楊忠鈺

摘 要 本文簡要介紹了鑒相器的工作原理，系統(tǒng)分析了鑒相器在短波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)諧控制中的運(yùn)用，并結(jié)合個(gè)人的工作實(shí)際，對(duì)鑒相器在發(fā)射機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的常見故障及處理方法進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞 鑒相器 短波廣播發(fā)射機(jī) 二極管 載波

中圖分類號(hào)：TN83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of Phase Detector in Shortwave Broadcast

Transmitter Tuning Control

YANG Zhongjue

(761 State of the Administration Radio, Yong'an, Fujian 366000)

Abstract This article briefly describes the working principle of the phase detector, the systematic analysis of the phase detector in the short wave radio transmitter tuning control, combined with the individual's actual work, common faults and deal with the phase detector in the transmitter running and the summary of methods.

Key words phase detector; short wave radio transmitter; diode; carrier wave

0 引言

對(duì)于短波廣播發(fā)射機(jī)的射頻放大器，現(xiàn)在還大多使用真空電子管作為放大器件，為了提高放大器的放大效率，電子管多工作于丙類過壓狀態(tài)，并使用電感、電容作為諧振元件將射頻信號(hào)分離出來，同時(shí)濾除載波以外的各次諧波分量，對(duì)于不同的載波頻率，相對(duì)應(yīng)的電感和電容的數(shù)值是不同的，為了達(dá)到自動(dòng)調(diào)諧的目的，可在射頻未極中使用鑒相器，拾取未極放大器的輸入和輸出射頻信號(hào)，對(duì)兩者的相位進(jìn)行比較，用比較所得的誤差信號(hào)去控制調(diào)諧元件的驅(qū)動(dòng)電路，傳動(dòng)調(diào)諧元件，使電感、電容置于諧振頻率點(diǎn)，起到發(fā)射機(jī)自動(dòng)調(diào)諧的目的。

圖1 鑒相器方框圖圖2 二極管平衡鑒相器

1 鑒相器的工作原理

鑒相器是一個(gè)相位比較裝置，又稱為相位比較器，如圖1所示，它的輸出誤差電壓是與的瞬時(shí)相位之差的函數(shù)，表示鑒相器輸出電壓與兩個(gè)比較信號(hào)相位之間的關(guān)系。

2 鑒相器的常見電路型式

2.1 二極管平衡鑒相器

圖2為二極管平衡鑒相器，其輸出電壓表示為： =，為鑒相特性斜率或稱鑒相靈敏度；的極性代表超前或滯后（同頻時(shí)）；當(dāng) = 0，△= 為與的起始頻差；當(dāng)≠0，≠，vd為與差拍電壓，為交流電壓，則意味環(huán)路失鎖；當(dāng)→∞,=，為直流電壓，則意味環(huán)路鎖定。

2.2 二極管環(huán)型鑒相器

圖3電路與平衡鑒相器比較優(yōu)點(diǎn)有：鑒相靈敏度高一倍，實(shí)現(xiàn)輸出平衡和阻抗匹配，平衡對(duì)稱結(jié)構(gòu)好，載漏小。

3 短波廣播發(fā)射機(jī)的調(diào)諧原理

短波發(fā)射機(jī)調(diào)諧原理：當(dāng)發(fā)射機(jī)電子管陽極回路正調(diào)諧時(shí)，電子管柵極的高頻電壓Ug與陽極高頻電壓Ua互為反相位，即相位相差180埃歡陽極電壓Ua的相位是隨著陽極回路諧振情況和阻抗的變化而變化的，其與柵級(jí)電壓Ug相位相比，可能是大于180埃也可能是小?80埃要想使其相位保持?80埃這就需要對(duì)陽極回路的被調(diào)諧元件的量值進(jìn)行調(diào)整，這一調(diào)整的過程就是調(diào)諧。為了實(shí)現(xiàn)上述過程，在電路中使用了鑒相器作為調(diào)諧的自動(dòng)控制器件?

圖3 二極管環(huán)型鑒相器圖4 細(xì)調(diào)諧簡單工作原理

電路中利用磁場(chǎng)耦合的原理，通過電流互感器得到陽極電壓Ua的取樣，利用電阻分壓的方法得到柵級(jí)電壓Ug的取樣，然后再將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相位比較和矢量疊加。

圖4為鑒相器功能原理圖。圖中，Ua和Ub是兩個(gè)需要進(jìn)行相位鑒別的高頻信號(hào)源，二極管V1、V2是檢波二極管，且兩個(gè)二極管的安裝方向是相反的，C1、C2為濾波電容。

