國家新聞出版廣電總局916臺(tái) 高 峰

大功率DX型中波發(fā)射機(jī)射頻放大器故障案例分析與處理

國家新聞出版廣電總局916臺(tái) 高 峰

本文主要對(duì)大功率DX型中波發(fā)射機(jī)射頻放大器工作原理進(jìn)行介紹，并對(duì)兄弟單位在維護(hù)中遇到的射頻放大器故障進(jìn)行分析和總結(jié)。

DX型中波發(fā)射機(jī)；PB200單元；射頻放大器；場效應(yīng)管；保險(xiǎn)

1.前言

大功率DX型中波發(fā)射機(jī)是美國哈里斯公司生產(chǎn)的全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)，按功率等級(jí)可分為DX-200、DX-400、DX-600、DX-1000、DX-1200等機(jī)型，這些發(fā)射機(jī)均由不同數(shù)量的PB200功放單元組成，每部PB200都相當(dāng)于一個(gè)單機(jī)，具有數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化、指標(biāo)高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，工作線路較為復(fù)雜，由成千上萬只元器件組成，倘若一只元器件不穩(wěn)定，可能造成發(fā)射機(jī)停播。在發(fā)射機(jī)運(yùn)行十多年中，發(fā)生故障和異態(tài)比較多，并具有復(fù)雜性與多樣性。下面對(duì)兄弟單位PB200單元射頻放大器故障查找、判斷、分析、處理過程進(jìn)行闡述。

2.射頻放大器工作原理

PB200功放單元共有239塊射頻放大器，包括1塊預(yù)驅(qū)動(dòng)級(jí)射頻放大器、14塊驅(qū)動(dòng)級(jí)射頻放大器、4塊二進(jìn)制射頻放大器、220塊大臺(tái)階射頻放大器，它們結(jié)構(gòu)都是一樣的，可以進(jìn)行互換。射頻放大器是插件式，主要包含初級(jí)電路、次級(jí)電路、MOS場效應(yīng)管橋式開關(guān)放大電路、接通/關(guān)斷控制開關(guān)電路、電纜內(nèi)鎖、電源電壓和保險(xiǎn)絲熔斷檢測器等電路組成。圖1所示射頻放大器模塊原理圖。

射頻放大器工作原理：兩路獨(dú)立的且相位和幅度一樣的射頻激勵(lì)正弦波信號(hào)進(jìn)入射頻放大器，每一路都加在一個(gè)射頻變壓器上。每個(gè)射頻變壓器輪流地為一對(duì)MOS場效應(yīng)管開關(guān)供給相位彼此相差180°的輸入信號(hào)，MOS場效應(yīng)管對(duì)射頻信號(hào)放大至合成變壓器輸出。

(1)初級(jí)電路

A部分射頻激勵(lì)從P1-49進(jìn)入射頻放大器，B部分的射頻激勵(lì)從P1-53進(jìn)入射頻放大器。每一部分都有各自保險(xiǎn)F3、F4，以便當(dāng)其中一個(gè)部分出故障，對(duì)應(yīng)保險(xiǎn)就斷開，將出毛病的那部分從激勵(lì)源中斷開。

當(dāng)射頻放大器“關(guān)斷”時(shí)，Q15基極為正電壓。Q15飽和導(dǎo)通，將R7和C15接地，同時(shí)Q17關(guān)斷。當(dāng)射頻放大器“接通”時(shí)，Q15基極為負(fù)電壓。Q15截止，將R7和C15對(duì)地開路，而Q17飽和導(dǎo)通，將Q15基極接地。

在射頻放大器“關(guān)斷”和“接通”情況下，對(duì)激勵(lì)源所呈現(xiàn)的射頻阻抗是一樣的。對(duì)于B部分電路中的Q16、Q18、R8和C6也是完全相同的。

(2)次級(jí)電路

每個(gè)射頻激勵(lì)變壓器都有兩對(duì)次級(jí)繞阻，它們?yōu)槊坎糠稚厦婧拖旅鍹OS場效應(yīng)管對(duì)提供彼此相差180°的兩對(duì)激勵(lì)信號(hào)。齊納二極管CR1、CR2、CR3和CR4用于防止MOS場效應(yīng)管的門極過電壓和包括可能出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓起保護(hù)作用。如果跨在這些二極管兩端電壓超過20V，不管是正還是負(fù)電壓都導(dǎo)通。

