全固態(tài)PDM1kW中波發(fā)射機(jī)功放單元故障分析與處理

陳雅玲

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局錫林浩特廣播發(fā)射中心臺(tái) 內(nèi)蒙古 錫林浩特市026000

在全固態(tài)PDM1kW發(fā)射機(jī)的日常工作中，由于功放單元處于高電壓、大電流的工作狀態(tài)，加之功放單元處在發(fā)射機(jī)的末端，受天饋線參數(shù)變化的影響較大，因此功放單元發(fā)生故障的概率相對(duì)發(fā)射機(jī)的其它部分較高，同時(shí)也是日常維修的重點(diǎn)。因此，全面深入的了解造成功放單元告警的原因及邏輯，對(duì)提高現(xiàn)場判斷和應(yīng)急處理能力、確保發(fā)射機(jī)的安全運(yùn)行是有益的。

在對(duì)故障產(chǎn)生的原因具體分析之前，應(yīng)簡單了解功放單元的故障指示電路工作原理。圖1是功放盒中三個(gè)功放單元功放盒調(diào)制和功放告警指示電路其中一個(gè)工作示意圖。圖1可以看出，引發(fā)功放單元告警的故障有兩類，一是在功放單元無調(diào)制信號(hào)輸入，也就是在3腳檢測不到直流或直流+音頻調(diào)制信號(hào)引發(fā)的無調(diào)制故障告警，另一個(gè)則是功放部分故障告警。本文結(jié)合發(fā)射機(jī)功放單元的告警電路，對(duì)功放單元兩種類型故障告警產(chǎn)生的原因及處理方法做簡要闡述。

圖1功放盒功放與調(diào)制故障告警電路原理示意圖

1 調(diào)制告警

對(duì)于調(diào)制信號(hào)故障告警，先明確輸入到調(diào)制告警電路的調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)：在有音頻信號(hào)的情況下，從功放單元腳3輸出的信號(hào)是一個(gè)在負(fù)的直流電平上疊加音頻信號(hào)，其幅度是在0V～-72V之間變化的信號(hào)；在沒有音頻信號(hào)調(diào)制的情況下，其輸出是一個(gè)負(fù)的直流信號(hào)。具體電路的告警原理按發(fā)射機(jī)使用說明的相關(guān)分析引述如下：DS4（DS5、DS6）分別指示功放單元1（2、3）的調(diào)制故障。三個(gè)比較器是由（U1）四比較器LM339及周邊電路構(gòu)成的比較判別及告警輸出電路。當(dāng)調(diào)制信號(hào)正常時(shí)，U1的5（7、9）腳電位為-1V左右，U1的4（6、8）腳電位為-1.5V，U1的2（1、14）腳輸出為0V，DS4（DS5、DS6）不亮。當(dāng)三個(gè)功放單元其中一路出現(xiàn)調(diào)制故障，U1的5（7、9）腳電位不變，U1的4（6、8）腳電位為0V，U1的2（1、14）相對(duì)應(yīng)的輸出腳電位變?yōu)?12V，相應(yīng)的故障指示燈亮。為便于分析，將此告警界定為發(fā)射機(jī)可正常開機(jī)，但無功率輸出，功放單元出現(xiàn)調(diào)制告警指示。一般如果能正常開機(jī)，基本可以確定發(fā)射機(jī)的電源控制板、繼電器控制板、功放電路及其負(fù)載等是正常的，且基本可以確定故障是由其調(diào)制板及其調(diào)制信號(hào)通路的有關(guān)電路故障所引起，處理此類故障一般使用示波器在調(diào)制通路有關(guān)功能板的測試點(diǎn)上進(jìn)行檢測來確定故障點(diǎn)。

