劉亮

摘 要 本文簡要介紹了PSM短波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)制方式及工作原理，分析了PSM短波廣播發(fā)射機(jī)優(yōu)點(diǎn)。針SW-100FPSM廣播發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行了分析研討，提出了解決對策。

關(guān)鍵詞 短波 PSM 發(fā)射機(jī) 故障分析

中圖分類號：TN934.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

SW - 100 FPSM Typical Fault Analysis of Broadcast Transmitter

LIU Liang

（State General Administration of Press and Publication， Radio and Television QiLiuYiTai， Yongan， Fujian 366000）

Abstract This paper briefly introduces the PSM shortwave broadcast transmitter modulation mode and working principle， analyses the PSM shortwave radio transmitter. It analyzed and put forward countermeasure for the typical fault in the maintenance counter the SW-100FPSM shortwave broadcast transmitter.

Key words shortwave； PSM； transmitter； fault analysis

0 引言

短波發(fā)射機(jī)因?yàn)槠鋫鞑ゾ嚯x遠(yuǎn)，覆蓋面積大以及中短波調(diào)幅廣播的接收設(shè)備低廉等原因直到現(xiàn)在還經(jīng)久不衰而。而最早進(jìn)入實(shí)用化的是乙類屏級調(diào)幅發(fā)射機(jī)，其有著音質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但也存在由于發(fā)射機(jī)設(shè)備龐大，大功率應(yīng)用下整機(jī)效率不理想等缺點(diǎn)。所以乙類屏級調(diào)幅發(fā)射機(jī)逐漸被更新的PDM/PSM發(fā)射機(jī)，數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)所取代。實(shí)際上現(xiàn)今國內(nèi)主流大功率短波調(diào)幅發(fā)射機(jī)都已廣泛采用PSM制式發(fā)射機(jī)。在此，筆者介紹了PSM發(fā)射機(jī)調(diào)制方式和優(yōu)點(diǎn)，針對SW-100FPSM廣播發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的故障尤其雜音故障進(jìn)行了分析探討，提出了解決方法。

1 PSM發(fā)射機(jī)的的脈沖階梯調(diào)制方式

在實(shí)際應(yīng)用中大功率PSM（脈沖階梯調(diào)制）短波發(fā)射機(jī)早已經(jīng)將普通的短波乙類屏調(diào)機(jī)和PDM制式取代，PSM發(fā)射機(jī)的射頻系統(tǒng)與PDM發(fā)射機(jī)、乙類屏調(diào)機(jī)相同，其關(guān)鍵技術(shù)在于脈沖階梯調(diào)制系統(tǒng)。它將主整和調(diào)制器合二為一，主整電壓化整為零，由48個(gè)功率模塊串聯(lián)而成，每個(gè)功率模塊的輸出電壓分別受到絕緣門雙極晶體管（Insulated Gates Bipolar Transistor，即IGBT）組成的電子開關(guān)控制，而這些開關(guān)受控于數(shù)字化的的音頻信號和直流信號，即用音頻調(diào)制信號幅度來控制合斷功率模塊的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)調(diào)制，它的輸出經(jīng)過低通濾波器（即解調(diào)器）將脈沖階梯音頻調(diào)制信號平滑后加到射頻被調(diào)級電子管的屏極，從而使射頻被調(diào)級得到直流屏壓和高電平的音頻調(diào)制電壓，實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅。圖1是PSM調(diào)制器示意圖。

2 SW-100FPSM發(fā)射機(jī)常見故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

發(fā)射機(jī)出現(xiàn)高末簾柵流過流保護(hù)，掉高壓，同時(shí)出現(xiàn)高末柵流表有瞬間增大現(xiàn)象。

圖2 SW-100FPSM發(fā)射機(jī)高末電路圖

故障原因分析：如圖2是SW-100FPSM發(fā)射機(jī)高末電路圖。它的末級簾柵回路包括：高頻線圈、簾柵泄放電阻、音頻調(diào)制電感、電壓和電流取樣、個(gè)穿心電容C18和C19、電感L7以及放電球、簾柵薄膜電容等。引起高末簾柵流過荷故障的原因較多，應(yīng)根據(jù)電路特點(diǎn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。當(dāng)電流取樣電阻R2、R3阻值變大時(shí)也會(huì)引起高末簾柵流過荷。 為避免出現(xiàn)異常高電壓打到簾柵薄膜電容上，必須使簾柵放電球充分發(fā)揮作用，可根據(jù)季節(jié)的變化來調(diào)整放大球的距離。