(3)MOS場效應(yīng)管橋式開關(guān)放大電路

橋式開關(guān)放大電路主要由Q1～Q8共8只MOS場效應(yīng)管組成，功放模塊被從模塊中間分成A（Q1/Q3、Q5/Q7）和B（Q2/Q4、Q6/Q8）兩部分。A部分中包括一對(duì)MOS場效應(yīng)管開關(guān)(兩只MOS場效應(yīng)管并聯(lián))，串接在電源到地之間。B部分與A部分一樣，只是激勵(lì)信號(hào)相位與A部分相差180°。功率合成變壓器初級(jí)跨接在兩對(duì)管子上，處在MOS場效應(yīng)管開關(guān)之間。形成了一個(gè)四邊形橋式組態(tài)。每一個(gè)MOS場效應(yīng)管開關(guān)由來自射頻變壓器信號(hào)的相位被交替地激勵(lì)為關(guān)斷或?qū)ǎ虼似渥饔镁拖褚粋€(gè)開關(guān)。這些MOS場效應(yīng)管的門極需要一個(gè)對(duì)應(yīng)電源的正的電壓的導(dǎo)通。因此，對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)的一半周期MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，另一半周期就截止。

在射頻激勵(lì)輸入信號(hào)的第一個(gè)半周期時(shí)，如果上面開關(guān)為A部分導(dǎo)通，下面開關(guān)就截止。B部分則完全相反，即下面的開關(guān)導(dǎo)通而上面的開關(guān)處于截止。在射頻激勵(lì)輸入信號(hào)的下半周期，在A部分中下面的開關(guān)將導(dǎo)通，上面的開關(guān)將截止。B部分則相反，上面開關(guān)導(dǎo)通，而下面開關(guān)則截止?？缭诠β屎铣勺儔浩鞒跫?jí)兩端的輸出信號(hào)，在一個(gè)射頻的周期中半個(gè)周期就在地(大約為0V)和正電源之間進(jìn)行一次切換。因?yàn)榉糯笃魇菢蚴浇M態(tài)，跨在合成變壓器初級(jí)兩端的有效電壓大約為兩倍的電源電壓。

①M(fèi)OS場效應(yīng)管開關(guān)全橋式組態(tài)

射頻激勵(lì)信號(hào)相位情況是當(dāng)射頻放大器“接通”時(shí)，使得這些開關(guān)中只有兩個(gè)組合起來。在射頻周期一半周期內(nèi)，Q1/Q3和Q6/Q8截止(開路)，而Q2/Q4和Q5/Q7飽和導(dǎo)通(閉合)。在另一半周期內(nèi)，Q1/Q3和Q6/Q8飽和導(dǎo)通的，Q2/Q4和Q5/Q7截止。

每個(gè)部分都產(chǎn)生一個(gè)方波輸出，但是兩個(gè)方波相差180°。這個(gè)開關(guān)作用就是有效地將整個(gè)電源電壓跨接在合成變壓器初級(jí)繞組上，在射頻激勵(lì)信號(hào)的每半個(gè)周期極性是反相的。作為一種橋式放大器，給出兩倍電源電壓的有效射頻輸出。在TP1端，A部分的輸出是通過P1-1將射頻放大器脫開，在TP2端，B部分輸出通過P1-7斷開。功率合成器母板將變壓器連在這兩點(diǎn)上。為防止直流電壓通路直接通過變壓器的繞組對(duì)地，用電容C15與每部分射頻輸出串在一起。在MOS場效應(yīng)管Q5、Q6、Q7和Q8漏極引線上安裝小鐵氧體磁環(huán)(RFC1、RFC2、RFC3和RFC4)，防止高頻電流或振蕩。

②MOS場效應(yīng)管開關(guān)半橋式單邊組態(tài)

射頻放大器采用單獨(dú)電源和射頻激勵(lì)輸入，使A部分和B部分可獨(dú)立工作。射頻放大器工作下，Q1、Q3源極和Q5、Q7漏極連接處，射頻方波輸出波形大約為0V到電源電壓。在這種組態(tài)方式下，射頻輸出電壓大致為橋式方式的一半。這就提供了一定的冗余度，這就保證了當(dāng)一個(gè)全橋式射頻放大器只出現(xiàn)A部分故障或B部分故障下仍可繼續(xù)工作。在這種情況下，變成了一個(gè)半橋式模塊，降低了射頻輸出電壓情況下工作。

(4)接通/關(guān)斷控制開關(guān)