應(yīng)該說明的是：常見的故障點(diǎn)大致有兩個(gè)，一個(gè)是調(diào)制器板上有一個(gè)控制調(diào)制信號(hào)輸出的繼電器，當(dāng)該繼電器損壞或+15V工作電源沒有加上，再或調(diào)制信號(hào)的占空比大于55%時(shí)，設(shè)在該板的脈沖寬度檢測電路將通過該繼電器斷掉調(diào)制信號(hào)的輸出。此外，在測試時(shí)最好斷掉音頻信號(hào)，同時(shí)要仔細(xì)觀察測出信號(hào)的波形，看脈沖串是否存在尖沖等變形情況，要觀察占空比是否稍小于50%，因?yàn)楫?dāng)占空比大于50%后，有可能在高調(diào)幅時(shí)出現(xiàn)窄脈沖丟失和寬脈沖連片的情況，此時(shí)圖1的3腳輸出就不是正常的直流+音頻信號(hào)了，可能會(huì)引發(fā)調(diào)制告警。另一個(gè)是由于功放單元中的調(diào)制驅(qū)動(dòng)集成塊ICL7667的損壞而形成的告警，這種告警常常與功放告警同時(shí)出現(xiàn)，出現(xiàn)這種情況最好先處理功放告警的問題，功放告警問題解決后，如果調(diào)制仍在告警，此時(shí)再將ICL7667更換，一般情況下基本可以排除故障。

2 功放告警

功放單元的故障指示由圖1中的DS1（DS2、DS3）及對(duì)應(yīng)的電路構(gòu)成。功放故障判別是由圖2中的電流不平衡檢測電路完成。有兩種情況能使功放單元故障出現(xiàn)告警指示。一是功放單元小盒內(nèi)的溫度達(dá)到80℃時(shí)，熱敏開關(guān)2RT1的常開接點(diǎn)閉合，三極管2Q1導(dǎo)通并經(jīng)1R2接地，此時(shí)圖1中功放單元4腳所外接的+24V經(jīng)DS1，再經(jīng)圖2的穩(wěn)壓二極管2CR1、三極管2Q1及電阻1R2對(duì)地構(gòu)成回路，其產(chǎn)生的電流將功放故障指示LED二極管DS1點(diǎn)亮，這時(shí)在圖1的“功放故障”端電壓將變?yōu)?12V。

當(dāng)橋式功放單元的IRF140或雙向保護(hù)二極管PEK620C因某種原因損壞時(shí)，導(dǎo)致流過變壓器1T1的兩個(gè)初級(jí)線圈電流的大小出現(xiàn)差異，使次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)二極管1CR1整流后在電容1C3上建立一個(gè)高電平并觸發(fā)可控硅1Q1導(dǎo)通，其結(jié)果一是將調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)地短接，形成對(duì)調(diào)制信號(hào)輸入的封鎖。二是將前述的+24V對(duì)地形成回路，產(chǎn)生的電流將功放故障指示LED二極管DS1點(diǎn)亮。綜上所述，從電路工作邏輯來看，功放出現(xiàn)故障指示幾乎一定是因功放管IRF140或雙向保護(hù)二極管損壞所致。

功放單元故障告警可能產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的分析與處理辦法簡述如下：由于因溫度升高引起的告警，基本是因橋式功放工作時(shí)失常所致，所以將分析的重點(diǎn)放在對(duì)功放管IRF140損壞原因上。實(shí)際上此類發(fā)射機(jī)因IRF140損壞造成的故障概率占故障的絕大部分，是常見故障。為什么IRF140如此易損，比較一下功能相近的場效應(yīng)管的BVDS就大致可以了解。在VGS=0的測試條件下：IRF350的BVDSS為400V，IRF25的BVDSS為200V，IRF140的BVDSS為100V。顯而易見，較低的BVDSS加之處在發(fā)射機(jī)末級(jí)且以開關(guān)狀態(tài)工作是造成其易損的主要原因。換言之，造成IRF140損壞的主要因素就是其漏、源之間應(yīng)該是有外部電壓大于其擊穿電壓所致。

