BGTB5141型100kW短波發(fā)射機(jī)高速駐波比保護(hù)板的原理分析

符世楠

國家廣播電視總局2023臺 海南省 臨高縣 571800

引 言

在無線電通信中，駐波比反映了天線與饋線或天線與發(fā)射機(jī)的阻抗匹配程度。在理想狀態(tài)下，駐波比值為1，即天線將發(fā)射機(jī)傳輸過來的高頻能量信號全部發(fā)送出去，無反射回來的能量信號。由于我們無法做到100%的阻抗匹配，總會有部分信號不可避免地被天線反射回來，而這部分反射回來的信號將會與入射信號進(jìn)行疊加，在發(fā)射機(jī)高末槽路、諧波濾波器及平衡轉(zhuǎn)換器等部位產(chǎn)生高壓，這可能會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)打火，嚴(yán)重時會損壞器件。由此可以看出，駐波比保護(hù)對于保障發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1 駐波比保護(hù)方式

在BGTB5141 型100kW 短 波發(fā)射機(jī)中駐波比保護(hù)主要有以下兩種保護(hù)方式：（1）機(jī)械保護(hù)使用的是反射功率表保護(hù)，即當(dāng)表值指示大于10kW 時保護(hù)啟動，它能夠起到毫秒級的保護(hù)。（2）發(fā)射機(jī)上安裝1A17 高速駐波比保護(hù)板作為電子保護(hù)，它能夠起到微秒級的保護(hù)。采取后一種保護(hù)方式是由于機(jī)械保護(hù)受反射功率表內(nèi)部繼電器動作速度的影響，對于雷擊、天饋系統(tǒng)打火等引起的瞬間反射功率過大并不敏感。

2 主要元器件

2.1 AD524

AD524 是一款由亞德諾半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的精密單芯片儀表放大器，具有高共模抑制、高線性度、低噪聲以及低失調(diào)電壓漂移等出色的特性組合，使得該器件能夠在苛刻的工作條件下提供高精度的數(shù)據(jù)采集，適合運(yùn)用于許多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。作為一款完整的放大器，AD524 對 于1、10、100 和1000 等固定增益并不需要任何外部器件。對于在1 與1000 之間的其它增益，該器件僅需要一個外部電阻即可對其進(jìn)行配置。

通過查閱官方提供的數(shù)據(jù)手冊可知，官方提供了兩種方式用于配置1、10、100 和1000等固定增益以外的增益。第一種方法是使用一個外部電阻連接在芯片的引腳3 和引腳16 之間，如圖1 所示。

這里需注意一點(diǎn)，若想獲得最好的結(jié)果，則Rg 必須是一個低溫度系數(shù)的精密電阻器。由于外部電阻與內(nèi)部薄膜電阻器之間的不匹配，使得它會對芯片的增益精度和增益漂移造成影響。增益精度由外部電阻Rg 的精度和內(nèi)部電阻的絕對精度（±20%）決定。增益漂移由外部電阻Rg 溫度系數(shù)和內(nèi)部電阻溫度系數(shù)（-50ppm/℃）的不匹配程度決定。該方法的增益（放大倍數(shù)）公式為：

其中G 為放大倍數(shù)，Rg 為外部電阻阻值。

第二種方法是將內(nèi)部電阻與外部電阻進(jìn)行并聯(lián)以實現(xiàn)對芯片增益的控制。該方法能夠?qū)⒃鲆嬲{(diào)節(jié)范圍最小化，并降低溫度靈敏度系數(shù)對芯片的影響。該方法有3 種連接方式：

第一種方式的電路連接如圖2 所示。

其增益計算公式為：

其中G 為放大倍數(shù)，Rg 為外部電阻阻值。

第二種方式的電路連接如圖3 所示。

婚，肯定是要結(jié)在易非的房子里的，可讓不讓主臥給他們呢？易非想到了李倩倩，她實在是不想讓她這個外人鳩占鵲巢，可她馬上就要成為向南的老婆了，他們要風(fēng)雨同舟共度一生，而且，她是他孩子的媽，就憑這一點(diǎn)，她也不能虧待她。讓一對新人，窩在小客房，自己占著主臥？這來往的賓客看見了，像什么樣呢？