從相應(yīng)的調(diào)制編碼板來的接通/關(guān)斷控制信號(hào)進(jìn)入到P1-45和P1-46端上。加在控制開關(guān)上，這些開關(guān)將激勵(lì)信號(hào)接在下面一對(duì)場效應(yīng)管和地之間。當(dāng)接通/關(guān)斷信號(hào)為高電平時(shí)(正電壓)，射頻放大器“關(guān)斷”，控制開關(guān)就閉合。當(dāng)?shù)较旅嬉粚?duì)MOS場效應(yīng)管開關(guān)的激勵(lì)去掉時(shí)，它們就依然保持為開路狀態(tài)。當(dāng)接通/關(guān)斷信號(hào)為低電平時(shí)(負(fù)電壓)，模射頻放大器“接通”，那些控制開關(guān)就開啟。這時(shí)就允許對(duì)下面一對(duì)MOS場效應(yīng)管開關(guān)進(jìn)行激勵(lì)。

①射頻放大器被“接通”

一個(gè)負(fù)的控制信號(hào)輸入(大約-2～-5V)將使PNP晶體管Q11和Q13飽和導(dǎo)通（短路），NPN晶體管Q9將被截止(開路)。因此將地加在T1兩次級(jí)繞組下部分，然后射頻激勵(lì)就加到Q5和Q7上，因此，當(dāng)門極驅(qū)動(dòng)電平為正時(shí)接通。二極管CR7和CR9將正的射頻門極激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行整流，使DS3“射頻放大器接通”指示燈變?yōu)榫G色。

②射頻放大器被“關(guān)斷”

圖1 射頻放大器原理圖

圖2 模塊/電纜連鎖通路圖

一個(gè)大約為+4.5V控制電壓使Q11和Q13截止（開路），并使Q9飽和導(dǎo)通（短路），由于將Q11和Q13關(guān)斷，T1的地也就去掉了，對(duì)MOS場效應(yīng)管Q5和Q7門極的射頻激勵(lì)由Q9通過CR7和CR9被箝位在二極管對(duì)地的管壓降上。這時(shí)接通MOS場效應(yīng)管所需要的正電壓(門極相對(duì)于源極大約為+2V～+4V)被去掉了，因此它們?nèi)匀粸殚_路電路。當(dāng)射頻放大器為“關(guān)斷”狀態(tài)時(shí)，從電源到合成器變壓器初級(jí)就沒有電流流過。因此沒有向合成器提供任何功率。但電流仍然流經(jīng)合成器的次級(jí)，并在環(huán)形變壓器的那些初級(jí)繞組中為所有沒有工作的射頻放大器感應(yīng)出射頻電壓。當(dāng)在功率合成器變壓器中感應(yīng)出的電壓的極性時(shí)，電流通過Q1/Q3內(nèi)部的反向二極管、旁路電容C1、C3、C4和C2，通過處于導(dǎo)通狀態(tài)的Q2/Q4和通過C15構(gòu)成一個(gè)低阻抗的電流通路。當(dāng)在變壓器繞組上感應(yīng)電壓的極性相反時(shí)，Q1/Q3一定導(dǎo)通，這時(shí)的電流將通過Q2/Q4內(nèi)部的反向二極管。

(5)電纜連鎖

射頻放大器電路板上單獨(dú)一條連線將相應(yīng)接頭的兩只腳連在一起。如果射頻放大器沒插或與插座沒接觸好，電纜內(nèi)鎖開路，PB200單元就不能接通。發(fā)光二極管板上模塊/電纜連鎖指示燈將點(diǎn)亮。電纜連鎖控制信號(hào)是經(jīng)過射頻放大器的P1-35/36和P1-37/38環(huán)接起來的。

(6)電源電壓

A部分電源電壓經(jīng)過P1-23端子，B部分電源經(jīng)過P1-29。電阻R27和R28是串在電源中的用以濾波，Q1/Q3和Q2/Q4漏極通過C1和C3，以及C2和C4旁路到地。每個(gè)部分都有一個(gè)單獨(dú)的6A的保險(xiǎn)和一個(gè)跨在保險(xiǎn)兩端的紅色發(fā)光二極管指示燈。DS1、R1是保險(xiǎn)絲F1指示電路，DS2、R2是保險(xiǎn)絲F2指示電路。R1和R2是在+250V上限制發(fā)光二極管的電流。當(dāng)發(fā)生短路(MOS場效應(yīng)管故障)而使保險(xiǎn)熔斷后，發(fā)光二極管燈亮。

