司徒偉群

1 研究背景

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“我臺(tái)”）有兩臺(tái)美國哈里斯生產(chǎn)的DX系列全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)（以下簡(jiǎn)稱DX發(fā)射機(jī)），功率分別是100 kW和200 kW，“一主一備”擔(dān)負(fù)著中國國際臺(tái)對(duì)菲律賓廣播任務(wù)，播音時(shí)間為19:30至23:00。它們都出現(xiàn)過同樣的問題，傍晚試機(jī)時(shí)功率微調(diào)功能異常：功率保持在當(dāng)前等級(jí)的最低指，按下“升”，功率立刻調(diào)整為當(dāng)前功率的最高值，松開就回復(fù)最低值。這個(gè)故障情況在不同功率等級(jí)狀態(tài)下均出現(xiàn)過。本文以哈里斯DX100全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)為例，分析故障原因，找出解決辦法。

2 DX發(fā)射機(jī)功率控制原理

DX發(fā)射機(jī)的工作流程如下：將輸入發(fā)射機(jī)的音頻信號(hào)疊加上代表功率水平的直流信號(hào)；疊加直流電平的音頻信號(hào)數(shù)字化后轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?56個(gè)功放模塊的開通、關(guān)閉工作的數(shù)字信號(hào)；開通的功放模塊在載波正半周輸出+230VDC，在載波負(fù)半周輸出-230VDC，并通過次級(jí)串聯(lián)在一起的變壓器電壓疊加起來，同時(shí)完成音頻從低壓到高壓的放大過程以及射頻調(diào)幅過程，得到已調(diào)射頻方波；已調(diào)射頻方波由帶通濾波器去除基波以外的諧波分量，并通過天饋系統(tǒng)發(fā)射出去。

DX發(fā)射機(jī)的功率控制原理通過模擬輸入板完成，其信號(hào)處理流程如圖1所示：平衡輸入的音頻信號(hào)V1通過貝塞爾濾波電路進(jìn)行濾波；V2信號(hào)通過儀表放大器（又叫測(cè)量放大器）進(jìn)行不平衡放大；V3信號(hào)通過雙端輸入求和運(yùn)算電路疊加載波直流電平；V4信號(hào)通過乘法器以+230VDC功放電源電壓為參數(shù)對(duì)進(jìn)行電源糾正；V5一方面電阻分壓形式進(jìn)行不同等級(jí)的功率折回，另一方面送到下一級(jí)電路疊加微調(diào)功率；V6通過模擬開關(guān)選擇不同的分壓電路來確定功率等級(jí)；V7疊加上72k抖動(dòng)信號(hào)就得到即將進(jìn)行12位數(shù)字化的音頻調(diào)幅信號(hào)V8。

上述工作流程中，用戶通過控制面板進(jìn)行功率操作的有兩個(gè)：一是功率等級(jí)選擇的高功率、中功率、低功率三個(gè)選擇按鈕；二是疊加微調(diào)功率的升功率、降功率兩個(gè)按鈕。功率等級(jí)選擇只能實(shí)現(xiàn)三個(gè)既定的功率水平，需要和功率微調(diào)共同作用才能實(shí)現(xiàn)精確的功率控制。文章開頭提及的故障與疊加微調(diào)功率這一部分電路有關(guān)。

2.1 功率微調(diào)的原理

圖1 模擬輸入板工作流程示意圖

圖2 疊加微調(diào)功率電路示意圖

圖2為疊加微調(diào)功率電路示意圖，限于篇幅，省略了如下拉電阻等元件。電路輸入信號(hào)是V5，輸出信號(hào)是V6，主要分為三部分：計(jì)數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和加法器。

