張健平

數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機的工作原理及故障分析處理

張健平

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺）

介紹數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機的基本原理。針對福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺使用的GZ-GS10k-Π型機器中的兩起典型故障進行分析處理給予介紹，以供同行交流參考。

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機；風機；故障維修

1　數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機原理

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機有射頻功率，音頻處理，控制和供電四大系統(tǒng)。射頻功率系統(tǒng)（簡稱RF系統(tǒng)）采用頻率穩(wěn)定度高達5×10-7的溫補晶體振蕩器作為鎖相環(huán)的基準信號源，其標準頻率為9216kHz。振蕩頻率經(jīng)多次分頻后轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)射機的工作頻率。該機由許多工作于開關(guān)狀態(tài)的高效率射頻功率放大單元（模塊）組成，模塊受數(shù)字音頻編碼信號的控制而開通或關(guān)斷，開通的模塊進行電壓串聯(lián)疊加，產(chǎn)生出包絡(luò)有量化臺階的調(diào)幅波，再經(jīng)帶通濾波器的頻譜過濾而得到平滑的射頻已調(diào)波信號。其系統(tǒng)組成見圖1。

該機射頻功率放大器采用丁類放大電路，其電路組成為：V1～V4為4個MOS場效管（IRF250），VD1～VD4為齊納二極管，T1和T2激勵變壓器，各管輸入信號由T1和T2的次級供給，XT1為射頻輸出接口。場效管的激勵信號V1、V4同相，V2、V3同相，V1、V4與V2、V3互為反相，。V1～V4構(gòu)成電橋，而電橋的4個頂點是：直流供電電源+B （+230V），地端與輸出變壓器的初級兩端（模塊板的輸出接口）。在射頻激勵信號的正半周時，V1、V4導(dǎo)通，而V2、V3截止；反之，在射頻激勵信號的負半周時，V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止。因此，在射頻輸出端形成峰峰值為+2B的方波電壓，方波的頻率是發(fā)射機載波頻率，方波電壓通過射頻變壓器耦合輸出到功率合成器工作。4個齊納二極管的作用是用于當電路發(fā)生瞬變或過激勵時保護場效應(yīng)管。電路中的V1和V2完全靠激勵信號控制其導(dǎo)通與截止，而V3和V4的通斷除與激勵信號有關(guān)外，還取決于編碼控制信號，若關(guān)斷射頻激勵也就關(guān)斷RF功率放大器。

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機的音頻系統(tǒng)組成見圖2。在音頻處理器中，音頻（AF）調(diào)制信號與一直流電壓（DC）相疊加；同時，為了使調(diào)制信號有更高的分辯力，疊加信號中還加了一個低電平超音頻的三角波，超音頻頻率成分到輸出網(wǎng)絡(luò)時被帶通濾波器大大衰減。由此，音頻處理后輸出的疊加信號有3種成分：AF、DC、低電平超音頻三角波。其中音頻信號決定調(diào)制電平（高頻已調(diào)波的邊帶功率），直流電壓的大小決定載波功率。疊加信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換板進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

圖1　射頻系組成

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬輸入板送來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)?2比特的數(shù)字信號序列。為了減少RF功率場效管導(dǎo)通損耗以及切斷與開通轉(zhuǎn)換期間的管子損耗，場效管的通斷是在射頻激勵信號過零點時刻進行，即要求數(shù)字控制信號必須在該時刻出現(xiàn)，這就靠時鐘信號準確對A/D轉(zhuǎn)換電路和鎖存器進行嚴格的時間控制而保持同步。其A/D轉(zhuǎn)換過程見圖3。圖中：ADC取樣保持電路對輸入模擬電壓進行取樣保持，在時鐘信號（CPs）的控制下，每完成一次A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出被選通或鎖存一次，直到下次時鐘信號到來再進行轉(zhuǎn)換。ADC的量化編碼電路是對u11（t）信號進行3位二進制編碼，輸出數(shù)字量12比特（d0…dm-1）位。12比特的數(shù)字流前6位（大臺階）數(shù)據(jù)送入6個只讀存儲器（ROM），經(jīng)過編碼后變?yōu)?2個等壓量RF功率放大器的開/關(guān)控制信號；12比特中的低位7-12（小臺階）數(shù)據(jù)不通過編碼而直接控制相應(yīng)的6個二進制加權(quán)放大器的通斷。開通的大臺階與二進制小臺階輸出電壓相疊加后，產(chǎn)生確定的射頻電壓輸出。

