DX發射機功率微調故障分析和處理

司徒偉群

1 研究背景

廣東省廣播電視技術中心五二二臺（以下簡稱“我臺”）有兩臺美國哈里斯生產的DX系列全固態中波發射機（以下簡稱DX發射機），功率分別是100 kW和200 kW，“一主一備”擔負著中國國際臺對菲律賓廣播任務，播音時間為19:30至23:00。它們都出現過同樣的問題，傍晚試機時功率微調功能異常：功率保持在當前等級的最低指，按下“升”，功率立刻調整為當前功率的最高值，松開就回復最低值。這個故障情況在不同功率等級狀態下均出現過。本文以哈里斯DX100全固態中波發射機為例，分析故障原因，找出解決辦法。

2 DX發射機功率控制原理

DX發射機的工作流程如下：將輸入發射機的音頻信號疊加上代表功率水平的直流信號；疊加直流電平的音頻信號數字化后轉變為控制156個功放模塊的開通、關閉工作的數字信號；開通的功放模塊在載波正半周輸出+230VDC，在載波負半周輸出-230VDC，并通過次級串聯在一起的變壓器電壓疊加起來，同時完成音頻從低壓到高壓的放大過程以及射頻調幅過程，得到已調射頻方波；已調射頻方波由帶通濾波器去除基波以外的諧波分量，并通過天饋系統發射出去。

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

上述工作流程中，用戶通過控制面板進行功率操作的有兩個：一是功率等級選擇的高功率、中功率、低功率三個選擇按鈕；二是疊加微調功率的升功率、降功率兩個按鈕。功率等級選擇只能實現三個既定的功率水平，需要和功率微調共同作用才能實現精確的功率控制。文章開頭提及的故障與疊加微調功率這一部分電路有關。

2.1 功率微調的原理

圖1 模擬輸入板工作流程示意圖

圖2 疊加微調功率電路示意圖

圖2為疊加微調功率電路示意圖，限于篇幅，省略了如下拉電阻等元件。電路輸入信號是V5，輸出信號是V6，主要分為三部分：計數器、數模轉換器和加法器。

計數器部分將升功率、降功率的按鈕動作轉換為一個8位二進制數D（[d7:d0]）數模轉換器。其中，U19、U20、U21是編程為8位計數器的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功率等級的計數器。它們的第6腳用作片選信號，U21連接到高功率開關按鈕，U20連接到中功率開關按鈕，U19連接到低功率開關按鈕；第4腳為升功率信號，均連接到升功率按鈕，按鈕按下時D數值增加，最高增至（11111111）B，即255；第5腳為降功率信號，均連接到降功率按鈕，按鈕按下時D數值減少，最小減至（00000000）B。

數模轉換器部分包括運放U7-1、U7-2，電容C42，電阻R11、R138，負責將數據總線DB上的數字信號轉換為模擬電壓信號Vda。其中，運放U7-1、電阻R11、R138組成比例放大器，取樣V5信號作為U18的參考電平Vref，并通過阻抗變換隔離后續電路對信號V5的影響。U18是8位數模轉換器AD7524，與運放U7-2、電容C42組成一個單極性輸出的數模轉換器。

結合上面的電路分析，可以計算出V5和V6的關系：

單極性數模轉換器的參考電壓Vref及輸出信號Vda有（1）和（2）兩式：

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

將上面三個式子整理，能得到V6表達式：

將各電阻值代入，有：

D的值從0到255變化，V6數值在V5的1.1倍到1.2倍之間變化。反映到功率控制上，DX發射機的功率微調最高能上調9%，分為256個量化值自由調整。

2.2 功率微調故障查找和處理

結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個量化值，變為只有全0或者全1兩個量化值，是計數器故障導致的。檢查對應的功率微調計數器，一按下升功率按鈕，總線數據D立刻變為（11111111）B，一松開按鈕，總線數據D立刻變為（00000000）B，符合故障表現，更換計數器后發射機工作恢復正常。

然而，拆下來的“故障”計數器沒有檢查出問題，放回發射機上也能重新正常工作，且更換新計數器后同樣的故障也重復出現。進一步查找故障，發現DX發射機歷次出現故障的幾小時前都曾經加電試機，這個線索將故障原因指向了計數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：+5V、+5VB和+5VC，計數器U19～U21的工作電源是+5VC是從控制板送來的。控制板中，+B降壓為+5VC后并聯了兩個1F的電容作為電容電池使用，使發射機短暫停復電時可以自動回復斷電前的功率等級和水平。通過反復試驗，+5VC電源下降到1VDC左右時開機播音，約80%的幾率出現同樣的故障，將+5VC放電降壓到零故障就得以消除。這確定了故障的原因為計數器電源欠壓引起的狀態鎖死，屬于編程設計上的軟故障。要處理這個故障，可以考慮以下幾個方法：一是重新設計計數器的程序，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，我臺采用第三個方法方式進行+5VC的改造，完成后該故障不再出現。

圖3 模擬輸入板5V電源示意圖

3 結語

DX系列發射機采用電容電池來維持功率等級記憶，但在計數器硬件編程時沒有考慮到工作電源欠壓的異常情況，導致特定情況下升、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行回避處理，可供使用DX系列發射機的同行參考。