原始的中波調(diào)幅波輸出。

數(shù)字音頻處理系統(tǒng)可以將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字控制開(kāi)關(guān)信號(hào)，用來(lái)控制射頻功率放大模塊工作的數(shù)量。其工作過(guò)程是先將音頻信號(hào)送入模擬輸入板處理，變成“音頻+直流”信號(hào)后，再由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變換成一個(gè)數(shù)字串信號(hào)（12位字節(jié)），這就是一個(gè)“數(shù)字音頻”信號(hào)。技術(shù)人員將數(shù)字信號(hào)送到調(diào)制編碼板進(jìn)行編碼成為功放級(jí)所需的開(kāi)/關(guān)控制信號(hào)。這些控制信號(hào)被用來(lái)對(duì)各個(gè)獨(dú)立的射頻放大器模塊進(jìn)行開(kāi)或關(guān)的操作。

控制系統(tǒng)提供開(kāi)關(guān)機(jī)、升降功率控制，在LCD顯示屏上可以直觀(guān)地觀(guān)察機(jī)器的主要運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的數(shù)字化智能控制。

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)實(shí)際上是一個(gè)大功率射頻A/D與D/A轉(zhuǎn)換器。音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理，最后輸出仍是模擬信號(hào)，模塊合成輸出其實(shí)是D/A轉(zhuǎn)換的過(guò)程。

1.2 DCM 50kW發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)

采用循環(huán)調(diào)制方式。射頻功放單元輪流工作，使其熱負(fù)荷均勻，提高了功放單元的使用壽命，循環(huán)調(diào)制功能是由循環(huán)調(diào)制編碼板完成的。

具有浮動(dòng)載波功能。該機(jī)采用了浮動(dòng)載波調(diào)幅技術(shù)，在音頻信號(hào)小的情況下（M＜0.5），載波功率隨著音頻信號(hào)的增加也線(xiàn)性的增加，保證了邊帶功率，同時(shí)降低了能耗。

在頻率合成振蕩器中，設(shè)有同步廣播激勵(lì)信號(hào)的接口和相應(yīng)的放大電路，同步信號(hào)精度可以達(dá)到10-12的精度。因此，優(yōu)先使用同步信號(hào)自動(dòng)切換功能即是。同步信號(hào)優(yōu)先使用，其次是用激勵(lì)信號(hào)。

LCD顯示系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的智能控制來(lái)完成的，使其達(dá)到對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行智能化檢測(cè)、診斷、控制、記憶等控制保護(hù)功能，從而達(dá)成了界面狀態(tài)顯示和人機(jī)界面對(duì)話(huà)的功能，LCD顯示屏上可直觀(guān)方便地觀(guān)察機(jī)器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和主要數(shù)據(jù)。

具有遠(yuǎn)程控制微機(jī)接口電路（RS422），可利用電腦對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行遙控和聯(lián)網(wǎng)控制，并通過(guò)電腦將發(fā)射機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)打印。

設(shè)有外部各種聯(lián)鎖的保護(hù)電路，如風(fēng)接點(diǎn)聯(lián)鎖、門(mén)開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖、電纜到位聯(lián)鎖、功放到位聯(lián)鎖等。

2 中波廣播發(fā)射機(jī)DCM50kW射頻推動(dòng)級(jí)的工作原理

射頻推動(dòng)級(jí)是由多種相同的放大器模塊來(lái)組成（本機(jī)是14塊），然后將前置放大器經(jīng)射頻分配器分配后送來(lái)的射頻信號(hào)放大后（本機(jī)為28路），再送到由T2～Tl5組成的推動(dòng)功率合成器進(jìn)行功率合成輸出，然后由射頻分配器（2）分配后送到末級(jí)功率放大模塊的輸入端，作為功率放大器的射頻推動(dòng)電壓。

