胡東奇

（河南廣播電視臺104 臺，河南 鄭州 450000）

0 引 言

DX-200 數(shù)字化調(diào)幅發(fā)射機(jī)取消了傳統(tǒng)的低音頻前級高電平音頻放大級，從模擬輸入板過來的復(fù)合音頻信號，經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換板變換成12 bit的數(shù)字化音頻信號，輸入7 塊調(diào)制編碼板編碼后，產(chǎn)生224 個開關(guān)控制信號，來控制224 個射頻放大器的開通與關(guān)斷，在高頻末級產(chǎn)生高電平的調(diào)幅波，把主整、調(diào)制器、射頻放大器三者合一，是整機(jī)性的脈沖階梯調(diào)制[1]。該機(jī)由220 個大臺階功放模塊和4 個小臺階功放模塊共同組成。大臺階功放模塊是等壓階梯的射頻電壓，小臺階功放模塊是為了減小量化誤差設(shè)置的補(bǔ)償小臺階射頻電壓。兩者結(jié)構(gòu)相同。

1 概 述

DX-200 發(fā)射機(jī)共使用了239 塊射頻功率放大器，結(jié)構(gòu)相同，都由MOSFET 開關(guān)、射頻激勵變壓器、柵極控制電路、電纜聯(lián)鎖和保險故障檢測電路、功放冷卻5 部分組成[2]，如圖1 所示。射頻功率放大器所用的MOSFET 開關(guān)均為增強(qiáng)型，型號是IRFP360，工作于D 類開關(guān)狀態(tài)。

圖1 射頻功率放大器簡圖

射頻功率放大器主要由8 只MOSFET 組成四個橋臂，類似于H 型電橋。每個橋臂用兩只MOSEET 管并聯(lián)構(gòu)成D 類開關(guān)，即每兩個MOSFET管子的相同管腳并聯(lián)在一起，當(dāng)作一個管子來使用，目的是增大輸出功率和耐壓性[3]。電橋左上臂Q5/Q7 和右下臂Q2/Q4 的場效應(yīng)管工作時的柵極射頻激勵信號同相位，圖1 中標(biāo)示為180°；電橋右上臂Q6/Q8 和左下臂Q1/Q3 的場效應(yīng)管工作時的柵極射頻激勵信號同相位，圖1 中標(biāo)示為0°。

當(dāng)柵極激勵信號在正半周時，Q1/Q3 導(dǎo)通，Q6/Q8 受調(diào)制編碼板來的開關(guān)信號控制也導(dǎo)通，即Q1/Q3 和Q6/Q8 串聯(lián)導(dǎo)通。這時，射頻功率放大器輸出的電壓為電源電壓+250 V，并以磁環(huán)合成變壓器為負(fù)載。該電壓幾乎都降落在磁環(huán)合成變壓器的初級。由于變壓器的耦合作用且變壓器的匝比是1∶1，因此，次級耦合輸出一個+250 V的方波信號，其電流方向就是電壓降的方向，即左正右負(fù)。當(dāng)柵極激勵信號在負(fù)半周時，Q1/Q3 和Q6/Q8 由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂?，Q2/Q4 由截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，Q5/Q7 受調(diào)制編碼板來的開關(guān)信號控制也導(dǎo)通，即Q2/Q4 和Q5/Q7 串聯(lián)導(dǎo)通。同理，輸出一個電源電壓+250 V，其電流方向就是右正左負(fù)。由于合成變壓器初級的電流在激勵信號的正負(fù)半周是反向的，變壓器沒有直流磁化，隔直流電容器上也沒有直流電位差，這樣在負(fù)載上就可以得到幅值為2 倍于電源電壓的雙極性方波輸出信號，通過功率合成器合成后輸出到發(fā)射機(jī)的輸出網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過帶通濾波后，輸出高電平的已調(diào)波信號，送到天線上發(fā)射出去。

2 射頻功率放大器工作原理

下面以DX-200 數(shù)字化中波發(fā)射機(jī)為例，詳細(xì)介紹射頻功率放大器的工作原理。射頻功率放大器電路如圖2 所示，其中標(biāo)識了部分關(guān)鍵電路，以下內(nèi)容將針對這些關(guān)鍵電路展開。

2.1 射頻功率放大器中的MOSFET 管

MOSFET 管的電路如圖2 中的標(biāo)識1 所示。射頻功率放大器中的MOSFET 管是絕緣柵型場效應(yīng)管器件，它是一種利用電壓控制電流的器件，工作于D 類開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)頻率是載波頻率[4]。DX-200 DAM 發(fā)射機(jī)使用的MOSFET 管全部為N 溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場效應(yīng)管。當(dāng)UDS≥0 且UGS≥0，場效應(yīng)管飽和導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)合上；當(dāng)UGS≤0，場效應(yīng)管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開。MOSFET 管結(jié)構(gòu)一樣，可以任意調(diào)換位置，便于維護(hù)。