圖2功放單元功率故障判別與指示電路工作原理示意圖

依據(jù)實(shí)際維護(hù)經(jīng)驗(yàn)重點(diǎn)從兩個(gè)方面對(duì)此做簡單探討：

天饋系統(tǒng)的反射對(duì)功放元件的影響。理想天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗應(yīng)該與發(fā)射機(jī)的輸出阻抗是一致的，在實(shí)際工作中，受室外溫差等氣象因素、天線調(diào)配元件溫度系數(shù)及Q值等影響使兩者的阻抗不匹配成了常態(tài)。阻抗不匹配的結(jié)果就是在饋線的終端產(chǎn)生反射波。一般常用駐波比來衡量反射波的大小，駐波比越大，匹配越差，反射越大，被反射的電波在發(fā)射機(jī)輸出口產(chǎn)生的迭加電壓也越高。有資料顯示：在駐波狀態(tài)且當(dāng)調(diào)制度為100%時(shí)，50Ω饋線的端口電壓是其正常時(shí)的2倍。從這個(gè)意義上來說，保持天饋系統(tǒng)的穩(wěn)定應(yīng)該是發(fā)射臺(tái)始終堅(jiān)持的重點(diǎn)維護(hù)方向。如何提高天饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不外乎以下幾點(diǎn)，一是在天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免使用過多的元件及諧振回路，回路的Q值也不要過大。二是要講究安裝工藝，如饋線頭的安裝、各接觸點(diǎn)的接觸面、電感線圈的相互避讓等。三是至少按年度做好天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的反射情況的記錄和數(shù)據(jù)分析工作，盡量找出其受季節(jié)、天氣等影響形成的變化規(guī)律，并有針對(duì)性的加強(qiáng)維護(hù)工作。邊頻失配的現(xiàn)象也應(yīng)引起注意，該現(xiàn)象的表現(xiàn)是發(fā)射機(jī)工作時(shí)，其反射指示表針不停的擺動(dòng)，看似隨調(diào)幅度變化，事實(shí)上這是天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)對(duì)載波攜帶的音頻頻率選擇性反射的結(jié)果，即在載頻處，等效阻抗接近發(fā)射機(jī)輸出的純阻，而在±9kHz的邊頻處，通常就不是純阻，當(dāng)這樣的阻抗偏離較大時(shí)，其反射不僅會(huì)造成發(fā)射機(jī)常常自保，當(dāng)其反射值達(dá)到一定量時(shí)同樣會(huì)將功放元件擊穿造成故障。

高頻反饋對(duì)功放元件的影響。天線有互逆性，特別是中波發(fā)射天線由于其在中波頻段內(nèi)的頻率特性，其作為發(fā)射天線的同時(shí)，也是性能良好的接收天線，當(dāng)發(fā)射臺(tái)處在多塔、多頻工作或距離較近的大功率電臺(tái)也在工作時(shí)，天線就會(huì)接收來自本臺(tái)或鄰臺(tái)較高的高頻電壓，從天線感應(yīng)產(chǎn)生的高頻電壓將通過饋線逆向輸回發(fā)射機(jī)的輸出端口。事實(shí)上這個(gè)感生的高頻電壓對(duì)每部發(fā)射機(jī)來說都是存在的，只不過有強(qiáng)有弱。實(shí)踐中常常采用觀察疑受外部反射干擾的發(fā)射機(jī)反射表頭表現(xiàn)的方法來確定發(fā)射機(jī)是否存在外部干擾及其大小。具體做法是：將本臺(tái)發(fā)射機(jī)全部關(guān)機(jī)并將發(fā)射機(jī)相應(yīng)的表頭置于顯示反射功率檔，如果發(fā)射機(jī)有反射功率指示，則可確定存在鄰臺(tái)干擾，其干擾頻率應(yīng)與本臺(tái)發(fā)射機(jī)反射功率指示最大的頻率接近。臺(tái)內(nèi)發(fā)射機(jī)的相互干擾也是采用此方法來確定。高頻反饋的危害主要有兩個(gè)方面，一是反饋電壓送到功放電路并與本機(jī)的工作電源迭加，直接造成功放元件的損壞。二是過大的反饋也會(huì)使發(fā)射機(jī)的駐波保護(hù)電路頻繁動(dòng)作，發(fā)射機(jī)會(huì)出現(xiàn)自保關(guān)機(jī)的情況。因此，必須采取措施抑制從天線方向反送回來的高頻電壓，無論這個(gè)電壓是匹配不良所產(chǎn)生的反射，還是天線感應(yīng)的高頻電壓。此外，因雷擊造成的損壞占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>