Ua、Ub兩個(gè)信號(hào)源是兩個(gè)具有方向的矢量信號(hào)，兩個(gè)矢量疊加后的電壓分別加到二極管V1和V2上，由于兩個(gè)二極管是互為反向安裝的，因此經(jīng)過檢波后，可得到極性互為相反的兩個(gè)直流信號(hào)Uv1、Uv2，設(shè)二極管V1、V2的檢波效率為 ，則檢波后的直流輸出電壓E1、E2分別為：

E1= Uv1 =|Ua+Ub|E2 =Uv2 =|UbUa|

圖中，二極管檢波器輸出電壓E1、E2和電阻R1、R2組成直流電橋，當(dāng)調(diào)諧完成時(shí)，且Ua、Ub相位相差90埃ㄓ捎謔褂昧說綹腥⊙，電感中的電壓超前電?0埃所以此時(shí)，柵級(jí)電壓Ug與陽極電壓Ua的相位相差仍為180埃）時(shí)，則直流電橋處于平衡狀態(tài)，此時(shí)E1/E2 = R1/R2，誤差信號(hào)Us輸出為零；如果沒有調(diào)整完成，且相位不是90笆保則電橋?qū)?huì)有誤差信號(hào)Us輸出，該誤差信號(hào)可能是正極性的，也可能是負(fù)極性的。正、負(fù)極性的誤差信號(hào)經(jīng)放大后，作為被調(diào)諧元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直至被調(diào)諧的元件傳動(dòng)到電路諧振位置時(shí)，誤差信號(hào)Us變?yōu)榱?，調(diào)諧過程停止。

4 鑒相器在發(fā)射機(jī)中的運(yùn)用分析

廣播發(fā)射機(jī)中的鑒相器原理圖如圖5所示，電子管V1柵極電壓Ug是由Rg、Cg、R3組成的阻容分壓支路獲得的，分壓后在電阻R3上得到柵極電壓Ug的取樣信號(hào)U2，即：

U2= （R3Ug）/[Rgj1/（ C2）+R3]

圖5 高前鑒相器工作原理

在短波工作頻率3.2-26.1MHz范圍內(nèi)，1/（ C2）＜＜R3、Rg，因而1/（ C2）可忽略不計(jì)，則上式可簡化為：U2=（R3Ug）/（Rg+ R3），上式表明：U2與Ug的相位相同。

電子管V1陽極電壓Ua的取樣信號(hào)是通過電流互感器L1從陽極回路的電流Ia耦合來的，則Ia在相位上與電子管V1陽極電壓Ua相位相差90啊?

圖中，設(shè)電流互感器初級(jí)電流為Ia，電流互感器次級(jí)電流為IL，電阻R1=R2，則有：

IL = （j MIa）/[R1+R2+j L1] (M—電流互感器初次級(jí)間互感、L1—電流互感器次級(jí)電感量)。

在短波工作頻率3.2-26.1MHz范圍內(nèi)， L1＞＞2R1，因而分母中2R1可忽略不計(jì)，則上式可簡化為：

IL = （j MIa）/（j ） = MIa/L1

上式表明：電流IL與Ia是同相的，因此IL與Ua相位相差90啊?

在電阻R1、R2得到的電壓UR1、UR2分別為：

UR1 = R1IL=MIaR1/L1

UR2 = -R2IL= -MIaR1/L1

由上面分析可推理得出如下結(jié)論：在電阻R1、R2的電壓UR1、UR2與Ua相位都是相差90埃輝詰繾鑂3上的電壓U2與Ug相位是相同的；在陽極回路正調(diào)諧時(shí)，電阻R1、R2上的電壓UR1、UR2與電阻R3上的電壓U2在相位上是相差90暗模ā〗牽，Ua與Ug相位相差180埃ā〗牽，如?所示；如果不是正諧點(diǎn)，則它們之間的相位將發(fā)生變化，因此只要鑒別電壓UR1、UR2與U2之間的相位變化，就可以很容易判別調(diào)諧是否完成。

圖中表示了電壓UR1、UR2、Ua、U2、Ug之間三種調(diào)諧關(guān)系和矢量合成的圖形，由圖中可知：當(dāng) ＜90笆?，|UD1|＞|UD2| ，Us＞0，回路呈感性失諧；當(dāng)= 90笆?，|UD1|=|UD2| ，Us=0 ，回路諧振；當(dāng) ＞90笆?，|UD1|＜|UD2| ，Us＜0，回路呈容性失諧。

圖6 三種調(diào)諧相位矢量圖

如果回路不是正諧點(diǎn)，經(jīng)過矢量合成、二極管檢波、直流電橋判別后，將產(chǎn)生誤差信號(hào)Us，驅(qū)動(dòng)調(diào)諧驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)可變電感、電容，使誤差電壓減小直至為零，實(shí)現(xiàn)回路的正調(diào)諧。