計(jì)數(shù)器部分將升功率、降功率的按鈕動(dòng)作轉(zhuǎn)換為一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)D（[d7:d0]）數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其中，U19、U20、U21是編程為8位計(jì)數(shù)器的GAL22V10器件，且除第6腳外部電路有所不同外，其他完全相同，分別用作高中低三個(gè)功率等級(jí)的計(jì)數(shù)器。它們的第6腳用作片選信號(hào)，U21連接到高功率開關(guān)按鈕，U20連接到中功率開關(guān)按鈕，U19連接到低功率開關(guān)按鈕；第4腳為升功率信號(hào)，均連接到升功率按鈕，按鈕按下時(shí)D數(shù)值增加，最高增至（11111111）B，即255；第5腳為降功率信號(hào)，均連接到降功率按鈕，按鈕按下時(shí)D數(shù)值減少，最小減至（00000000）B。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器部分包括運(yùn)放U7-1、U7-2，電容C42，電阻R11、R138，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)總線DB上的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)Vda。其中，運(yùn)放U7-1、電阻R11、R138組成比例放大器，取樣V5信號(hào)作為U18的參考電平Vref，并通過阻抗變換隔離后續(xù)電路對(duì)信號(hào)V5的影響。U18是8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD7524，與運(yùn)放U7-2、電容C42組成一個(gè)單極性輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

結(jié)合上面的電路分析，可以計(jì)算出V5和V6的關(guān)系：

單極性數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓Vref及輸出信號(hào)Vda有（1）和（2）兩式：

加法器部分包括運(yùn)放U4、電阻R10、R79、R163和電容C3，輸出信號(hào)V6有（3）式：

將上面三個(gè)式子整理，能得到V6表達(dá)式：

將各電阻值代入，有：

D的值從0到255變化，V6數(shù)值在V5的1.1倍到1.2倍之間變化。反映到功率控制上，DX發(fā)射機(jī)的功率微調(diào)最高能上調(diào)9%，分為256個(gè)量化值自由調(diào)整。

2.2 功率微調(diào)故障查找和處理

結(jié)合上面的電路工作原理的定量分析，本文提及的故障，反映到（5）式上，是V6從256個(gè)量化值，變?yōu)橹挥腥?或者全1兩個(gè)量化值，是計(jì)數(shù)器故障導(dǎo)致的。檢查對(duì)應(yīng)的功率微調(diào)計(jì)數(shù)器，一按下升功率按鈕，總線數(shù)據(jù)D立刻變?yōu)椋?1111111）B，一松開按鈕，總線數(shù)據(jù)D立刻變?yōu)椋?0000000）B，符合故障表現(xiàn)，更換計(jì)數(shù)器后發(fā)射機(jī)工作恢復(fù)正常。

然而，拆下來的“故障”計(jì)數(shù)器沒有檢查出問題，放回發(fā)射機(jī)上也能重新正常工作，且更換新計(jì)數(shù)器后同樣的故障也重復(fù)出現(xiàn)。進(jìn)一步查找故障，發(fā)現(xiàn)DX發(fā)射機(jī)歷次出現(xiàn)故障的幾小時(shí)前都曾經(jīng)加電試機(jī)，這個(gè)線索將故障原因指向了計(jì)數(shù)器工作電源的殘留電壓。

如圖3所示，模擬輸入板上的5伏電源有三個(gè)：+5V、+5VB和+5VC，計(jì)數(shù)器U19～U21的工作電源是+5VC是從控制板送來的?？刂瓢逯校?B降壓為+5VC后并聯(lián)了兩個(gè)1F的電容作為電容電池使用，使發(fā)射機(jī)短暫停復(fù)電時(shí)可以自動(dòng)回復(fù)斷電前的功率等級(jí)和水平。通過反復(fù)試驗(yàn)，+5VC電源下降到1VDC左右時(shí)開機(jī)播音，約80%的幾率出現(xiàn)同樣的故障，將+5VC放電降壓到零故障就得以消除。這確定了故障的原因?yàn)橛?jì)數(shù)器電源欠壓引起的狀態(tài)鎖死，屬于編程設(shè)計(jì)上的軟故障。要處理這個(gè)故障，可以考慮以下幾個(gè)方法：一是重新設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的程序，二是將電容電池的容量改小，三是采用外部的不間斷電源替換+5VC。綜合考慮，我臺(tái)采用第三個(gè)方法方式進(jìn)行+5VC的改造，完成后該故障不再出現(xiàn)。

圖3 模擬輸入板5V電源示意圖

3 結(jié)語

DX系列發(fā)射機(jī)采用電容電池來維持功率等級(jí)記憶，但在計(jì)數(shù)器硬件編程時(shí)沒有考慮到工作電源欠壓的異常情況，導(dǎo)致特定情況下升、降功率失效。在無法獲得廠家程序的情況下，采用外接電源的辦法進(jìn)行回避處理，可供使用DX系列發(fā)射機(jī)的同行參考。