其增益計算公式為：

圖1 AD524 電路

其中G 為放大倍數(shù)，Rg 為外部電阻阻值。

第三種方式的電路連接如圖4 所示。

其增益計算公式為：

其中G 為放大倍數(shù)，Rg 為外部電阻阻值。

圖2 連接方式1

圖3 連接方式2

圖4 連接方式3

2.2 LM393

LM393 芯片包含兩個獨(dú)立的、高精度的電壓比較器構(gòu)成，其被設(shè)計為可以在一個寬電壓的范圍內(nèi)工作，單電源供電電壓為2V～36V，雙電源供電電壓為±10V 至±18V。LM393芯片使用范圍廣泛，適用于脈沖發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、延時發(fā)生器、寬頻壓控振蕩器、多頻振蕩器、MOS時鐘計時器和高電平數(shù)字邏輯門電路。由于LM393為開漏輸出，使得它需要外接上拉電阻來輸出高電平邏輯。

3 電路原理

1A17 高速駐波比保護(hù)板按照功能劃分可以分成電源電路、信號調(diào)理電路、電壓比較電路、輸出電路等4 個部分。

3.1 電源電路

F1、F2 為保險絲，T1 為變壓器，U1 為整流橋（型號為DB104），7815CT 為+15VDC 穩(wěn)壓芯 片，7915CT 為-15VDC 穩(wěn) 壓 芯片，如圖5 所示。

1A17 板中的電源電路將輸入115V 交流電變?yōu)椤?5V 直流電需要經(jīng)過以下四個環(huán)節(jié)：（1） 變壓：115V 交 流 電 通 過TB1-1、TB1-2 接線端子輸入到1A17 板，經(jīng)過變壓器變壓，將115V 交流電壓轉(zhuǎn)換為17.5V 交流電壓。（2）整流：通過DB104 整流橋，將交流電變成脈動的直流電。（3） 濾波：通過電容C1、C3、C4 將交、直流混合量中的交流成分濾掉，使得脈動的整流電變?yōu)槠交闹绷麟姟＃?）穩(wěn)壓：1A17 板采用的兩顆線性穩(wěn)壓芯片（型號分別為：LM7815CT、LM7915CT）分別對正電壓和負(fù)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓芯片雖然電壓轉(zhuǎn)換效率不如開關(guān)電源芯片高，但其低輸出紋波使得輸出電壓穩(wěn)定可靠。穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后得到±15V電壓，為1A17 板的取樣信號調(diào)理電路、電壓比較電路、輸出電路提供直流電源，如圖6所示。

3.2 信號調(diào)理電路

發(fā)射機(jī)的反射功率通過發(fā)射機(jī)上的反射功率定向耦合器3A8A2 進(jìn)行取樣，并將取樣的信號通過屏蔽線接至1A17 的TB1-12。取樣的信號經(jīng)過R2、C8 進(jìn)行濾波后送至AD524 芯片進(jìn)行信號放大。通過對可變電阻R1的調(diào)整，可以改變AD524 芯片的放大倍數(shù)。如圖7 所示。

3.3 電壓比較電路

如圖8 所示，U3-1 的正相輸入端的電壓為U3-1 的參考電壓，電壓值可通過公式計算得到結(jié)果約為4.7V。

圖5 電源電路

經(jīng)過AD524 芯片放大后的取樣信號被送至U3-1 的反相端，通過U3-1 正相端的參考電壓進(jìn)行比較后輸出相應(yīng)狀態(tài)。反射功率正常時，U3-1 正相端的電壓大于反相端的電壓，由于LM393N 為集電極開路輸出，其輸出電壓由上拉電阻R7 的上拉電壓決定。從圖上可知，當(dāng)反射功率正常時，U3-1 輸出的電壓+15V。當(dāng)反射功率大于設(shè)定的閾值時（BGTB5141型100kW短波發(fā)射機(jī)設(shè)定為18kW），U3-1 正相端的電壓小于反相端的電壓，U3-1 輸出低電平，即0V。

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圖6 交流轉(zhuǎn)直流流程圖

.4 輸出電路

輸出電路由一個P 溝道的MOS 管（型號為IRFD9123）與一個N 溝道的MOS 管（型號為IRFD123）構(gòu)成。當(dāng)反射功率正常時，Vin 為15V，使得Q1 管截止，Q2 管導(dǎo)通，TB1-15 無輸出，TB1-16 輸出0V。當(dāng)反射功率大于設(shè)定的閾值時，Vin 為0V，使得Q1 管導(dǎo)通，Q2 管截止，TB1-15 輸出15V，TB1-16無輸出。MOS管雖然具有高輸入阻抗、低噪聲、低功耗、易于集成、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但由于其對靜電較為敏感，易被靜電擊穿，所以在使用1A17 板時應(yīng)做好靜電防護(hù)，避免因靜電損壞板上的MOS管，如圖9所示。