實(shí)際的發(fā)射機(jī)電路中其誤差信號(hào)的取樣值設(shè)計(jì)在|Us|≤40mV時(shí)，認(rèn)定回路到正調(diào)諧點(diǎn)。當(dāng)Us＜-40mV時(shí)，回路呈現(xiàn)容性失諧，在槽路中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)電感向電感量增大的方向移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)可變電容向外（電容增?。┑姆较蛞苿?dòng)。當(dāng)Us＞40mV時(shí)，回路呈現(xiàn)感性失諧，在槽路中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)電感向電感量增小的方向移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)可變電容向內(nèi)（電容增大）的方向移動(dòng)。

該鑒相器電路輸出的直流誤差信號(hào)Us與相位夾角 的變化如圖7所示。

圖7 誤差信號(hào)Us與相位夾角 之間的關(guān)系

圖7表明：電子管柵級(jí)電壓Ug和陽極電壓Ua之間的相位變化，可轉(zhuǎn)化成一個(gè)直流誤差信號(hào)Us，其幅度表示相位的大小，其極性表示相位差 是超前還是滯后。

5 運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

在實(shí)際工作中，利用發(fā)射機(jī)使用鑒相器進(jìn)行調(diào)諧的工作原理，可排查解決發(fā)射機(jī)無法自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)諧不到位等故障。以下參照SW100B短波發(fā)射機(jī)為例進(jìn)行故障分析。

實(shí)例一，故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)開機(jī)發(fā)出調(diào)諧工作指令后,發(fā)射機(jī)無法自動(dòng)調(diào)諧，高末級(jí)無柵流，高前電感線圈調(diào)諧驅(qū)動(dòng)裝置指示燈點(diǎn)亮，高末級(jí)調(diào)諧、調(diào)配誤差指示表均沒有指示信號(hào)，寬放電流升至3A，高前調(diào)諧驅(qū)動(dòng)誤差指示表頭打滿。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)高前電感線圈已處在與水平夾角最小位置上限位，處于電感最大的位置，立即倒換為手動(dòng)調(diào)諧，將高前電感線圈向與水平夾角增大的方向調(diào)整（減小電感），除高前調(diào)諧驅(qū)動(dòng)誤差指示表頭外，整機(jī)各表值工作正常，判定為感性失諧。

分析判斷：根據(jù)上述現(xiàn)象分析，發(fā)射機(jī)手動(dòng)調(diào)諧正常，說明故障位于自動(dòng)控制回路，又高前電感線圈無法向與水平夾角增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且誤差信號(hào)處于數(shù)值最負(fù)的狀態(tài)，則說明在電路中已經(jīng)失去了正檢波信號(hào)UD1，由此判斷故障出在正檢波電路（參見圖5）。

故障處理：拆開高前鑒相器，測(cè)得濾波電容C2已經(jīng)擊穿，由于C2通地，使得D1檢波出來的信號(hào)，直接接地，只有D2一條支路輸出，因此使得誤差信號(hào)為負(fù)值，更換濾波電容C2后，高前的自動(dòng)調(diào)諧功能正常。

實(shí)例二，故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)開機(jī)發(fā)出調(diào)諧工作指令后，發(fā)射機(jī)可以調(diào)諧，但是無法調(diào)整到位，功率不足，音周無法釋放，高末調(diào)諧驅(qū)動(dòng)裝置誤差指示表頭滿打，高末電容一直向下限位傳動(dòng)，高末陽極過流，發(fā)射機(jī)故障保護(hù)掉高壓。重加高壓后，倒用手動(dòng)調(diào)諧，調(diào)大高末電容量至正諧點(diǎn)后，此時(shí)除高末調(diào)諧驅(qū)動(dòng)裝置誤差指示表仍滿打外整機(jī)各表值正常，判定為容性失諧。

分析判斷：根據(jù)上述現(xiàn)象分析，發(fā)射機(jī)手動(dòng)調(diào)諧正常，說明故障位于自動(dòng)控制回路，又高末電容一直向下限位轉(zhuǎn)動(dòng)不止，且誤差信號(hào)表頭滿偏，則說明在電路中已經(jīng)失去了負(fù)檢波信號(hào)，由此判斷故障出在負(fù)檢波電路。

故障處理：拆開鑒相器，測(cè)得負(fù)檢波二極管已開路，造成該支路無信號(hào)輸出，更換檢波二極管后，故障排除。

6 結(jié)束語

在實(shí)際工作中，鑒相器損壞的故障是時(shí)有發(fā)生的，但只要掌握鑒相器在調(diào)諧控制中的工作原理，就可迅速排查類似的故障，希望通過本文的分析能給讀者在判斷、處理此類故障提供一點(diǎn)參考。

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