李萍

(國家新聞出版廣電總局951臺,河北平山 050407)

鑒相器電路在TBH-522型短波發(fā)射機中的應(yīng)用

李萍

(國家新聞出版廣電總局951臺,河北平山 050407)

本文主要介紹了TBH-522型短波發(fā)射機高末級鑒相器電路的原理及其在自動調(diào)諧中的應(yīng)用和典型故障解析。

短波發(fā)射機 調(diào)諧 鑒相器 諧振 相位差

1 引言

大功率短波發(fā)射機是完成運載音頻信息的一種工具,它主要由音頻系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和調(diào)諧系統(tǒng)構(gòu)成。因為短波發(fā)射機工作在3.9-26.1MHz的載波頻率范圍內(nèi),在從一個載波頻率更換到另一個載波頻率工作時,高末級功率放大器的陽極回路要對于發(fā)射機所工作的載波頻率進行調(diào)諧。在老式短波發(fā)射機上,由于沒有自動調(diào)諧系統(tǒng),調(diào)諧工作完全由人工根據(jù)表值進行調(diào)整,經(jīng)常出現(xiàn)功率放大器工作在非正調(diào)諧狀態(tài)。而帶自動調(diào)諧系統(tǒng)的短波發(fā)射機則可以通過控制驅(qū)動電機系統(tǒng),經(jīng)過粗調(diào)諧、細(xì)調(diào)諧,最終使功率放大系統(tǒng)工作在正調(diào)諧狀態(tài)。例如在TBH-522型短波發(fā)射機中,調(diào)諧工作分為兩步:第一步對陽極回路中的可調(diào)元器件按照EEPROM中存儲的數(shù)據(jù)進行大范圍調(diào)整,亦即進行粗調(diào),此時陽極回路中的可調(diào)元器件并未達(dá)到正調(diào)諧位置,第二步由鑒相器電路將陽極回路中的可調(diào)元器件調(diào)整到正調(diào)諧位置,亦即細(xì)調(diào),此時陽極回路中的可調(diào)元器件達(dá)到正調(diào)諧位置,高末級功率放大器的陽極回路處于諧振狀態(tài),此時發(fā)射機的效率最高。

2 鑒相器電路的簡要工作原理

鑒相器電路是發(fā)射機自動調(diào)諧回路中的核心電路,它是使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關(guān)系的電路,通過輸出電壓控制電機對其功率放大器的可調(diào)元件進行調(diào)諧。在大功率短波發(fā)射機中的末級功放使用大功率電子管高頻調(diào)諧放大器,當(dāng)電子管陽極調(diào)諧回路工作于諧振狀態(tài)時,電子管陽極電壓與柵極電壓的相位相差180°,當(dāng)電子管陽極調(diào)諧回路處于失諧狀態(tài)時,其相位差則大于180°或小于180°。鑒相器電路就是對這種相位差進行鑒別,180°相位差時鑒相器輸出誤差電壓為0,否則輸出的誤差電壓為正電壓或負(fù)電壓信號。在相位差不十分大時(亦即粗調(diào)位置正常),輸出電壓的絕對值與相位差的絕對值成比例,恰好與伺服放大器相適應(yīng)。輸出電壓極性的改變控制電機改變轉(zhuǎn)動方向,輸出電壓幅值的改變控制電機改變轉(zhuǎn)動速度,鑒相器輸出誤差電壓為0時電機停止轉(zhuǎn)動,此時電子管陽極調(diào)諧回路處于諧振狀態(tài)。

圖1 高末級鑒相器電路圖

3 鑒相器電路在TBH-522型短波發(fā)射機自動調(diào)諧中的應(yīng)用

下面對TBH-522型短波發(fā)射機中末級功放電子管陽極調(diào)諧回路中鑒相器電路的元器件、原理和的作用分別進行介紹。

高末級鑒相器電路圖如圖1所示。

3.1 高末級鑒相器電路圖中的元器件介紹

T1:高頻電流互感器,T1的次級電流在C1上產(chǎn)生的電壓做為高末電子管柵極電壓ug1的取樣信號;C1:用于頻率補償?shù)碾娙?R1、R2:高頻無感電阻,R1=R2=22Ω;V1、V2:檢波二極管,型號為2AP30E;C2:被銀云母電容,用于高頻信號取樣,此電容幾乎沒有引線電感。L1:并聯(lián)在電容C2兩端用于給二極管V1、V2提供直流通路。C3、C4、C5、C6:組成π型濾波網(wǎng)絡(luò)的電容,用于濾除高頻信號。L2、L3:組成π型濾波網(wǎng)絡(luò)的電感,用于濾除高頻信號。R3、R4:直流輸出電阻。W:電位器,安裝在自動調(diào)諧伺服放大器套箱的檢測單元中,用于輸出平衡調(diào)整,當(dāng)發(fā)射機高末級處于調(diào)諧狀態(tài)時,通過調(diào)整電位器W,使輸出電壓為0。3C7:高末級鑒相器中高末電子管陽極電壓ua的取樣電容,容量為0.5pF。

3C3:50pF真空可調(diào)電容,它與調(diào)諧元件聯(lián)動,保證在工作頻率范圍內(nèi)高末柵極高頻取樣電流比較均勻。

3.2 鑒相器電路原理分析

圖2 電壓向量疊加示意圖

(1)鑒相器電路中的高末電子管陽極電壓U˙a的取樣信號是從電子管陽極上耦合出電壓信號,再經(jīng)過3C7和C2分壓所得,所以有:為常數(shù),因此U˙a與U˙c2同相。

