數字調幅中波廣播發射機的工作原理及故障分析處理

張健平

數字調幅中波廣播發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射中心903臺）

介紹數字調幅廣播發射機的基本原理。針對福建省廣播電視傳輸發射中心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。

數字調幅發射機；風機；故障維修

1　數字調幅發射機原理

數字調幅發射機有射頻功率，音頻處理，控制和供電四大系統。射頻功率系統（簡稱RF系統）采用頻率穩定度高達5×10-7的溫補晶體振蕩器作為鎖相環的基準信號源，其標準頻率為9216kHz。振蕩頻率經多次分頻后轉變為發射機的工作頻率。該機由許多工作于開關狀態的高效率射頻功率放大單元（模塊）組成，模塊受數字音頻編碼信號的控制而開通或關斷，開通的模塊進行電壓串聯疊加，產生出包絡有量化臺階的調幅波，再經帶通濾波器的頻譜過濾而得到平滑的射頻已調波信號。其系統組成見圖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導通，而V2、V3截止；反之，在射頻激勵信號的負半周時，V2、V3導通，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生瞬變或過激勵時保護場效應管。電路中的V1和V2完全靠激勵信號控制其導通與截止，而V3和V4的通斷除與激勵信號有關外，還取決于編碼控制信號，若關斷射頻激勵也就關斷RF功率放大器。

數字調幅發射機的音頻系統組成見圖2。在音頻處理器中，音頻（AF）調制信號與一直流電壓（DC）相疊加；同時，為了使調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絡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制電平（高頻已調波的邊帶功率），直流電壓的大小決定載波功率。疊加信號送入模數轉換板進行模數轉換。

圖1　射頻系組成

模數（A/D）轉換器的功能是將模擬輸入板送來的模擬信號轉變為12比特的數字信號序列。為了減少RF功率場效管導通損耗以及切斷與開通轉換期間的管子損耗，場效管的通斷是在射頻激勵信號過零點時刻進行，即要求數字控制信號必須在該時刻出現，這就靠時鐘信號準確對A/D轉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轉換，A/D轉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，輸出數字量12比特（d0…dm-1）位。12比特的數字流前6位（大臺階）數據送入6個只讀存儲器（ROM），經過編碼后變為42個等壓量RF功率放大器的開/關控制信號；12比特中的低位7-12（小臺階）數據不通過編碼而直接控制相應的6個二進制加權放大器的通斷。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，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耦合。

圖3　模擬量到數字量的轉換過程

發射機的輸出網絡由二階帶通網絡與T型阻抗匹配網絡所構成，帶通網絡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幅信號光滑處理成典型的調幅信號，完成發射機射頻功率的數模轉換。

數模（D/A）轉換器：受數字信號控制導通或關斷，工作于開關狀態的RF放大器，可以認為是數模轉換器。

2　故障分析處理

2.1故障1

故障現象：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判別是外部干擾呢還是本機內部干擾，簡單的方法是調整監聽天線方向，看卡噪聲能不能減小，如果沒有變化，那么就是機器原因了。產生噪聲的原因一般有：直流穩壓器，主電源濾波整流電路。檢查直流穩壓板（ILA/ HG2.932.001DL），適當調整調制B-電源，通過細心調整R38/R39（直流穩壓板）和R78/R7（模數轉換板）的阻值，將控制功放模塊開/關時所產生的噪聲調到最小；再檢查直流穩壓板接地布線是否有損以防泄漏電流和射頻雜音干擾。調整后如果還能監聽到“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，發現幾只鋁殼電解電容（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，監聽信號恢復正常。

2.2故障2

故障現象：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“復位”鍵，看風機標識能否清除，如果故障仍然存在，則故障狀態標識再次彈出。產生風機的故障原因：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。先斷開發射機三相電空氣開關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、短路等現象。第二，通電檢查。風機通電旋轉后有“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致風力減小，產生風節點釋放斷開+8 V電壓，產生發射機丟高壓。更換新的軸承后風機恢復正常。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風節點（C-S7）的釋放，導致控制板A38-X8-10端從高電平“1”翻轉為低電平“0”，控制板便產生了一個脈沖信號；由此：控制電路接受一個“關機-L”信號，引發一個“關閉K2-L”信號。這個“關閉K2-L”信號將A38-V7截止，這時通過光電隔離器A30（N2N4）觸發雙向可控硅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驅動-H”和“K2驅動-H”變為低電平，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，使發射機正常工作。

圖6　主電源驅動電路

3　結語

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，確保發射機運行最佳狀態的重要與不易。因此，不但要做好日常的機器維護，還要時時注意廣播的監聽，分辨信號的失真和噪聲，找準故障并進行調整排除（包括風機，風扇等）?？傊?，數字調幅發射機由于自身技術的特點，整機應用大量的數字與邏輯電路，這給故障處理帶來一定的難度。因此，需要我們及時總結經驗，不斷提高維護水平。

［1］張丕灶，等.數字式調幅中波發射機［M］.廈門：廈門大學出版社，2002.

［2］張丕灶，等.全固態脈寬調制中波發射機［M］.廈門：廈門大學出版社，2005.

［3］哈爾濱廣播器材有限責任公司.GZ-GS10K-Π型10kW全固態中波數字調幅廣播發射機技術說明書［S］.2003.

張健平（1959-），男，福建福安人，工程師。研究方向：發射機調制與解調。