故障處理：提高試驗(yàn)判斷為高末簾柵電容擊穿或高末簾柵電源回路中存在通地故障。排除方法可拆開末級機(jī)箱中簾柵電源的引線，將引線懸空，測量簾柵對地電阻，若阻值正常則為電源回路中某處發(fā)生通地，否則為高末簾柵電容擊穿，確定是高末簾柵極有通地現(xiàn)象，拆下電子管，更換簾柵薄膜電容。

2.2 故障現(xiàn)象

播音中發(fā)射機(jī)保護(hù)掉高壓。降功率重加高壓時(shí)，功率表指示無。M3和M4手動(dòng)調(diào)諧時(shí)，V2陽流表有變化，調(diào)M5時(shí)V2陽流表無變化，雙指針功率表無指示。用點(diǎn)溫計(jì)對C24進(jìn)行測溫，C24電容過熱。關(guān)機(jī)摸溫度發(fā)現(xiàn)C24電容有過熱現(xiàn)象。

故障原因分析：當(dāng)圖2中C24電容擊穿后，高末輸出回路處于失諧狀態(tài)，大電流通過C24到地，導(dǎo)致電容發(fā)熱，高末級無功率輸出。

故障處理：降功率用手動(dòng)調(diào)諧M3、M4、M5判斷擊穿電容位置，或用點(diǎn)溫計(jì)來測量電容溫度。確定故障電容后，按程序落高壓，拉開機(jī)保開關(guān)，拆除電容連接線，擰開電容固定鏍絲，拆出故障電容。新電容上機(jī)前須檢查外觀及行程，將伺服調(diào)至適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率，對照電容表將電容容量調(diào)至相應(yīng)位置。裝上新電容，且按上述相反步驟恢復(fù)。

圖3 階梯型輸出電壓

圖4 帶PDM補(bǔ)償脈沖的輸出電壓

2.3 故障現(xiàn)象

燈絲升到正常后，加偏壓，高末柵流反打；如果加高壓時(shí)高末簾柵過荷。播音中碰極現(xiàn)象是：掉高壓，高末簾柵過荷。檢查高末柵流反打，柵偏壓低。

故障原因分析：高末管正常工作時(shí)，高末級工作在丙類弱過壓狀態(tài)。柵極加有直流負(fù)偏壓，當(dāng)柵、陰碰極時(shí)，柵極和陰極同電位，于是形成很大的電流，因簾柵保護(hù)小，先于陽流出現(xiàn)過荷保護(hù)，電流方向與原正常方向相反，通過柵流表時(shí)就是反打。柵極通地時(shí)同樣如此。

故障處理：在處理中應(yīng)注意區(qū)分是電子管碰極還是偏壓回路通地，應(yīng)先斷開電子管的柵偏壓回路，加偏壓試，如故障現(xiàn)象依舊則是偏壓回路通地。如故障現(xiàn)象消失則是電子管柵陰碰極。

關(guān)機(jī)待風(fēng)水停后進(jìn)行換管。在處理中應(yīng)對管座進(jìn)行檢查，防止是管座問題引起故障。在換完電子管后應(yīng)對管座上各個(gè)極進(jìn)行測量，防止安裝過程中出現(xiàn)問題。處理方式為：電子管碰極，換管；管座短路，處理管座；柵極回路有通地點(diǎn)，找出通地點(diǎn)斷開。