(7)直流電源開路保險(xiǎn)檢測器

在射頻放大器上的電源保險(xiǎn)是用來保護(hù)功放單元其它電路的。保險(xiǎn)開路檢測電路由F1、F2、CR11、CR12、組成。如果A部分中MOS場效應(yīng)管短路造成F1熔斷，P1-35處的電壓(正常為+15V)將經(jīng)過R11和CR11通地。使加到調(diào)制編碼板的電壓降低，觸發(fā)故障比較器，發(fā)光二極管板上射頻放大器保險(xiǎn)指示燈發(fā)紅光。F2與F1電路的工作一樣。如果CR11或CR12短路，將由R31和CR25把+250V電壓箝位到使保險(xiǎn)開路檢測器線(P1-35)上F1和F2端電壓降到20V，保護(hù)調(diào)制編碼板。

(8)射頻激勵(lì)保險(xiǎn)絲開路檢測器

F3、F4、CR17、CR18構(gòu)成射頻保險(xiǎn)開路檢測電路，射頻激勵(lì)信號(hào)經(jīng)F3到CR19對(duì)C11充電大約+20V，CR17被反向偏置，編碼板中的電路在P1-35建立起電壓約+15V，如果F3熔斷，C11不能充電，CR17和R19將20kΩ電阻接地。使加到調(diào)制編碼板上的電壓降低，觸發(fā)故障比較器，使得發(fā)光二極管板上射頻放大器保險(xiǎn)指示燈發(fā)紅光。F4與F3電路的工作一樣。

3.射頻放大器案例分析與處理

3.1 故障一

3.1.1 故障現(xiàn)象

調(diào)機(jī)前，對(duì)所有射頻放大器進(jìn)行目測檢查和處理后，分別插在各PB單元中，合電，開低功率，PB2發(fā)光二極管板顯示功放保險(xiǎn)故障。

3.1.2 故障查找

打開PB2四個(gè)機(jī)柜門，進(jìn)行查找，發(fā)現(xiàn)右機(jī)柜右側(cè)6A6B射放上，6A側(cè)紅燈亮，此射放有故障。關(guān)機(jī)，把此射放拔出，進(jìn)行查找故障，發(fā)現(xiàn)A邊250V 6A保險(xiǎn)熔斷，并且還發(fā)現(xiàn)A邊散熱片與印刷板之間有一打火痕跡，散熱片上打火痕跡為一小坑。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)A邊散熱片與印刷板之間無絕緣紙墊，造成耐壓不足打火。因?yàn)閳鲂?yīng)管工作時(shí)，漏極有+250V高壓，散熱片為地電位，造成高壓對(duì)地放電打火，導(dǎo)致A邊250V 6A保險(xiǎn)熔斷，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

3.1.3 故障處理

把 故障射放A邊管子與散熱片一同拆下，對(duì)打火點(diǎn)用酒精擦拭，并換上絕緣紙墊，將A邊管子與散熱片進(jìn)行恢復(fù)安裝，并焊接管腳后，上機(jī)加電，一切正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障現(xiàn)象

把一些備份射頻放大器檢查完畢后，分別安裝在PB1、PB2單元左機(jī)柜低序號(hào)位，開并機(jī)低功率試驗(yàn)時(shí)，突然，PB2單元發(fā)光二極管板射頻放大器保險(xiǎn)故障紅燈亮，且機(jī)箱內(nèi)散發(fā)出一股燒焦氣味，打開PB2各機(jī)柜門，發(fā)現(xiàn)1A29調(diào)制編碼板上DS6（保險(xiǎn)）紅燈亮，且左側(cè)32塊射頻放大器沒有顯示保險(xiǎn)故障。

3.2.2 故障查找

關(guān)機(jī)，將左機(jī)柜左側(cè)新?lián)Q上的射頻放大器，一一拔出，進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)10A10B位置射頻放大器，R27、R28（0.1Ω 5W）限流電阻燒斷，檢查F1、F2（250V 6A）保險(xiǎn)正常。又發(fā)現(xiàn)此板上R13、R14應(yīng)該為50Ω、5W電阻，實(shí)際標(biāo)稱為0.1Ω 5W。因R27、R28限流電阻燒斷，看不見標(biāo)稱，但是可以斷定此電阻是50Ω 5W。

射頻放大器工作電流很大，每塊射放工作時(shí)平均功率為1.4kW。工作電壓為+250V，電流為5.6A，半邊工作電流為2.8A。通過50Ω電阻產(chǎn)生的損耗功率為，此電阻額定功率為5W，很快燒斷。故障原因是廠家將這兩種電阻的位置安裝錯(cuò)誤造成的。

