蘇春花　陳慧媛

摘要： DAM中波廣播發(fā)射機是一種運用數(shù)字技術進行調(diào)幅的發(fā)射機，整機共用了52塊射頻放大器模塊。本文著重閘述射頻功率放大器的工作原理和實際電路分析，通過維修實例以及結合自己多年為該設備檢修和維護的經(jīng)驗，對這類發(fā)射機射頻放大器模塊運行中的常見故障進行了分析，期望為同行在維修時提供參考。

Abstract： DAM medium wave radio transmitter is a kind of transmitter by using digital technology for AM. The whole transmitter has 52 RF amplifier modules. This article focuses on the working principle of RF power amplifier and the actual circuit analysis， through examples and m years of experience for repair and maintenance of facilities， the common failures in the operation of this type of transmitter RF amplifier modules are analyzed to provide reference for counterparts during maintenance.

關鍵詞： 射頻功率放大器；工作原理；電路分析；故障；維護

Key words： RF power amplifier；work principle；circuit analysis；fault；maintenance

中圖分類號：TN722.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）23-0084-04

0 引言

進入二十世紀，中波調(diào)幅廣播步入了大功率，強覆蓋的發(fā)展軌道，全固態(tài)的數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機廣泛扎根各發(fā)射臺站，極大地提高了中波廣播的效能和品質(zhì)。某臺于2012年起購置了6部10kW DAM發(fā)射機和2部3kW PDM發(fā)射機，從發(fā)射機在我臺運行的情況來看，各項性能特別穩(wěn)定，故障率極低?，F(xiàn)以陜西762廠生產(chǎn)的 AM103S5-Ⅲ型10kW DAM中波廣播發(fā)射機為例，著重閘述射頻功率放大器的工作原理，電路分析以及維護和維修的要點。

1 工作原理

每一塊射頻放大器模塊都是由四個N溝道的型號為IRFP350的功率MOS場效應管組成橋式開關放大器，以丁類開關放大方式工作，它由兩個半橋組成：A半橋包括V1和V3，B半橋包括V2和V4。V1（V2）源極和V3（V4）漏極的連接點是半橋的輸出端。

1.1 基本工作原理

如圖1所示，每個半橋的射頻放大器模塊都有兩個功率MOS管，每一對功率MOS管循環(huán)交替導通或截止，就像開關一樣，輸入到模塊中兩個功率MOS管的射頻驅(qū)動信號相位相差1800，當上面一個功率MOS管導通（截止）時，下面一個功率MOS管截止（導通），這時輸出在地電位與供電電壓之間相互轉換。

1.2 全橋式功放

除預推動級模塊外其余射頻放大器全都工作在全橋方式。A、B部分的輸出與相對的變壓器初級線圈首末相連。如圖2所示，4個功率MOS管，在射頻信號的相位決定下只可能有2個MOS管同時通或斷。在射頻信號的上半周，V1和V4 OFF（截止），V2和V3 ON（導通），在射頻信號下半周，V1和V4 ON（導通）而V2和V3 OFF（截止）。這時通過開關把供電電壓由電容C8供給變壓器的初級線圈，每個推挽放大器產(chǎn)生一個方波輸出。由圖可知，在變壓器線圈L處接電容C8的原因是可防止MOS管短路時，電流直接流向地。C8用于隔直通交同時起選頻作用。

1.3 射頻功率放大器ON/OFF控制電路

發(fā)射機工作時，預推動級和推動級上的射頻放大器模塊總是在ON狀態(tài)，但功放級則不同，模塊在不同的輸出功率及幅度調(diào)制時有ON/OFF兩種工作狀態(tài)。

如圖3所示，模塊上的控制部分[4]V5、V6和V7使射頻功放V3及V4發(fā)生改變。來自調(diào)制編碼器的TTL“低”控制信號會使PNP三極管V5導通，NPN三極管V7截止。TTL“高”控制信號使V5截止，V7導通。

2 實際電路解析

射頻功率放大單元（功放模塊）在發(fā)射機射頻系統(tǒng)中用于射頻功率放大。在射頻系統(tǒng)的預推動級、推動級及功率放大級中都使用相同的功放模塊。正如某臺發(fā)射機房現(xiàn)有的6部10KW DAM中波廣播發(fā)射機，雖然來自于不同的3個生產(chǎn)廠家，但是每部整機都使用了完全相同的52塊射頻功率放大模塊，其中預推動級使用一塊功放模塊，推動級使用三塊功放模塊A41、A42、A43，功率放大級使用48塊功放模塊（42個大臺階和6個二進制小臺階）。任何功放模塊均可用在預推動級、推動級或功放級，模塊互換不會影響發(fā)射機正常工作。打開主機柜機箱正面的連鎖門，就可順著導軌方便地插裝和拔卸功放模塊。