2.2 激勵變壓器的工作原理

激勵變壓器的電路如圖2 中的標(biāo)識2 所示。每個射頻功率放大器上有兩個激勵變壓器，分別為T1，T2。它們的初級分別通過一對等長的射頻同軸電纜，一端與射頻分配板連接，一端通過功率合成母板，把幅度大約為23 Vp-p的兩個等幅度、同相位的載波激勵信號分別送給兩個激勵變壓器的初級。激勵變壓器的次級由兩對同名端呈反相、匝比相同的繞組組成，其目的是使輸出的激勵信號的幅度相同，相位相差180°。激勵變壓器次級耦合出的載波激勵信號，分別送到8 個MOSFET 管的柵極，作為MOSFET 管的導(dǎo)通與斷開信號。導(dǎo)通與斷開信號的頻率就是發(fā)射機(jī)的載波頻率[5]。

2.3 射頻激勵信號的工作原理

射頻激勵信號的電路如圖2 中的標(biāo)識3 所示。射頻激勵信號的輸入來自發(fā)射機(jī)功放右柜的射頻分配板。射頻分配板上共引出448 個激勵信號，即224 對等幅度、同相位的激勵信號來控制224 個射頻功率放大器的通斷。該信號分別輸入到合成母板的第49/50 和53/54 腳，當(dāng)功放模塊插入合成母板后，正好與模塊上的P1-49/50 和P1-53/54 端子連通，一個等幅同相的激勵信號就送入激勵變壓器T1和T2 的初級，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)239 塊模塊的互換。與變壓器初級并聯(lián)的L1，L3，L5，R7，R9（或L2，L4，L6，R8，R10）器件，一起用于展寬輸入電路的頻帶，使得在中波廣播的整個頻段內(nèi)無須改變元件的參數(shù)，不用微調(diào)，就可以使發(fā)射機(jī)都能正常工作。射頻激勵信號輸入激勵變壓器的初級，經(jīng)過耦合后，在變壓器的次級得到兩個等幅反相的激勵信號，從而使A，B 兩半橋上的激勵變壓器次級連接的MOSFET管的柵極激勵信號也是等幅反相的。Q1/Q3 的源極與Q5/Q7 的漏極相連，Q2/Q4 的源極與Q6/Q8 的漏極相連。這兩個連接點(diǎn)都處于高電位，是上橋臂MOSFET 柵極激勵信號的參考點(diǎn)。上橋臂MOSFET 柵極的控制信號取決于射頻激勵信號，即正柵壓超過開啟電壓時場效應(yīng)管飽和導(dǎo)電，正柵壓小于開啟電壓時場效應(yīng)管截止。下橋臂MOSFET極激勵信號以其源極即地為參考點(diǎn)。這個參考點(diǎn)對其柵極激勵信號來說，下橋臂MOSFET 的射頻激勵信號要受柵極控制電路的控制，即相應(yīng)的場效應(yīng)管受射頻激勵信號和通斷控制信號的雙重控制。

2.4 柵極控制電路的工作原理

2.4.1 柵極控制電路的導(dǎo)通工作原理

柵極控制電路如圖2 中的標(biāo)識4 所示。射頻功率放大器的開/關(guān)控制信號是由7 塊調(diào)制編碼板共同產(chǎn)生的，用它來決定開通或關(guān)斷多少個模塊，從而產(chǎn)生隨音頻調(diào)制信號變化的已調(diào)波。當(dāng)調(diào)制編碼板輸入來的控制信號為低電平時，功放橋就開通，幅度大約為23 VP-P的等幅、反相的兩路正弦激勵信號分別加到MOS 管Q1/Q3，Q6/Q8 的柵極，一個等幅反相的激勵信號到來時，功率放大器的上、下兩個功率MOS 管輪流飽和導(dǎo)通，于是一個在供電電壓和地電位之間變化的方波信號就從上、下MOS管的源、漏極連接點(diǎn)輪流輸出，輸出電壓為+250 V。背靠背齊納二極管CR1，CR2，CR3，CR4 的作用是限制輸入到MOS 管的柵壓幅度，保護(hù)MOS 管免受柵極過壓或瞬態(tài)電壓的沖擊而損壞。當(dāng)來自調(diào)制編碼板的開通信號隨調(diào)制度為一個負(fù)的控制信號（約-5 ～-2 V）時，將會使PNP 晶體管Q11 和Q13飽和導(dǎo)通，基本是一個短路電路，同時NPN 晶體管Q9 將為截止?fàn)顟B(tài)，基本是一個開路電路，相當(dāng)于將一個地加在了T1 次級繞組，也就是將激勵信號加到Q5和Q7上，當(dāng)開關(guān)信號的電平為正時，Q5和Q7接通。這時，CR7 和CR9 將正的柵極激勵信號整流，使指示燈DS3 變?yōu)榫G色，說明模塊處于導(dǎo)通狀態(tài)。