圖4　取樣-保持電路

圖5　取樣-保持電路波形

圖4為取樣保持電路，在電路中要求A1具有很高的輸入阻抗，以減少對輸入信號源的影響。為使保持階段電容C上所存電荷不易泄放，A2也應(yīng)具有較高輸入阻抗，A2還具有低的輸出阻抗，這樣可以提高電路的帶負載能力；同時，要求電路中Av1·Av2=1。由圖4可知：在t=t0時，開關(guān)S閉合，電容通過電阻被迅速充電，由于Av1·Av2=1，因此V0=V1；在t=t1時刻S斷開。若A2的輸入阻抗為無窮大，S為理想開關(guān)，這樣電容C沒有放電回路，其兩端電壓保持為V0不變。圖5為取樣-保持電路波形，圖中t1到t2的平坦線，就是該電路的保持階段。

功率合成是通過高頻變壓器的電壓合成實現(xiàn)的。各功放模塊的輸出送到各自的RF輸出變壓器的初級線圈，然后通過一根銅管（相當于變壓器的次級）穿過各輸出變壓器的磁芯實現(xiàn)耦合。

圖3　模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程

發(fā)射機的輸出網(wǎng)絡(luò)由二階帶通網(wǎng)絡(luò)與T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，帶通網(wǎng)絡(luò)為二階的最大平坦度濾波器，它的作用是濾波和阻抗匹配。濾除音頻通帶外的不需要頻譜成份，將有量化臺階的射頻功率調(diào)幅信號光滑處理成典型的調(diào)幅信號，完成發(fā)射機射頻功率的數(shù)模轉(zhuǎn)換。

數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器：受數(shù)字信號控制導(dǎo)通或關(guān)斷，工作于開關(guān)狀態(tài)的RF放大器，可以認為是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

2　故障分析處理

2.1故障1

故障現(xiàn)象：981KHZ音頻信號噪聲大，無法正常收聽。

分析處理：對于噪聲大的原因首先應(yīng)判別是外部干擾呢還是本機內(nèi)部干擾，簡單的方法是調(diào)整監(jiān)聽天線方向，看卡噪聲能不能減小，如果沒有變化，那么就是機器原因了。產(chǎn)生噪聲的原因一般有：直流穩(wěn)壓器，主電源濾波整流電路。檢查直流穩(wěn)壓板（ILA/ HG2.932.001DL），適當調(diào)整調(diào)制B-電源，通過細心調(diào)整R38/R39（直流穩(wěn)壓板）和R78/R7（模數(shù)轉(zhuǎn)換板）的阻值，將控制功放模塊開/關(guān)時所產(chǎn)生的噪聲調(diào)到最小；再檢查直流穩(wěn)壓板接地布線是否有損以防泄漏電流和射頻雜音干擾。調(diào)整后如果還能監(jiān)聽到“咝咝”的靜噪聲，且隨著溫度的升高“咝咝”聲變大；用萬用表（R×1K檔）檢查主電源的（+230V）電壓的濾波電容時，發(fā)現(xiàn)幾只鋁殼電解電容（76000uF/50V）的漏電阻都小些；通過漏電流：I=KCU×10-4+m（mA），計算漏電流誤差偏大。更換濾波電容器后，噪聲消失，監(jiān)聽信號恢復(fù)正常。

