DCM 50kW發射機工作原理及射頻推動級的故障檢修

楊 浩

黑龍江省新聞出版廣電局微波總站 黑龍江省 哈爾濱市 150090

前 言

中波廣播發射機DCM 50kW是哈爾濱廣播器材有限責任公司生產的新型數字調幅發射機，采用了先進的數字調幅技術，集國外數字調幅廣播發射機的技術于一體，并使用了循環調制和浮動載波技術。因此，又稱為數字循環調制中波廣播發射機。黑龍江省新聞出版廣電局804臺購進了兩部這種型號的發射機，已全部安裝使用，在使用過程中，發現其推動級工作不夠穩定。經分析和試驗，有針對性地對其做了一些改進，達到了很好的效果。

1 DCM 50kW中波廣播發射機的基本工作原理及特點

1.1 DCM 50kW中波廣播發射機的基本工作原理

DCM 50kW數字循環調制中波廣播發射機主要由四大部分組成：利用廣播電視制作技術將播出信號做技術處理的部分（簡稱數字音頻處理系統）、發射機實行人機交互執行的部分簡稱控制系統、發射機房放的動力系統簡稱供電系統、發射機的天饋高頻部分簡稱射頻功率系統。

發射機的射頻功率系統，主要是產生載頻信號，并將其放大至發射機所需的功率電平。它與傳統電子管發射機的區別不但是使用的放大器件不同，整機的工作方式也不同。它的推動級和末級功放由功率放大模塊組成，且功率放大模塊工作于D類開關狀態，將調制編碼器輸出的音頻數字信號進行調制使其每個射頻功率放大模塊的關閉和開通受控，被開通的所有射頻功率放大模塊瞬時輸出，通過磁環合成器疊加，再經過不同的帶通濾波器可以濾除不需要的諧波分量和量化臺階，進而得到原始的中波調幅波輸出。

數字音頻處理系統可以將模擬音頻信號轉換為數字控制開關信號，用來控制射頻功率放大模塊工作的數量。其工作過程是先將音頻信號送入模擬輸入板處理，變成“音頻+直流”信號后，再由模/數轉換器變換成一個數字串信號（12位字節），這就是一個“數字音頻”信號。技術人員將數字信號送到調制編碼板進行編碼成為功放級所需的開/關控制信號。這些控制信號被用來對各個獨立的射頻放大器模塊進行開或關的操作。

控制系統提供開關機、升降功率控制，在LCD顯示屏上可以直觀地觀察機器的主要運行狀態及相關數據，從而實現對發射機的數字化智能控制。

數字調幅發射機實際上是一個大功率射頻A/D與D/A轉換器。音頻信號經過數字化處理，最后輸出仍是模擬信號，模塊合成輸出其實是D/A轉換的過程。

1.2 DCM 50kW發射機的特點

采用循環調制方式。射頻功放單元輪流工作，使其熱負荷均勻，提高了功放單元的使用壽命，循環調制功能是由循環調制編碼板完成的。

具有浮動載波功能。該機采用了浮動載波調幅技術，在音頻信號小的情況下（M＜0.5），載波功率隨著音頻信號的增加也線性的增加，保證了邊帶功率，同時降低了能耗。

在頻率合成振蕩器中，設有同步廣播激勵信號的接口和相應的放大電路，同步信號精度可以達到10-12的精度。因此，優先使用同步信號自動切換功能即是。同步信號優先使用，其次是用激勵信號。

LCD顯示系統是以單片機為核心的智能控制來完成的，使其達到對發射機進行智能化檢測、診斷、控制、記憶等控制保護功能，從而達成了界面狀態顯示和人機界面對話的功能，LCD顯示屏上可直觀方便地觀察機器的實時運行狀態和主要數據。

具有遠程控制微機接口電路（RS422），可利用電腦對發射機進行遙控和聯網控制，并通過電腦將發射機的各種運行狀態數據實時打印。

設有外部各種聯鎖的保護電路，如風接點聯鎖、門開關聯鎖、電纜到位聯鎖、功放到位聯鎖等。

2 中波廣播發射機DCM50kW射頻推動級的工作原理

射頻推動級是由多種相同的放大器模塊來組成（本機是14塊），然后將前置放大器經射頻分配器分配后送來的射頻信號放大后（本機為28路），再送到由T2～Tl5組成的推動功率合成器進行功率合成輸出，然后由射頻分配器（2）分配后送到末級功率放大模塊的輸入端，作為功率放大器的射頻推動電壓。