2.4 故障現(xiàn)象

加燈絲V1燈絲正常燈不亮（紅燈）。高前電子管無燈絲電流。測燈絲兩端電壓正常。

故障原因分析：電子管燈絲電壓正常，燈絲斷絲或燈絲供電電路開路，都會(huì)造成無燈絲電流。電子管瓷殼不亮，高前燈絲變壓器次級是空載，沒有形成電流回路，內(nèi)外環(huán)間有燈絲電壓而無燈絲電流，燈絲電流不正常，使取樣板中的繼電器不吸合，所以燈絲正常燈不亮。比較常見的故障是燈絲取樣回路斷路。原因極有可能是檢修時(shí)不小心使燈絲取樣回路斷開或者線路被小動(dòng)物（如老鼠）等咬斷。

故障處理：關(guān)機(jī)換管。在處理中應(yīng)注意區(qū)分是高前管斷燈絲還是燈絲監(jiān)測回路故障。如是燈絲監(jiān)測回路故障可強(qiáng)制V1燈絲完成維持播音，待播音結(jié)束后在處理。

3 PSM發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)與雜音分析

PSM發(fā)射機(jī)的調(diào)制級實(shí)現(xiàn)了晶體管化，工作于丁類放大狀態(tài)，它使整機(jī)效率達(dá)到70%以上，明顯高于乙類屏調(diào)機(jī)（約50%）和脈寬調(diào)制機(jī)的60%。同時(shí)，由于PSM機(jī)的主整化為48個(gè)功率模塊串聯(lián)而成，主整濾波器上的儲能很少，即使在高壓負(fù)載出現(xiàn)放電打火短路時(shí)，其所存儲的能量通過故障點(diǎn)泄放，器件損壞的危險(xiǎn)性也大大降低。正因?yàn)镻SM發(fā)射機(jī)的儲能較小，所以沒有必要加很復(fù)雜的保護(hù)電路，線路變得簡單。PSM發(fā)射機(jī)同時(shí)省去了有壽命限制的調(diào)制級大型電子管，使整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提升。PSM的輸出電壓由48級PSM開關(guān)串聯(lián)組成，其中有6級PSM開關(guān)是在線備用，即使有幾級PSM開關(guān)損壞，既不會(huì)造成停播，也不會(huì)劣播。此外，因?yàn)镻SM的調(diào)制級工作在開關(guān)狀態(tài)，且有PDM補(bǔ)償信號，使得整機(jī)具有頻響好、失真小的特點(diǎn)。

當(dāng)有調(diào)制時(shí)，PSM調(diào)制器輸出電壓波形如圖3所示，形成一個(gè)以每個(gè)階梯為Us的階梯波電壓，它含有較大的階梯紋波分量，必須通過低通濾波器予以濾除。但當(dāng)發(fā)射機(jī)處于小信號的低調(diào)幅或低音頻調(diào)制時(shí)，其階梯紋波的頻率也很低，且都處在低通濾波器的通帶內(nèi)，難以濾除，從而導(dǎo)致明顯的量化失真。為了改善這種失真，將在每個(gè)階梯電壓上加上PDM的補(bǔ)償脈沖。經(jīng)PDM補(bǔ)償后的輸出電壓波形如圖4所示。其脈沖頻率和諧波分量由于被調(diào)制器輸出端的低通濾波器波除，所以將到失真很小的調(diào)制電壓。

根據(jù)上述分析在目前器件水平條件下，PSM調(diào)制方式將可能產(chǎn)生如下幾種乙類屏調(diào)沒有的特殊雜音。

4 SW-100FPSM發(fā)射機(jī)典型雜音故障分析

（1）分頻雜音：PSM發(fā)射機(jī)為了降低開關(guān)管的工作頻率、減少損耗，并使48級PSM開關(guān)的平均負(fù)載功率平衡，其開關(guān)模塊無論是在載波狀態(tài)，還是在有調(diào)制時(shí)，都按照PDM補(bǔ)償脈沖頻率（即開關(guān)頻率fc，通常選fc=70kHz）循環(huán)通斷。在48級PSM開關(guān)的輸出電壓完全平衡的情況下，載波輸出電壓中的殘波只有開關(guān)頻率及其諧波頻率信號，這樣將很容易被調(diào)制級輸出端的低通濾波器濾除。然而，實(shí)際上48級PSM開關(guān)模塊的輸出電壓也不會(huì)完全的相等。造成48級PSM開關(guān)模塊不平衡的原因主要有以下兩點(diǎn)：