2.2故障2

故障現(xiàn)象：882kHz工作時忽然丟高壓，LCD液晶指示屏風機“Er”。

分析處理：風機故障屬于一類故障，所以在故障檢查前，先按一下LCD液晶指示屏“復(fù)位”鍵，看風機標識能否清除，如果故障仍然存在，則故障狀態(tài)標識再次彈出。產(chǎn)生風機的故障原因：通風互鎖（風接點）傳感器問題；空氣過濾器阻塞，通風不暢；風機故障。首先檢查過濾網(wǎng)和風接點，如果這些都正常，那就是風機問題。該機使用軸流式風機，對風機的檢查步驟。第一，靜電檢查。先斷開發(fā)射機三相電空氣開關(guān)K6，斷開保險絲（F7F8F9），在風機的輸入端用萬用表測量風機三相線包阻值，查看是否有斷路、短路等現(xiàn)象。第二，通電檢查。風機通電旋轉(zhuǎn)后有“咔咔”的響聲，認為是風機軸承不良的原因，拆卸檢查果然是軸承滾動鋼珠磨損導(dǎo)致風力減小，產(chǎn)生風節(jié)點釋放斷開+8 V電壓，產(chǎn)生發(fā)射機丟高壓。更換新的軸承后風機恢復(fù)正常。分析電路見圖6。T1為主整變壓器，B1為軸流風機，K1、K2為交流接觸器，R31、R32、R33為限流電阻，A38為控制板，A30為直流穩(wěn)壓電源，A39為電源配置板。由于風機軸承滾珠損壞風量減小引發(fā)風節(jié)點（C-S7）的釋放，導(dǎo)致控制板A38-X8-10端從高電平“1”翻轉(zhuǎn)為低電平“0”，控制板便產(chǎn)生了一個脈沖信號；由此：控制電路接受一個“關(guān)機-L”信號，引發(fā)一個“關(guān)閉K2-L”信號。這個“關(guān)閉K2-L”信號將A38-V7截止，這時通過光電隔離器A30（N2N4）觸發(fā)雙向可控硅V3V6截止，斷開K1、K2的激勵電壓（24VAC）而釋放。K1、K2被斷激勵，從而就斷開功放PA的供電電源（+230VDC，+115VDC），并且封鎖功率放大級的所有功放模塊。同時，K2的主觸點釋放，它的附屬接點打開，控制板A38-X8-2的“K2合上-H”從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，這將斷掉K2的檢鎖信號；輸入給控制板A38-V8/V7的“K1驅(qū)動-H”和“K2驅(qū)動-H”變?yōu)榈碗娖?，K1/K2斷開，T1斷電；直到風機故障完成排除，才能解鎖功放模塊，K1/K2吸合，T1通電，使發(fā)射機正常工作。

圖6　主電源驅(qū)動電路

3　結(jié)語

通過上述兩例典型故障的分析處理，更加體會到做好安全播音，確保發(fā)射機運行最佳狀態(tài)的重要與不易。因此，不但要做好日常的機器維護，還要時時注意廣播的監(jiān)聽，分辨信號的失真和噪聲，找準故障并進行調(diào)整排除（包括風機，風扇等）?？傊?，數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機由于自身技術(shù)的特點，整機應(yīng)用大量的數(shù)字與邏輯電路，這給故障處理帶來一定的難度。因此，需要我們及時總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高維護水平。

［1］張丕灶，等.數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機［M］.廈門：廈門大學(xué)出版社，2002.

［2］張丕灶，等.全固態(tài)脈寬調(diào)制中波發(fā)射機［M］.廈門：廈門大學(xué)出版社，2005.

［3］哈爾濱廣播器材有限責任公司.GZ-GS10K-Π型10kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機技術(shù)說明書［S］.2003.

張健平（1959-），男，福建福安人，工程師。研究方向：發(fā)射機調(diào)制與解調(diào)。