(2)鑒相器電路中的高末電子管柵極電壓U˙g1的取樣信號就是電流互感器T1的次級電流在C1上產(chǎn)生的電壓。

假設(shè)電流互感器的互感系數(shù)為M,且僅存在于磁場耦合的情況下,設(shè)電流互感器T1的電感量為L,初級電流為I˙1,次級電流為I˙2,

則:電流互感器的感抗XL=jωL。

次級電流

式(1—1)中 jω M ·I˙ 1為互感電壓。

因為ωL＞＞R1+R2,因此R1+R2可忽略不計。

得出:I˙

因M/L為常數(shù),因此電流 I˙2 與 I˙1 同相。

由式(1—3)知 U˙R1 與 I˙2 同相,因為 I˙2 與 I˙1 同相,因此 U˙R1 與 I˙1同相。

電流互感器T1初級串接在電子管柵極,因此T1初級電流I˙1與柵極電流 I˙g1 同相,U˙R1 與 I˙g1 同相?？芍?U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°,也就有U˙g1 相位由滯后U˙R1 相位90°。

由上式知 U˙R2 與 I˙2 相位差為180°,又因 I˙2 與 I˙1 同相,因此 U˙R2與 I˙1 相位差也為180°;由 I˙1 與 I˙g1 同相可得,U˙R2 與 I˙g1 相位差也為180°。由U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°可得,U˙g1 相位超前U˙R2 相位90°。因此電子管陽極調(diào)諧回路諧振時,要達(dá)到電子管陽極調(diào)諧回路U˙g1與U˙a 相位相差180°,就可以通過鑒相器電路比較U˙c2 相位U˙R1超前相位90°或滯后U˙R2 相位90°來實現(xiàn)。

3.3 高末級鑒相器電路的作用

(2)當(dāng)U˙c2 相位超前U˙R1 相位小于90°并且滯后U˙R2 相位大于90°時,亦即U˙g1相位滯后U˙a相位小于180°時,鑒相器輸出誤差信號電壓大于0,此時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓大于0,驅(qū)動電機升,并且相位差越大時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓的絕對值也越大,電機轉(zhuǎn)動也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號電壓為0,驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動,電子管陽極調(diào)諧回路達(dá)到諧振狀態(tài)。當(dāng)前狀態(tài)如圖2-B所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較大,則U˙Rc1通過二極管整流后的正直流電壓絕對值相對較大,鑒相器輸出電壓為正電壓值。

(3)當(dāng)U˙c2 相位超前U˙R1 相位大于90°并且滯后U˙R2 相位小于90°時,亦即U˙g1相位滯后U˙a相位大于180°時,鑒相器輸出誤差信號電壓小于0,此時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓小于0,驅(qū)動電機降,并且相位差越大時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓的絕對值也越大,電機轉(zhuǎn)動也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號電壓為0,驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動,電子管陽極調(diào)諧回路達(dá)到諧振狀態(tài)。當(dāng)前狀態(tài)如圖2-C所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1 的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較小,則U˙Rc1通過二極管整流后的正直流電壓絕對值相對較小,鑒相器輸出電壓為負(fù)電壓值。

4 鑒相器電路常見故障及分析

根據(jù)我臺長期發(fā)射機維護經(jīng)驗,總結(jié)分析常見檢相器故障如下:

故障一:現(xiàn)象:自動調(diào)諧時找不到調(diào)諧點。分析:被調(diào)元件偏離預(yù)定的位置太遠(yuǎn),高末電子管柵極和屏極高頻電壓相位相差太大,超出了鑒相器“捕捉”范圍,鑒相器不能正常工作。

故障二:現(xiàn)象:調(diào)諧元器件只向一個方向轉(zhuǎn)動一直調(diào)到限位。分析:鑒相器內(nèi)燒壞一個檢波二極管或電阻。此種情況時,鑒相器的輸出誤差信號電壓,反映的將不再是兩個電壓的相位差的關(guān)系,而是其中的某一個輸入電壓的相位,為一固定值,因此導(dǎo)致電機帶動調(diào)諧元器件只向一個方向轉(zhuǎn)動,一直調(diào)到限位。

故障三:現(xiàn)象:鑒相器能夠找到調(diào)諧點,但發(fā)射機表值卻與正常表值相差很多。分析:從電子管陽極上耦合出的鑒相器電路中的高末電子管陽極電壓U˙a的連接銅皮被擰成了螺旋狀,呈現(xiàn)電感性,從而導(dǎo)致高末電子管陽極取樣電壓產(chǎn)生了相移,電子管陽極電壓與柵極電壓U˙a相位差的基礎(chǔ)上又疊加了一個附加相位。因此鑒相器輸出的誤差信號電壓中也存在一個附加電壓,鑒相器找到的調(diào)諧點不是真正的調(diào)諧點,使發(fā)射機表值與正常表值相差很多。

5 結(jié)語

短波廣播發(fā)射機的頻率倒換(即為換頻)是短波發(fā)射機的一項常態(tài)化工作,要求在3分鐘之內(nèi)完成換頻工作,高前高末陽極調(diào)諧回路達(dá)到調(diào)諧狀態(tài)就是倒換頻率工作中的重要一項操作,利用鑒相器電路實現(xiàn)電子管陽極回路的快速自動調(diào)諧,既縮短了倒換頻率的時間,又將人從頻繁的手動調(diào)諧操作中解放出來,因此對鑒相器原理的分析和故障總結(jié)是短波廣播發(fā)射機自動控制系統(tǒng)維護中的一項關(guān)鍵知識的技術(shù)積累。

[1]TBH-522型短波廣播發(fā)射機技術(shù)說明書 北京北廣數(shù)字廣播電視股份有限公司.