2.1 供電電壓

來自高壓整流電源分配板的+230VDC從功放模塊的P1-23/24/25/26和P1-29/30/31/32送入，分別給模塊的A、B兩半橋供電，A部分左半橋L1為高頻扼流圈，C1、C3為電源旁路電容；B部分右半橋L2為高頻扼流圈，C2、C4為電源旁路電容.當模塊故障（通常是場效應管損壞）使得保險絲F1（或F2）熔斷時，模塊上與F1（或F2）并聯(lián)的發(fā)光二極管VDS1（或VDS2）顯示紅色以指示左（右）半橋故障，這可以透過發(fā)射機中間的功放內(nèi)門看出，其中R1為VDS1的限流電阻，R2為VDS2的限流電阻。

+60VDC供給了A40預推動級，+115VDC供給了推動級的三塊功放模塊A41、A42、A43，+230VDC供給了功率放大級的42個“大臺階”，供給6個“二進制臺階”的電壓中，其中+115VDC供給了前4個（B7～B10）“二進制臺階”、+30VDC 供給了后2個（B11、B12）“二進制臺階”，+30VDC供給了A16緩沖放大板。

2.2 射頻激勵輸入電路

射頻激勵輸入信號來自A15板，分別從功放模塊的P1-49/50和P1-53/54將兩路等幅同相的激勵信號送入輸入變壓器T1和T2的初級。與變壓器初級并聯(lián)的L3、R3、R5（或L4、R4、R6）用于展寬輸入電路的頻帶，使得在中波廣播的整個頻段內(nèi)發(fā)射機都能正常工作而無須改變元件的參數(shù)。射頻激勵信號經(jīng)輸入變壓器耦合后，在變壓器的次級得到兩個等幅反相的信號，并且A、B兩半橋輸入變壓器次級對應端的信號也是等幅反相的。

2.3 模塊開關控制電路

功率放大板的開/關控制信號是由調(diào)制編碼板（A36）產(chǎn)生。開/關信號對功率放大板的控制是作用在橋式放大器下側兩個MOS管V3、V4的驅(qū)動信號上。開/關控制信號為TTL電平。當?shù)碗娖叫盘栞斎霑r（-2～-5V）使V5和V6導通，而V7截止，驅(qū)動變壓器次級的驅(qū)動信號能順利饋送入V3、V4的柵板，所以功率放大板開通。當高電平信號輸入時（+4～+4.8V）使V5和V6截止，而V7導通，驅(qū)動信號通過VD7和VD8短路通地，V3、V4截止，功率放大板處于關閉狀態(tài)。由C5、VD7、V7和由C6、VD8、V7構成B半橋的射頻激勵信號的負載回路。

用于預推動級、推動級的控制信號由來自電源分配板（A39）提供的-8VDC經(jīng)穩(wěn)壓后給模塊一個固定控制電壓保持它們總在ON狀態(tài)。

2.4 功率放大及輸出電路

當來自A36板的控制信號為低電平時，功放橋開通，幅度為28～32VP-P的等幅反相的兩路正弦激勵信號分別加到功率MOS管V1、V3的柵極，背靠背齊納二極管VD1、VD3的作用是保護功率MOS管免受柵極過壓及瞬態(tài)電壓的沖擊。當激勵信號為等幅反相時，功率放大器工作于丁類開關放大狀態(tài)，半橋的上、下兩個功率MOS管輪流飽和導通和截止，上、下兩個功率MOS管源、漏極連接點的輸出電平輪流在供電電壓和地電位之間變化。

為了使功放模塊能正常工作，送至場效應管柵極的射頻激勵信號必須要有適當?shù)姆炔⒕S持穩(wěn)定，射頻激勵過高或過低都可能造成場效應管損壞。在射頻激勵過低時，由于場效應管的飽和壓降增大，使得功放輸出幅度降低，還會造成音頻失真增加。如果激勵低于場效應管的啟動壓降，場效應管就不能開啟，功放模塊就不能工作了。功放模塊的射頻激勵電平的穩(wěn)定，是通過推動電源調(diào)整板（A22）完成的。A22板為射頻推動級的三個功率放大模塊供電，其中給推動1、推動2的供電是固定的+115VDC，同時A22板還根據(jù)來自射頻激勵分配板（A15）的射頻激勵取樣信號及高壓電源+230V供電電壓的變化，來調(diào)整給射頻推動級推動3的供電電壓，使得射頻激勵信號及高壓電源+230V供電電壓變化時能夠通過推動3的供電電壓變化的反饋作用維持推動級射頻輸出穩(wěn)定。

3 維修實例

射頻功率放大器的故障是通過監(jiān)測顯示板（A32）面板上的“射頻放大包絡正?！彪p色發(fā)光二極管“亮紅燈”顯示。出現(xiàn)這種故障說明已調(diào)波的包絡與調(diào)制前的音頻信號相比產(chǎn)生了失真。這類故障的檢測是采取將已調(diào)波解調(diào)后獲得的音頻信號（包絡信號）與調(diào)制前的音頻信號相比較的辦法。包絡信號來自射頻輸出檢測板上的音頻檢波電路，將發(fā)射機輸出的調(diào)幅波信號取樣后經(jīng)解調(diào)獲得，用來比較的調(diào)制前的音頻信號則由A/D轉換板上的數(shù)字音頻信號經(jīng)D/A轉換還原獲得。正常時，“射頻放大包絡正常”呈綠色，故障時，“射頻放大包絡正?！背始t色。