14塊射頻放大器模塊分別插在推動(dòng)合成器母板上的J2～J15中。其中，9塊射頻放大器模塊用作固定放大，另外4塊由人工決定是否工作。13塊固定放大模塊的工作電壓為+115VDC，還有一塊放大器模塊工作在可變放大狀態(tài)，其工作的電源電壓由推動(dòng)穩(wěn)壓電源提供。高頻功率放大器的所有模塊均工作在“開(kāi)/關(guān)”狀態(tài)下。如圖1所示。

圖1 射頻推動(dòng)級(jí)方框圖

3 推動(dòng)放大板三種工作模式和功率合成器及電源調(diào)整板簡(jiǎn)介

3.1 固定推動(dòng)放大板

推動(dòng)功率放大板安裝在推動(dòng)器合成母板中（9塊），以全橋方式工作，它的電源直接取自發(fā)射機(jī)的非穩(wěn)壓+115VDC供電。這些放大板不隨載頻變化而增減，機(jī)器加高壓即工作，輸出幅度為230V。

3.2 可選推動(dòng)放大板

可選推動(dòng)放大板安裝在J6、J7、J10、J11插槽中，它也是以全橋方式工作。與固定推動(dòng)放大板不同之處在于它們是隨不同載頻變化而增減的，或當(dāng)固定推動(dòng)放大板損壞多塊（4塊以?xún)?nèi)）時(shí)，人工替換之用，它的電源直接取自發(fā)射機(jī)的非穩(wěn)壓+115VDC供電。

3.3 自動(dòng)調(diào)整推動(dòng)放大板（D8）

自動(dòng)調(diào)整推動(dòng)放大板安裝在J8插槽中，當(dāng)發(fā)射機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)， D8處于半橋工作。D8的電源電壓是兩路自動(dòng)調(diào)整0～115VDC推動(dòng)穩(wěn)壓電源，這兩路0～115VDC電源正常工作時(shí)，只有一路有輸出，而另一路處于預(yù)備狀態(tài)。

推動(dòng)器D8的功率放大模板安裝在推動(dòng)器合成母板的J8之中，正常工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全橋方式工作，然而它的兩個(gè)半橋1A和1B的電源電壓是受推動(dòng)級(jí)電源調(diào)壓板通過(guò)自動(dòng)調(diào)整，然后分別提供供電的。如果發(fā)射機(jī)功放模塊發(fā)生過(guò)熱或其他故障時(shí)，大多數(shù)故障可能是MOS管極間被擊穿，形成極間短路，加重推動(dòng)級(jí)的載荷，引起推動(dòng)電平大幅度下跌；或者當(dāng)固定推動(dòng)放大板或可選推動(dòng)放大板發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)，造成推動(dòng)電平下降；在市電發(fā)生波動(dòng)時(shí)也會(huì)引起推動(dòng)電平的相同波動(dòng)。這時(shí)驅(qū)動(dòng)器1A和1B的電源電壓會(huì)也會(huì)相繼升高或降低以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償推動(dòng)負(fù)荷的變化，從而獲得穩(wěn)定的射頻推動(dòng)信號(hào)電平。

3.4 推動(dòng)功率合成器

射頻推動(dòng)級(jí)放大器模塊（14塊）輸出的信號(hào)合成是由推動(dòng)合成器來(lái)完成的，作為射頻分配器的輸入信號(hào)。

每個(gè)推動(dòng)器的輸出接入一個(gè)合成變壓器的初級(jí)，推動(dòng)合成器的次級(jí)是一根穿過(guò)合成變壓器（14個(gè)）磁環(huán)中心的銅棒。銅棒底端與通地點(diǎn)銅排固定而成。該點(diǎn)也是推動(dòng)合成器母板上的接地點(diǎn)，上端接L5和C3構(gòu)成的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。功率推動(dòng)器各部分的射頻推動(dòng)電壓通過(guò)合成器來(lái)進(jìn)行疊加，然后輸送到推動(dòng)功率各個(gè)分配板。檢測(cè)電路的電壓駐波比是T8提供一個(gè)射頻功率合成器電流取樣信號(hào)而獲得的。

