500KW發(fā)射機模擬信號處理板設(shè)計分析

鄒坤英

【摘 要】本文結(jié)合瑞士進口的大功率500KW短波發(fā)射機，對其順序控制的原理進行簡單介紹，并著重對控制系統(tǒng)中的模擬信號處理板（YCS06）的設(shè)計思路、組成和工作原理進行分析，該板對發(fā)射機的很多重要參數(shù)信號進行采集和處理，是控制系統(tǒng)中重要的組成部分之一，對其全面的了解和掌握有利于對該發(fā)射機的維護。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)；順序控制；模擬信號處理

1 500KW發(fā)射機控制系統(tǒng)

發(fā)射機控制系統(tǒng)是用戶和發(fā)射機相互聯(lián)系的橋梁，它一方面按照正確的順序開、關(guān)發(fā)射機；另一方面在故障發(fā)生時，執(zhí)行必要的開、關(guān)動作。它還控制著發(fā)射機自動換頻時的執(zhí)行順序和調(diào)諧。

順序控制系統(tǒng)由YCS 04順序控制器板和相關(guān)的接口板組成。YCS系列的數(shù)據(jù)采集單元作為一個I/O擴展；24V直流輸入輸出板與二進制信號電氣隔離（型號YCS 01 和YCS 02），并作為與傳感器相聯(lián)系的接口電路；SCI 01和SCI 02型濾波器板利用繼電器提供一個直流24 V或交流220 V輸出的選擇；模擬信號的采集則是用YCS 06 和YCS 07型模擬板完成；SCI 03型濾波器板提供模擬信號的濾波。

YCS 06板用來進行發(fā)射機運行模擬參數(shù)的采樣和處理，如所有的電壓和電流等，并將處理結(jié)果通過發(fā)射機顯示器進行顯示。所有測量值通過該板都被轉(zhuǎn)換到10伏的滿刻度值。該板還包含了一些額外的測量電路：用于燈絲調(diào)壓器控制THYRO-P？誖的緩沖放大器、24VDC電池監(jiān)測以及±15V直流電源監(jiān)測。YCS06的作用就是實現(xiàn)標準化轉(zhuǎn)換這個目的，因此它包含一些附加測量電路。YCS06板主要對發(fā)射機采樣過來的信號進行處理，所處理信號如表1所示：

2 模擬控制板的設(shè)計分析

所有模擬量輸入信號靠取樣電路、分壓器、分流器獲得，經(jīng)A151、A161板濾波和限幅后送至YCS06（用來進行發(fā)射機運行模擬參量的采樣和處理，如所有的電壓和電流等，并將處理結(jié)果通過發(fā)射機顯示器進行顯示，所有測量值通過該板被轉(zhuǎn)換到10V的滿刻度值）、YCS07（用于發(fā)射機自動調(diào)諧的相位信號處理及發(fā)射功率瞬時檢測，有計算功能）、YCS08板（馬達位置信號）進行處理，處理后的信號分兩路，一路經(jīng)低通、濾波、衰減到ECAM顯示，另一路經(jīng)快速通道去YCS04板，先起保護作用。

所有測量電阻（如分流器、分壓器中的電阻）的選取都是按以下方式進行的：在測量電路輸入端獲得的取樣電壓范圍為0.9～1.2V。

所有電路都采用平衡輸入的方式來避免接地環(huán)路對取樣信號造成影響，除了IaV2取樣電路的輸入阻抗Rin= 1kΩ外，所有電流取樣電路的輸入阻抗都為100Ω，而所有電壓取樣電路的輸入阻抗為1kΩ。由于部分信號是調(diào)制信號，因此采用了濾波電路以得到一個穩(wěn)定的平均值，并顯示在顯示屏上。

系統(tǒng)采用了補償電路實現(xiàn)對分壓器測量值和分流器測量值進行誤差補償，電路的調(diào)整是通過插在濾波器和輸出緩沖器中間的各電位器完成的。模擬輸出信號須送往幾個部分，因此每個輸出通過電壓跟隨器退耦以避免彼此影響。信號被送往以下系統(tǒng)（電路）：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器（極限值獲取）、模擬參數(shù)顯示（選件，Imax= 10mA）、信號記錄器（選件）和馬達控制器。電流測量電路帶有瞬態(tài)檢測器，這樣能迅速判斷過流。這些瞬態(tài)檢測器的輸入信號都沒有經(jīng)過相應(yīng)的濾波器。去信號記錄器（選件）的信號也不經(jīng)過濾波處理。