①當顯示面板“射頻放大包絡正常”紅燈是閃爍狀態(tài)時，先按低功率開機鍵，看面板上的功率表指示是否正常。如面板上的功率表指示不正常則說明1#～6#功放模塊中有模塊發(fā)生故障或調(diào)制編碼板上相應電路故障；若按低功率鍵開機面板上的功率表指示正常，再按高功率鍵開機，看面板上的功率表指示是否正常。如不正常則說明6#～17#功放模塊中有模塊發(fā)生故障或調(diào)制編碼板上相應電路故障；若按高功率鍵開機面板上的功率表指示正常，應檢查18#～24#功放模塊是否故障或調(diào)制編碼板上相應電路是否失效。如有模塊發(fā)生故障可用替代法用編號較大的功放模塊代替故障功放模塊工作，待停機后再檢修，檢修時發(fā)現(xiàn)均是保險被燒壞。

②當顯示面板“射頻放大包絡正?！奔t燈是穩(wěn)定狀態(tài)時，將面板上的多用電壓表選擇開關打到“天線零位”位置，看“天線零位”是否偏高，如偏高可調(diào)節(jié)面板上的“負載”及“調(diào)諧”旋鈕，使“天線零位”指示最小。再觀察低、中、高功率等級開機時面板上功率表指示是否比正常值低，如比正常值低應相應檢查1#～17#功放模塊及調(diào)制編碼板上的相關電路。如低、中、高功率等級開機時面板上功率表指示正常，則問題出在監(jiān)測顯示板上的故障檢測電路，應檢查A32板上D25、D26、N73及相關元件是否失效或逆時針調(diào)節(jié)A32板上的電位器R65、R68到適當位置。

還有一種情況是從調(diào)制編碼板到功率合成母板上的開/關信號驅(qū)動電纜故障或插接件接觸不良也能引起“射頻放大包絡正?！绷良t燈。

4 維護的要點

在發(fā)射機工作時，通過觀察射頻功放板上的故障指示燈，可以發(fā)現(xiàn)是否模塊有問題。最常見的故障有以下三類：

4.1 在不同的位置，同一功放模塊重復損壞

可能原因有：

①場效應管的柵極與散熱銅片之間的絕緣橡皮有損傷。

②模塊板上存在虛焊、連焊現(xiàn)象。

③功放模塊中開/關電路引起的故障。

4.2 在同一位置，不同的功放模塊連續(xù)損壞

可能原因有：

①射頻推動信號的幅度或相位有問題。

②輸出變壓器引起的故障。應檢查輸出變壓器的磁環(huán)有無破裂以及有沒有打火痕跡。

③模塊插座接觸不良。應檢查簧片有無變形，插接處有無明顯的打火拉弧痕跡，減少模塊的拔下次數(shù)。

④控制信號不正確。應檢查調(diào)制編碼板（A36）的驅(qū)動電路。

4.3 在不同的位置，功放模塊連續(xù)損壞

可能原因有：

①風冷氣流不足。若風監(jiān)測電路或風機有問題，模塊就會過熱，造成模塊損壞。

②駐波比保護電路故障。如果是駐波比保護電路調(diào)整不當，就起不到保護作用，功放模塊就會在受到天線或帶通網(wǎng)絡的駐波沖擊時，會產(chǎn)生隨機功放模塊的損壞。

③調(diào)制B-電源設置不正確。調(diào)制B-電源是用來對模塊的開/關時間進行補償，如果設置不當也會產(chǎn)生功放模塊的隨機損壞。可通過調(diào)整電位器R38來調(diào)整B-電壓。

④A/D轉換器的采樣脈沖相位設置正確。

⑤過載保護電路調(diào)整不當。如果過載保護電路調(diào)整不當，可檢查A32板上的R23、R98以及R102，再通過比較廠家給的預置表，看看電壓是不是出現(xiàn)了問題。

⑥發(fā)射機的輸出網(wǎng)絡失諧。會使功放模塊的效率下降，功放模塊會應過熱而過早損壞。

5 結語

通過對功放模塊損壞所有可能原因的分析，就會在日常維修時做到心中有數(shù)，盡快分辨出屬于哪一類損壞情況，大大提高了處理故障的效率。同時也說明只有熟悉并掌握DAM中波廣播發(fā)射機的原理并不斷地在實踐中總結經(jīng)驗才能更快地發(fā)現(xiàn)設備問題和解決問題，這樣既滿足了發(fā)射臺“滿時間、滿調(diào)幅、滿功率”播出的基本要求，又確保發(fā)射機實現(xiàn)了廣電總局要求的“高質(zhì)量、不間斷、既經(jīng)濟、又安全”的工作。

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