緩沖放大板的射頻輸入端的信號(hào)來(lái)自射頻振蕩板傳輸來(lái)的射頻TTL信號(hào)的母板J1，放大后的射頻方波信號(hào)輸出到母板的前置放大板，屆時(shí)射頻輸出信號(hào)也一并送到峰值檢波器，檢出的信號(hào)（直流）傳送到LCD顯示屏上。LCD顯示屏上對(duì)應(yīng)的“緩沖”指示為“正?！保?dāng)失去射頻輸出信號(hào)時(shí)，指示為“故障”。

3.5 推動(dòng)電源調(diào)整板

作為推動(dòng)放大級(jí)D8的電源，源自調(diào)整板提供二組電壓自動(dòng)調(diào)整（0～+115VDC）電源電壓，使得推動(dòng)功率放大級(jí)始終可以輸出一個(gè)幅度適宜的射頻推動(dòng)電壓。推動(dòng)電源調(diào)整板上配備有功率MOS管（7個(gè)），固定在一塊面積大于印制電路板的散熱器上（背面襯著絕緣導(dǎo)電硅橡膠片）。全部組件安裝在機(jī)器推動(dòng)箱柜正面的右側(cè)壁上。在機(jī)箱右門(mén)打開(kāi)的情況下，可以控制操作推動(dòng)電源調(diào)整板上的on/off環(huán)選擇開(kāi)關(guān)S1和調(diào)整開(kāi)/閉環(huán)的參考電平電位器R2和R12。

4 欠推動(dòng)級(jí)故障

DCM 50kW發(fā)射機(jī)末級(jí)功率放大模塊的射頻輸入電壓的高低值，可以直接影響發(fā)射機(jī)總的性能和指標(biāo)及工作穩(wěn)定性。信號(hào)的高低超越額定值時(shí)，射頻推動(dòng)信號(hào)都會(huì)使功放模塊產(chǎn)生過(guò)熱，效率下降或損壞MOS管及相關(guān)器件。所以射頻推動(dòng)信號(hào)必須穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖缴稀Ｔ斐缮漕l推動(dòng)電壓產(chǎn)生變化存在著諸多原因：如部分功放模塊上的MOS管的損壞（極間短路、開(kāi)路）均會(huì)加重功率推動(dòng)器的負(fù)載，使推動(dòng)電平降低，電源電壓不規(guī)律的波動(dòng)也會(huì)引起射頻推動(dòng)電壓的變化。數(shù)字循環(huán)調(diào)制中波廣播發(fā)射機(jī)推動(dòng)級(jí)對(duì)機(jī)器的工作穩(wěn)定性非常重要，如果推動(dòng)電平過(guò)低或過(guò)高都會(huì)引起機(jī)器掉高壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞功放模塊，從而造成停播。

4.1 故障一

現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)正常工作時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。重開(kāi)高壓，LCD顯示屏顯示欠推動(dòng)故障，檢查推動(dòng)模塊，其中兩塊損壞。

檢查處理過(guò)程：更換損壞的推動(dòng)模塊，斷開(kāi)末級(jí)功放電源（拆開(kāi)保險(xiǎn)絲），加高壓，測(cè)量推動(dòng)電平，只有25Vpp左右（正常值在37～40V之間）。調(diào)整電感變化范圍較小，達(dá)不到正常值要求。檢查電容C3發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)漏電，更換該電容，開(kāi)高壓，推動(dòng)模塊仍發(fā)熱嚴(yán)重，說(shuō)明功耗過(guò)大。用電流表測(cè)量推動(dòng)級(jí)工作電流為29A（正常為15～18A），調(diào)電感L5無(wú)法使輸出電平和電流正常。后改變C3的容量，并一個(gè)10000p的電容，推動(dòng)電流迅速降至12A，再調(diào)L使推動(dòng)級(jí)輸出電平在38Vpp，推動(dòng)電流為17.5A，推動(dòng)級(jí)工作即正常。