3.2.3 故障處理

把此射 放R13、R14（0.1Ω 5W電阻）焊下，換上兩只50Ω 5W電阻，又把R27、R28燒壞的電阻焊下，換上0.1Ω 5W限流電阻后，上機(jī)加電，開機(jī)，一切正常。

3.3 故障三

3.3.1 故障現(xiàn)象

某臺(tái)A03機(jī)(DX-200)播出中，發(fā)射機(jī)突然關(guān)機(jī)，發(fā)光二極管板上電纜/連鎖紅燈亮，射頻封鎖紅燈亮，左柜內(nèi)部有大團(tuán)煙火冒出，且有濃重的焦味。

3.3.2 故障分析

射頻放大器輸出電容C15開路，導(dǎo)致該合成器母板中射頻輸出變壓器初級(jí)開路，造成高頻感應(yīng)電壓無泄放回路，引起射頻放大器金手指和母板插槽起明火燒焦。

3.3.3 故障處理

短路損壞合成器母板的射頻輸出變壓器初級(jí)，并將調(diào)制編碼板上的JP2與2A30上的JP2對(duì)調(diào)，將合成器母板上燒焦部分全部挖開。

3.4 故障四

3.4.1 故障現(xiàn)象

某臺(tái)A02機(jī)，發(fā)射機(jī)在工作中，經(jīng)常發(fā)生一些射頻放大器保險(xiǎn)熔斷和場效應(yīng)管擊穿故障，經(jīng)過對(duì)射頻放大器檢修，大部分故障都是場效應(yīng)管燒壞，一般只須更換新場效應(yīng)管，并對(duì)激勵(lì)作簡單的測試后就能重新上機(jī)使用，也有一部分情況較為特殊，上機(jī)后，再次燒壞保險(xiǎn)。

3.4.2 故障分析

經(jīng)多次實(shí)踐，更換射頻放大器后，用示波器檢查+250V射頻放大器輸出方波，有時(shí)方波的波形不太好，它本身的功耗就大，容易再燒保險(xiǎn)。

3.4.3 故障處理

在修理射頻放大器時(shí)，對(duì)燒壞保險(xiǎn)這一側(cè)場效應(yīng)管要同時(shí)更換，這樣管子開關(guān)性能才能基本一致，保證輸出方波波形較好。

3.5 故障五

3.5.1 故障現(xiàn)象

播音中，某臺(tái)A01機(jī)（DX-600）播出中，PB2單元故障關(guān)機(jī)，發(fā)光二極管板顯示模塊/電纜連鎖故障。

3.5.2 故障分析

經(jīng)查發(fā)現(xiàn)1A25調(diào)制編碼板連鎖2 DS4紅燈亮，檢查電纜正常，測J2-9對(duì)地電壓偏低，對(duì)該組8塊射頻放大器逐塊更換試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一塊射頻放大器內(nèi)部故障造成連鎖故障，檢查為CR25擊穿，更換后正常，該二極管系穩(wěn)壓管，阻值發(fā)生變化后使連鎖電壓降低，造成該故障發(fā)生。圖2所示模塊/電纜連鎖通路圖。

CR25正常時(shí)在線正向電阻為7.5k，反向電阻為17.5M以上，若CR25擊穿后，致使連鎖故障比較器正端電壓低于負(fù)端電壓時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)該故障。當(dāng)J2-9至J2-19只間出現(xiàn)斷路，也會(huì)出現(xiàn)該故障。

4.結(jié)束語

射頻放大器在DX型中波發(fā)射機(jī)中處于比較重要地位，具有數(shù)量多，工作電流較大，故障率較高，理解其工作原理對(duì)發(fā)射機(jī)維護(hù)檢修和縮短故障處理時(shí)間有重要的作用。希望本篇文章能給同行在維護(hù)中帶來一些幫助。

[1]廣播電視設(shè)備維護(hù)圖冊(一):DX系列發(fā)射機(jī)[M].北京:國家廣播電影電視總局無線電臺(tái)管理局,2000.

[2]廣播電視發(fā)送與傳輸維護(hù)手冊DX型大功率中波發(fā)射機(jī)[M].北京:國家廣播電影電視總局無線電臺(tái)管理局,2000,6.

高峰（1979—），男，河北平山人，國家新聞出版廣電總局916臺(tái)總工程師，研究方向：廣播電臺(tái)維護(hù)管理。