（2）兩臺PSM移相變壓器共48個(gè)次級繞組，分別接到48個(gè)功率模塊板上，對每一個(gè)功率模塊來說，都是一個(gè)獨(dú)立的三相全波整流器。由于變壓器中次級繞組的位置不同，使得其漏感不同，邊緣繞組靠近中間繞組漏感要大，導(dǎo)致同一臺變壓器的不同次級繞組輸出電壓不同。同時(shí)，由于制造工藝等原因，兩臺變壓器相同位置繞組的輸出電壓也不可能完全相同。所以在開關(guān)頻率周期內(nèi)，循環(huán)通斷的21級PSM開關(guān)模塊在載波狀態(tài)時(shí)的合成電壓也互不相等。如果把這種含有脈動(dòng)的直流電壓輸出到射頻被調(diào)級，就將產(chǎn)生相應(yīng)寄生調(diào)制，從而產(chǎn)生雜音。其頻率為：fc/48=1.46kHz（fc為PDM補(bǔ)償脈沖頻率，一般取70kHz，48為總的PSM開關(guān)級數(shù)），即分頻雜音，這種雜音落入音頻范圍，是調(diào)制級輸出端解調(diào)器所不能濾除的雜音，也是其它調(diào)制制式發(fā)射機(jī)所沒有的雜音。這是PSM發(fā)射機(jī)雜音產(chǎn)生的主要原因。

（3）PSM開關(guān)所用元器件（如硅橋、IGBT管、電解電容）的電參數(shù)的離散性不同，也會(huì)引起每一級PSM開關(guān)電源輸出電壓的互不相等。

（4）對分頻雜音，目前我們主要的解決辦法有以下幾種：

①提高工藝的制作水平，使主整變壓器的繞制方法更合理，精確各繞組的漏感盡量一致，使其動(dòng)態(tài)電壓的一致性得到提升。

②對兩臺PSM變壓器，我們可以讓其次級繞組的輸出電壓一臺超前輸入電壓15。

③在已確定的兩臺PSM變壓器情況下，可通過合理排列光纜的順序來解決。其原則是在載波狀態(tài)下，將電壓輸出高的功率模塊與電壓輸出低的功率模塊交替排序，使得功率模塊疊加后輸出的主整電壓在單位時(shí)間內(nèi)的平均值盡可能保持穩(wěn)定，由于是兩臺移相變壓器交替工作，所以使變壓器I邊緣繞組、中間繞組分別與變壓器II的中間繞組、邊緣繞組交替排序。

排序后，原有雜音電平為乙級的PSM發(fā)射機(jī)，信噪比將得到改善（3～4dB），達(dá)到甲級水平（-58～-60dB）。原有雜音電平不能達(dá)到乙級的PSM發(fā)射機(jī)，可能得到更大幅度的改善。

④通過對元件的測試篩選來解決因元器件離散性造成的雜音。適當(dāng)?shù)剡x擇電容量大一些的濾波電容，也能克服其參數(shù)差別的影響。

5 結(jié)語

通過對SW-100FPSM發(fā)射機(jī)典型故障的分析研究，使我們深刻體會(huì)到，在平時(shí)的運(yùn)行維護(hù)工作中要勤于思考，善于總結(jié)，敢于大膽突破和技術(shù)改進(jìn)實(shí)踐，就能總結(jié)出實(shí)用、可靠，方便發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)方法，就能有效地保證安全播音任務(wù)的完成。

參考文獻(xiàn)

[1] 航天部二十三所通信工程部.100KW短波發(fā)射機(jī)技術(shù)說明書.

[2] 無線電臺管理局.廣播發(fā)送技術(shù).