14塊射頻放大器模塊分別插在推動合成器母板上的J2～J15中。其中，9塊射頻放大器模塊用作固定放大，另外4塊由人工決定是否工作。13塊固定放大模塊的工作電壓為+115VDC，還有一塊放大器模塊工作在可變放大狀態，其工作的電源電壓由推動穩壓電源提供。高頻功率放大器的所有模塊均工作在“開/關”狀態下。如圖1所示。

圖1 射頻推動級方框圖

3 推動放大板三種工作模式和功率合成器及電源調整板簡介

3.1 固定推動放大板

推動功率放大板安裝在推動器合成母板中（9塊），以全橋方式工作，它的電源直接取自發射機的非穩壓+115VDC供電。這些放大板不隨載頻變化而增減，機器加高壓即工作，輸出幅度為230V。

3.2 可選推動放大板

可選推動放大板安裝在J6、J7、J10、J11插槽中，它也是以全橋方式工作。與固定推動放大板不同之處在于它們是隨不同載頻變化而增減的，或當固定推動放大板損壞多塊（4塊以內）時，人工替換之用，它的電源直接取自發射機的非穩壓+115VDC供電。

3.3 自動調整推動放大板（D8）

自動調整推動放大板安裝在J8插槽中，當發射機處于正常工作狀態時， D8處于半橋工作。D8的電源電壓是兩路自動調整0～115VDC推動穩壓電源，這兩路0～115VDC電源正常工作時，只有一路有輸出，而另一路處于預備狀態。

推動器D8的功率放大模板安裝在推動器合成母板的J8之中，正常工作時可以實現全橋方式工作，然而它的兩個半橋1A和1B的電源電壓是受推動級電源調壓板通過自動調整，然后分別提供供電的。如果發射機功放模塊發生過熱或其他故障時，大多數故障可能是MOS管極間被擊穿，形成極間短路，加重推動級的載荷，引起推動電平大幅度下跌；或者當固定推動放大板或可選推動放大板發生嚴重損壞時，造成推動電平下降；在市電發生波動時也會引起推動電平的相同波動。這時驅動器1A和1B的電源電壓會也會相繼升高或降低以動態補償推動負荷的變化，從而獲得穩定的射頻推動信號電平。

3.4 推動功率合成器

射頻推動級放大器模塊（14塊）輸出的信號合成是由推動合成器來完成的，作為射頻分配器的輸入信號。

每個推動器的輸出接入一個合成變壓器的初級，推動合成器的次級是一根穿過合成變壓器（14個）磁環中心的銅棒。銅棒底端與通地點銅排固定而成。該點也是推動合成器母板上的接地點，上端接L5和C3構成的串聯諧振網絡。功率推動器各部分的射頻推動電壓通過合成器來進行疊加，然后輸送到推動功率各個分配板。檢測電路的電壓駐波比是T8提供一個射頻功率合成器電流取樣信號而獲得的。

緩沖放大板的射頻輸入端的信號來自射頻振蕩板傳輸來的射頻TTL信號的母板J1，放大后的射頻方波信號輸出到母板的前置放大板，屆時射頻輸出信號也一并送到峰值檢波器，檢出的信號（直流）傳送到LCD顯示屏上。LCD顯示屏上對應的“緩沖”指示為“正常”，當失去射頻輸出信號時，指示為“故障”。

3.5 推動電源調整板

作為推動放大級D8的電源，源自調整板提供二組電壓自動調整（0～+115VDC）電源電壓，使得推動功率放大級始終可以輸出一個幅度適宜的射頻推動電壓。推動電源調整板上配備有功率MOS管（7個），固定在一塊面積大于印制電路板的散熱器上（背面襯著絕緣導電硅橡膠片）。全部組件安裝在機器推動箱柜正面的右側壁上。在機箱右門打開的情況下，可以控制操作推動電源調整板上的on/off環選擇開關S1和調整開/閉環的參考電平電位器R2和R12。