圖7 信號調(diào)理電路

圖8 電壓比較電路

圖9 輸出電路

4 故障處理

4.1 故障排查與處理步驟

4.1.1 電源電路檢查

檢查1A17 板上的兩個保險絲（即器件的絲印標(biāo)號為F1、F2）是否損壞（用萬用表的導(dǎo)通檔或電阻檔進(jìn)行測量），若損壞，更換即可。

接上115VAC，檢查變壓器的輸出是否正常。正常時變壓器的5、6 腳和7、8 腳之間應(yīng)該有17.5V 交流電壓。

檢查整流橋芯片DB104 是否正常。芯片正常時，4 腳的對地電壓為17.5VDC，3 腳的對地電壓為-17.5VDC。

分別檢查穩(wěn)壓芯片7815CT、 7915CT 是 否 正 常。7815CT 芯片正常時，其3 腳的對地電壓為15V 左右的直流電壓。7915CT 芯片正常時，其3 腳的對地電壓為-15V 左右的直流電壓。

4.1.2 信號調(diào)理電路檢查

在1A17 板的12、11 號接線端子之間分別輸入幾個幾mV 的電壓，并測量AD524 芯片9 腳的電壓輸出是否有變化。若無變化，則AD524 芯片可能損壞。

在1A17 板的12、11 號接線端子之間輸入一個幾mV 的電壓，調(diào)整可調(diào)電位器R1 的阻值，并測量AD524 芯片9 腳的電壓輸出是否有變化。若無變化，則可調(diào)電位器R1 可能損壞。

4.1.3 電壓比較電路檢查

在1A17 板的12、11 號接線端子之間無輸入電壓時，LM393芯片在正常情況下其1 腳應(yīng)有15V 直流電壓。

4.1.4 輸出電路檢查

在1A17 板的12、11 號接線端子之間無輸入電壓時，板子上型號為IRFD9123 的P 溝道MOS 管在正常情況下應(yīng)為截止?fàn)顟B(tài)，即板子的15 號端子無15VDC 輸出電壓；板子上型號為IRFD123 的N 溝道MOS 管在正常情況下應(yīng)為飽和狀態(tài)，即板子的16 號接線端子對地阻值大約為10 歐左右。

在1A17 板的12、11 號接線端子之間一個mV 級電壓并調(diào)整電壓大小使LM393 芯片的1 腳處的電壓約為0V，正常情況下，板子上型號為IRFD9123 的P 溝道MOS 管在正常情況下應(yīng)為飽和狀態(tài)，即板子的15 號端子有15VDC 輸出電壓；板子上型號為IRFD123 的N 溝道MOS 管在正常情況下應(yīng)為截止?fàn)顟B(tài)，即板子的16 號接線端子對地阻值約為無窮大。

5 改進(jìn)方法

由于1A17 板所使用的電源為115V 交流電，這給機(jī)房工作人員在設(shè)備維護(hù)上帶來了一定程度的不安全因素。對此，1A17 板在供電系統(tǒng)上可以進(jìn)行一些改進(jìn)。改進(jìn)方法為使用+12V 的直流電源進(jìn)行供電，然后通過DC-DC 開關(guān)電源模塊將+24VDC 轉(zhuǎn)換為±15VDC，轉(zhuǎn)換后的±15VDC 經(jīng)過濾波后供給板上各個模塊。

6 總 結(jié)

1A17 板使用的AD524 芯片雖然具有很高的共模抑制比，能夠很好的抑制輸入信號中的干擾成分，但當(dāng)有電磁干擾信號竄入LM393 的2 腳（輸入端）時，還是可能會使輸入LM393的信號電壓產(chǎn)生波動，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)誤動作，影響安全播出。對此，可以給1A17 板加裝具有良好接地的屏蔽殼，用于屏蔽外部的電磁干擾。1A17 板在供電系統(tǒng)改進(jìn)中使用DC-DC開關(guān)電源模塊進(jìn)行電源上的簡化，去掉了115VAC 供電電路，保證了設(shè)備維護(hù)人員的人身安全。