2.4.2 柵極控制電路的截止工作原理

來自調(diào)制編碼器的一個大約為+4.5 V 的信號，使三極管Q11，Q13 截止，使Q9 飽和導(dǎo)通，通過射極接地，電路呈短路狀態(tài)，MOS 管Q5 和Q7 的柵極激勵電壓就由飽和導(dǎo)通的Q9 通過CR7 和CR9 被鉗位在二極管的壓降上。這時，控制MOS 管導(dǎo)通所需的正的激勵信號電壓（相當(dāng)于源極為+2 ～+4 V）被去掉，因此，MOS 失去柵極信號，相當(dāng)于模塊被關(guān)斷。

2.5 電源保險故障檢測電路的工作原理

電源保險故障檢測電路如圖2中的標(biāo)識5所示。來自電源變壓柜的整流后的250 V（二進(jìn)制125 V電壓）到端子P1-26，P1-32，分別為Q1，Q2，Q3，Q4 的漏極供電，元件R1，R2，R11，R12，CR11，CR12，DS1，DS2 構(gòu)成了電源保險檢測電路。正常時，DS1，DS2 發(fā)光管被保險F1，F(xiàn)2 短路，因此不發(fā)光，也使R11，R12 承受了全部的電源電壓；CR11，CR12 保證正常時250 V 電源電壓使CR11，CR12 的負(fù)極電壓高于來自調(diào)制編碼板的約15 V 的正極電壓，因此就無電流（既無故障信號）經(jīng)R31 去調(diào)制編碼板的故障比較器U34 了。當(dāng)F1 或F2 開路，發(fā)光管DS1，DS2 亮，250 V（二進(jìn)制125 V）的電壓就經(jīng)R1 和R11 分壓，使相應(yīng)的CR11 或CR12的正極高于分壓后的負(fù)極電壓，CR11 或CR12 導(dǎo)通。此時，位于調(diào)制編碼板的故障電路檢測到了比正常時低的電平信號，從而使發(fā)射機(jī)面板上的FUSE（保險故障）亮紅燈，顯示出有射頻功率放大器保險故障。

2.6 電纜聯(lián)鎖電路的工作原理

電纜聯(lián)鎖電路如圖2 中的標(biāo)識6 所示。電纜聯(lián)鎖電路的作用是檢測調(diào)制編碼板和功放合成器/合成母板間的連接電纜是否接上，檢測射頻放大模塊是否到位。當(dāng)一塊放大器牢固地插入插槽時，放大器連接端子35/36 腳之間、37/38 腳之間被連接上，4 個調(diào)制編碼器連接端子中的每個9 腳將經(jīng)過連接軟線、放大器、連接端子把電路環(huán)接起來，并經(jīng)過一個很低的電阻返回到10 腳。如果某塊放大器沒插到位或者接觸不良，9 腳和10 腳就處于開路狀態(tài)，用于檢測發(fā)射機(jī)上的各個電路板與調(diào)制編碼板間的連接電纜是否接通，也就是檢測各個電路板上的+5 V 電源是否正常。以上檢測電路一旦出現(xiàn)異常，發(fā)射機(jī)面板上就會顯示出“電纜聯(lián)鎖”故障，發(fā)射機(jī)不能上高壓。

2.7 射頻功率放大器的冷卻

DX-200 數(shù)字化調(diào)幅發(fā)射機(jī)的冷卻采用風(fēng)冷系統(tǒng)。4 個功放柜各安裝3 臺3/4 馬力的風(fēng)機(jī)，這樣可以使風(fēng)機(jī)進(jìn)來的冷卻風(fēng)直接吹到功放放大器上。出風(fēng)口在機(jī)柜的上面，風(fēng)路采用閉環(huán)方式，冷卻風(fēng)不在機(jī)箱內(nèi)循環(huán)，從出風(fēng)口直接把射頻功率放大器產(chǎn)生的熱量帶出機(jī)箱，從而使機(jī)箱內(nèi)的溫度始終保持在一個恒定的范圍?！帮L(fēng)流量”和“溫度”監(jiān)測電路共同組成了射頻功率放大器和整機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，用于發(fā)射機(jī)工作時射頻功率放大器的溫度監(jiān)測。工作過程中，由于某種原因造成功放溫度過高、風(fēng)量減小、進(jìn)出風(fēng)口受阻等異態(tài)時，傳感器就向所在功放柜內(nèi)的調(diào)制編碼板上的溫度監(jiān)測邏輯電路發(fā)出高電平信號，產(chǎn)生“放大器溫度故障”或者“風(fēng)流量衰減故障”或者“風(fēng)流量故障”。任一故障狀態(tài)都會使發(fā)射機(jī)降功率運(yùn)行，嚴(yán)重時使發(fā)射機(jī)自動關(guān)機(jī)，從而保護(hù)發(fā)射機(jī)的安全。

3 結(jié) 語

射頻功率放大器關(guān)乎著發(fā)射機(jī)能否高質(zhì)量、不間斷、既經(jīng)濟(jì)、又安全的工作。廣播發(fā)送技術(shù)維護(hù)人員必須熟悉、掌握射頻功率放大器的工作原理，才能在功率放大器出現(xiàn)故障的時候快速、準(zhǔn)確地判斷故障位置，分析故障原因，及時處理故障，確保射頻功率放大器可靠、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)播出。