4 欠推動級故障

DCM 50kW發射機末級功率放大模塊的射頻輸入電壓的高低值，可以直接影響發射機總的性能和指標及工作穩定性。信號的高低超越額定值時，射頻推動信號都會使功放模塊產生過熱，效率下降或損壞MOS管及相關器件。所以射頻推動信號必須穩定在一個適當的電平上。造成射頻推動電壓產生變化存在著諸多原因：如部分功放模塊上的MOS管的損壞（極間短路、開路）均會加重功率推動器的負載，使推動電平降低，電源電壓不規律的波動也會引起射頻推動電壓的變化。數字循環調制中波廣播發射機推動級對機器的工作穩定性非常重要，如果推動電平過低或過高都會引起機器掉高壓，嚴重時會損壞功放模塊，從而造成停播。

4.1 故障一

現象：發射機正常工作時，自動關機。重開高壓，LCD顯示屏顯示欠推動故障，檢查推動模塊，其中兩塊損壞。

檢查處理過程：更換損壞的推動模塊，斷開末級功放電源（拆開保險絲），加高壓，測量推動電平，只有25Vpp左右（正常值在37～40V之間）。調整電感變化范圍較小，達不到正常值要求。檢查電容C3發現其中一個漏電，更換該電容，開高壓，推動模塊仍發熱嚴重，說明功耗過大。用電流表測量推動級工作電流為29A（正常為15～18A），調電感L5無法使輸出電平和電流正常。后改變C3的容量，并一個10000p的電容，推動電流迅速降至12A，再調L使推動級輸出電平在38Vpp，推動電流為17.5A，推動級工作即正常。

故障原因分析：電容漏電變值，造成串聯諧振電路嚴重失諧，推動級模塊過熱并損壞，推動輸出小而欠推動自動關機。更換電容后，開高壓，推動模塊發熱嚴重，說明功耗過大。用電流表測量推動級工作電流為29A，調電感無法使輸出電平和電流正常。改變C3的容量，并一個10000p的電容，再調L5，推動級工作即正常，原因是原電容容量不夠，串聯電路失諧，造成推動級工作電流過大。

4.2 故障二

現象：機器工作過程中，欠推動故障頻繁出現，嚴重時會損壞功放模塊，觀察頻率合成器的頻率顯示，有時會由正常的801KHz瞬間跳變到819KHz，用同步激勵器作激勵信號，故障消失。

故障原因分析：由于頻率合成器頻率不穩，造成前置放大器輸出電平不足，因此出現欠推動故障。若頻率偏移較大，時間稍長，則會造成功放模塊損壞，嚴重時會損壞多塊功放模塊。

5 改進推動級電路幾點建議

改變L5與C3（三個電容并聯而成）的安裝連接方法，盡可能減少電感發出的熱量傳至其中一個電容，造成該電容損壞。原機器將電感一端直接接到一個電容上端，然后再分別用銅片連接到另兩個電容上，電感的熱量直接傳給中間那個電容上，造成該電容容易過熱損壞。我們在一部機上做過試驗，將電感接至其他端子，然后再分別用銅片接到三個電容的上端，這樣既增加了散熱效果，又減少電感發出的熱量直接傳至其中一個電容。

用電感的銅材純度要高，減少電感的發熱量。其中一部發射機推動級電感發熱非常厲害，環境溫度為25℃時，技術人員用紅外線測溫儀測得L5最高溫度達到107℃，電容溫度接近70℃，我們分析是電感銅材雜質多造成電感發熱嚴重。后來技術人員采用純度較高的銅帶自制，并改變L5與C3的安裝連接方法，電感的發熱量明顯減少，溫升在15℃以內。三個電容發熱均勻，溫升在10℃左右，屬正常現象（改變電感后要重新調諧，使推動級工作電流和輸出電平達到正常值）。

在推動級安裝工作電流和輸出電平指示器（表），時刻反映推動級的工作狀態。使我們及時了解并處理故障隱患。

建議廠家在推動級全部采用穩壓電源供電，或在推動編碼器中，增加推動放大模塊工作自動增減控制電路。即在外電波動引起推動電平變化時，能自動增加或減少工作模塊，從而保證推動電平的穩定度。