2.1 燈絲電壓

VfilV1和VfilV2的測量電路是相同的，它們都以一個真均方根值（TRUE RMS）運算模塊作為核心電路，以保證直流和交流電壓都能被正確測量、校準和顯示。

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=1）后，再被放大5倍并輸入到真均方根值運算模塊中，其輸出送到一個fg = 3Hz的二階低通濾波器。濾波器放大倍數(shù)V=1，且在50Hz時最小衰減46dB。后級電路結(jié)合誤差補償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=1.38～2.8。之后通過4個緩沖器后分別連接到以下電路（系統(tǒng)）：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和信號記錄器。

2.2 電流測量

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=2）后，輸入到一個fg= 3Hz的三階低通濾波器。濾波器的放大倍數(shù)V=1，在40Hz時最小衰減值大于60dB。后級電路結(jié)合誤差補償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=4.15～5.8。之后先通過緩沖器連接到以下電路：中央控制系統(tǒng)（ECAM）、順序控制器和模擬參數(shù)顯示。另外Ig1V2和IaV2兩個信號還送到了馬達控制器，作為自動調(diào)諧控制信號。

IaV2電路還有一個無緩沖的額外輸出，送到模擬數(shù)據(jù)采集板YCS 07上的屏耗（APD）監(jiān)測電路。在進行此處理的同時，信號在經(jīng)過輸入放大器之后經(jīng)過放大后（放大倍數(shù)V=2.5）給信號記錄器。這就確保了在有調(diào)制信號時，即使調(diào)制度m=1也可以獲得全部信息。當過流（如達到2×In）時，也可以獲得更多信息。

在經(jīng)過輸入放大器之后信號直接送給瞬態(tài)檢測器。該電路不可調(diào)，且被設(shè)計成對已調(diào)制信號不響應(yīng)（m=1，梯形調(diào)制，調(diào)制頻率為5kHz）。當瞬態(tài)檢測器響應(yīng)時電路發(fā)出一個3ms長的輸出脈沖。瞬態(tài)檢測器的輸出為晶體管放大級，為順序控制器提供一個5V的邏輯信號，0V表示故障。在出現(xiàn)接觸不良問題（或者模擬板未插入）時，通過在順序控制器上安裝的下拉電阻為順序控制器提供0V故障信號，從而確保安全。

Ig1V2電路提供了另一個瞬態(tài)檢測器，它能響應(yīng)負值瞬態(tài)值，例如在電子管控制柵極和陰極間有碰極現(xiàn)象。該電路的正值檢測器有著相同的響應(yīng)特征。

兩個瞬態(tài)檢測器通過一個比較電路結(jié)合在一起，并控制一個公共的輸出晶體管。

2.3 電壓測量

電壓測量電路除了VaV2外都采用了同樣的設(shè)計。

2.3.1 VaV2測量

信號通過平衡輸入緩沖放大器（放大倍數(shù)V=1）后，輸入到一個fg =3Hz的三階低通濾波器。濾波器的放大倍數(shù)V=1，且在40Hz時最小衰減值大于60dB。后級電路結(jié)合誤差補償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V = 8.3～11.5。之后通過緩沖器連接到以下四個電路：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和連在后面的馬達控制器。

測量電路提供一個無緩沖的額外輸出，送到模擬數(shù)據(jù)采集板YCS 07上的屏耗（APD）監(jiān)測電路。

在送往濾波電路的同時，還送往一個放大倍數(shù)V=5的無濾波功能的電路，該電路用于信號記錄器，其信號直接從輸入級之后取得。

2.3.2 其它電壓

這包括了VdcFET，VaV1，Vg1V2，Vg2V2和Vspare。

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=1）后，輸入到一個fg= 4.8kHz的RC低通濾波器，用于抑制干擾。并結(jié)合誤差補償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=8.3～11.5。之后通過緩沖器連接到以下四個電路：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和連在后面的信號記錄器。

2.4 水導測量

被測值從電導測量元件獲取，并提供冷卻水電導的有關(guān)信息。這一輸入信號與電導計的電流輸出相對應(yīng)，其輸入阻抗為1kΩ。這個測量電路也帶有一個用于抑制干擾的RC低通濾波器。