故障原因分析：電容漏電變值，造成串聯(lián)諧振電路嚴(yán)重失諧，推動(dòng)級(jí)模塊過(guò)熱并損壞，推動(dòng)輸出小而欠推動(dòng)自動(dòng)關(guān)機(jī)。更換電容后，開(kāi)高壓，推動(dòng)模塊發(fā)熱嚴(yán)重，說(shuō)明功耗過(guò)大。用電流表測(cè)量推動(dòng)級(jí)工作電流為29A，調(diào)電感無(wú)法使輸出電平和電流正常。改變C3的容量，并一個(gè)10000p的電容，再調(diào)L5，推動(dòng)級(jí)工作即正常，原因是原電容容量不夠，串聯(lián)電路失諧，造成推動(dòng)級(jí)工作電流過(guò)大。

4.2 故障二

現(xiàn)象：機(jī)器工作過(guò)程中，欠推動(dòng)故障頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞功放模塊，觀(guān)察頻率合成器的頻率顯示，有時(shí)會(huì)由正常的801KHz瞬間跳變到819KHz，用同步激勵(lì)器作激勵(lì)信號(hào)，故障消失。

故障原因分析：由于頻率合成器頻率不穩(wěn)，造成前置放大器輸出電平不足，因此出現(xiàn)欠推動(dòng)故障。若頻率偏移較大，時(shí)間稍長(zhǎng)，則會(huì)造成功放模塊損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞多塊功放模塊。

5 改進(jìn)推動(dòng)級(jí)電路幾點(diǎn)建議

改變L5與C3（三個(gè)電容并聯(lián)而成）的安裝連接方法，盡可能減少電感發(fā)出的熱量傳至其中一個(gè)電容，造成該電容損壞。原機(jī)器將電感一端直接接到一個(gè)電容上端，然后再分別用銅片連接到另兩個(gè)電容上，電感的熱量直接傳給中間那個(gè)電容上，造成該電容容易過(guò)熱損壞。我們?cè)谝徊繖C(jī)上做過(guò)試驗(yàn)，將電感接至其他端子，然后再分別用銅片接到三個(gè)電容的上端，這樣既增加了散熱效果，又減少電感發(fā)出的熱量直接傳至其中一個(gè)電容。

用電感的銅材純度要高，減少電感的發(fā)熱量。其中一部發(fā)射機(jī)推動(dòng)級(jí)電感發(fā)熱非常厲害，環(huán)境溫度為25℃時(shí)，技術(shù)人員用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)得L5最高溫度達(dá)到107℃，電容溫度接近70℃，我們分析是電感銅材雜質(zhì)多造成電感發(fā)熱嚴(yán)重。后來(lái)技術(shù)人員采用純度較高的銅帶自制，并改變L5與C3的安裝連接方法，電感的發(fā)熱量明顯減少，溫升在15℃以?xún)?nèi)。三個(gè)電容發(fā)熱均勻，溫升在10℃左右，屬正常現(xiàn)象（改變電感后要重新調(diào)諧，使推動(dòng)級(jí)工作電流和輸出電平達(dá)到正常值）。

在推動(dòng)級(jí)安裝工作電流和輸出電平指示器（表），時(shí)刻反映推動(dòng)級(jí)的工作狀態(tài)。使我們及時(shí)了解并處理故障隱患。

建議廠(chǎng)家在推動(dòng)級(jí)全部采用穩(wěn)壓電源供電，或在推動(dòng)編碼器中，增加推動(dòng)放大模塊工作自動(dòng)增減控制電路。即在外電波動(dòng)引起推動(dòng)電平變化時(shí)，能自動(dòng)增加或減少工作模塊，從而保證推動(dòng)電平的穩(wěn)定度。