2.5 控制電路

V-REF-RF-ATT和V-RE-AC-CTRL兩個電路是作為發(fā)射機控制系統(tǒng)與外圍設(shè)備之間的接口。

2.5.1 V-REF-RF-ATT

這個電路用來處理控制射頻衰減器輸出大小的控制電流值。為此，來自馬達控制器的控制電壓“V-REF-RF-ATT”（±10V）信號被成比例的轉(zhuǎn)換成0～20mA電流信號。

控制電壓在輸入時被取半壓并增加5伏，從而使電壓范圍在0到10伏之間。同時將這一電壓成比例的轉(zhuǎn)換為電流信號“RF-ATT”。用它來控制RF衰減器。

電壓與電流存在以下對應(yīng)關(guān)系：

U = +10 V → I=0 mA（射頻封鎖）

U = -10 V → I=20 mA（射頻允許）

衰減器的控制由發(fā)射機控制系統(tǒng)通過“RF-ENABLE”信號來封鎖或允許。由順序控制器控制的電壓加到輸入電路中，這樣它的輸入就是0V。數(shù)字控制信號為0 V對應(yīng)射頻封鎖，+5V對應(yīng)射頻允許。輸入設(shè)計成在任何干擾（=封鎖）的情況下狀態(tài)一直為0V的工作方式。

2.5.2 V-REF-AC-CTRL

電路實現(xiàn)10V電壓的隔離傳輸，放大系數(shù)V=1。

信號經(jīng)過一個放大系數(shù)V=0.1的高阻抗平衡輸入放大器，送往放大系數(shù)V=1的緩沖放大器，在緩沖放大器的輸入端裝有一個用于偏移補償?shù)碾娢黄鳌Ｔ陔S后的輸出放大器中電壓會再被升到10V。控制電壓范圍在0.25 V到10 V之間，去控制燈絲調(diào)壓器控制器THYRO-P？誖輸出相應(yīng)的電壓，且必須從相應(yīng)電源輸出將信號反饋回來。

2.5.3 電源

該電路板需要下列電源電壓：

±15V直流電源，用于運算放大器。

+5V直流電源，用于來自于瞬態(tài)檢測器的故障顯示。

輸入電源在輸入端通過各種電容來進行濾波，另外緊靠每個IC（集成電路）排列著一個100 nF的電容。電源電壓的情況通過前面板的發(fā)光二極管來指示。

用于整個發(fā)射機控制系統(tǒng)的電池電壓顯示和監(jiān)視（24 V直流）也位于這塊板上。

2.5.4 ±15V直流監(jiān)測

±15V直流電源電壓被監(jiān)測是否欠壓，以確保模擬參數(shù)測量的可靠性。該電路在±13.5V時反應(yīng)并有一個0.5V的滯后。兩個比較器的輸出信號通過另一個比較器合并為一個公共的故障信號。信號通過一個晶體管級和瞬態(tài)檢測器送到順序控制器。

2.5.5 +24 VBatt直流監(jiān)測

電池電壓被監(jiān)測是否出現(xiàn)大于30V的過電壓和小于20V及小于18V的欠壓，然后這三個信號通過晶體管級分別送到順序控制器。“24V”電源指示發(fā)光二極管通過一個緩沖器直接從輸入級對輸入的24V進行檢測指示。

平衡輸入電路的放大系數(shù)V=0.4，以便處理板上最高為30 V的直流電壓。輸入電路部分在每個模擬接口（濾波墻）裝有一個100kΩ的電阻以保護印刷電路模塊。在這個輸入級后并接有三個比較器并以晶體管驅(qū)動輸出。30V比較器的比較范圍為>32V，20V比較器的比較范圍為<19.7V。電池會在電壓降至18V以下時關(guān)閉，而在無負載時電壓又會升高，因此18V比較器的滯后范圍為4V以獲得安全的關(guān)閉。

3 小結(jié)

500KW發(fā)射機自動化程度高，運行穩(wěn)定，操作方便，自動化程度高，并能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。該機型在我局已經(jīng)大范圍普及，成為我局現(xiàn)在的主力機型，對該機型的維護成為技術(shù)工作的重點，系統(tǒng)的、熟練的掌握模擬信號的采集、分析和處理，會更加有利于我們?nèi)粘５木S護工作，使發(fā)射機長期的處于良好的工作狀態(tài)。更好的進行安全播音。

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[責任編輯：楊玉潔]