10kWDAM中波广播发射机射频功率放大器的原理与维护

苏春花① SU Chun-hua；陈慧媛② CHEN Hui-yuan

（①青海省广播电影电视局中波管理中心，西宁 810008；②青海大学化工学院，西宁 810006）

摘要： DAM中波广播发射机是一种运用数字技术进行调幅的发射机，整机共用了52块射频放大器模块。本文着重闸述射频功率放大器的工作原理和实际电路分析，通过维修实例以及结合自己多年为该设备检修和维护的经验，对这类发射机射频放大器模块运行中的常见故障进行了分析，期望为同行在维修时提供参考。

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关键词 ： 射频功率放大器；工作原理；电路分析；故障；维护

中图分类号：TN722.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0084-04

基金项目：青海省科技厅国际合作项目（2012-H-802）。

作者简介：苏春花（1984-），女，青海共和人，助理工程师。

0 引言

进入二十世纪，中波调幅广播步入了大功率，强覆盖的发展轨道，全固态的数字调幅中波广播发射机广泛扎根各发射台站，极大地提高了中波广播的效能和品质。某台于2012年起购置了6部10kW DAM发射机和2部3kW PDM发射机，从发射机在我台运行的情况来看，各项性能特别稳定，故障率极低。现以陕西762厂生产的 AM103S5-Ⅲ型10kW DAM中波广播发射机为例，着重闸述射频功率放大器的工作原理，电路分析以及维护和维修的要点。

1 工作原理

每一块射频放大器模块都是由四个N沟道的型号为IRFP350的功率MOS场效应管组成桥式开关放大器，以丁类开关放大方式工作，它由两个半桥组成：A半桥包括V1和V3，B半桥包括V2和V4。V1（V2）源极和V3（V4）漏极的连接点是半桥的输出端。

1.1 基本工作原理

如图1所示，每个半桥的射频放大器模块都有两个功率MOS管，每一对功率MOS管循环交替导通或截止，就像开关一样，输入到模块中两个功率MOS管的射频驱动信号相位相差1800，当上面一个功率MOS管导通（截止）时，下面一个功率MOS管截止（导通），这时输出在地电位与供电电压之间相互转换。

1.2 全桥式功放

除预推动级模块外其余射频放大器全都工作在全桥方式。A、B部分的输出与相对的变压器初级线圈首末相连。如图2所示，4个功率MOS管，在射频信号的相位决定下只可能有2个MOS管同时通或断。在射频信号的上半周，V1和V4 OFF（截止），V2和V3 ON（导通），在射频信号下半周，V1和V4 ON（导通）而V2和V3 OFF（截止）。这时通过开关把供电电压由电容C8供给变压器的初级线圈，每个推挽放大器产生一个方波输出。由图可知，在变压器线圈L处接电容C8的原因是可防止MOS管短路时，电流直接流向地。

C8用于隔直通交同时起选频作用。

1.3 射频功率放大器ON/OFF控制电路

发射机工作时，预推动级和推动级上的射频放大器模块总是在ON状态，但功放级则不同，模块在不同的输出功率及幅度调制时有ON/OFF两种工作状态。

如图3所示，模块上的控制部分[4]V5、V6和V7使射频功放V3及V4发生改变。来自调制编码器的TTL“低”控制信号会使PNP三极管V5导通，NPN三极管V7截止。TTL“高”控制信号使V5截止，V7导通。

2 实际电路解析

射频功率放大单元（功放模块）在发射机射频系统中用于射频功率放大。在射频系统的预推动级、推动级及功率放大级中都使用相同的功放模块。正如某台发射机房现有的6部10KW DAM中波广播发射机，虽然来自于不同的3个生产厂家，但是每部整机都使用了完全相同的52块射频功率放大模块，其中预推动级使用一块功放模块，推动级使用三块功放模块A41、A42、A43，功率放大级使用48块功放模块（42个大台阶和6个二进制小台阶）。任何功放模块均可用在预推动级、推动级或功放级，模块互换不会影响发射机正常工作。打开主机柜机箱正面的连锁门，就可顺着导轨方便地插装和拔卸功放模块。

2.1 供电电压

来自高压整流电源分配板的+230VDC从功放模块的P1-23/24/25/26和P1-29/30/31/32送入，分别给模块的A、B两半桥供电，A部分左半桥L1为高频扼流圈，C1、C3为电源旁路电容；B部分右半桥L2为高频扼流圈，C2、C4为电源旁路电容.当模块故障（通常是场效应管损坏）使得保险丝F1（或F2）熔断时，模块上与F1（或F2）并联的发光二极管VDS1（或VDS2）显示红色以指示左（右）半桥故障，这可以透过发射机中间的功放内门看出，其中R1为VDS1的限流电阻，R2为VDS2的限流电阻。

+60VDC供给了A40预推动级，+115VDC供给了推动级的三块功放模块A41、A42、A43，+230VDC供给了功率放大级的42个“大台阶”，供给6个“二进制台阶”的电压中，其中+115VDC供给了前4个（B7～B10）“二进制台阶”、+30VDC 供给了后2个（B11、B12）“二进制台阶”，+30VDC供给了A16缓冲放大板。

2.2 射频激励输入电路

射频激励输入信号来自A15板，分别从功放模块的P1-49/50和P1-53/54将两路等幅同相的激励信号送入输入变压器T1和T2的初级。与变压器初级并联的L3、R3、R5（或L4、R4、R6）用于展宽输入电路的频带，使得在中波广播的整个频段内发射机都能正常工作而无须改变元件的参数。射频激励信号经输入变压器耦合后，在变压器的次级得到两个等幅反相的信号，并且A、B两半桥输入变压器次级对应端的信号也是等幅反相的。

2.3 模块开关控制电路

功率放大板的开/关控制信号是由调制编码板（A36）产生。开/关信号对功率放大板的控制是作用在桥式放大器下侧两个MOS管V3、V4的驱动信号上。开/关控制信号为TTL电平。当低电平信号输入时（-2～-5V）使V5和V6导通，而V7截止，驱动变压器次级的驱动信号能顺利馈送入V3、V4的栅板，所以功率放大板开通。当高电平信号输入时（+4～+4.8V）使V5和V6截止，而V7导通，驱动信号通过VD7和VD8短路通地，V3、V4截止，功率放大板处于关闭状态。由C5、VD7、V7和由C6、VD8、V7构成B半桥的射频激励信号的负载回路。

用于预推动级、推动级的控制信号由来自电源分配板（A39）提供的-8VDC经稳压后给模块一个固定控制电压保持它们总在ON状态。

2.4 功率放大及输出电路

当来自A36板的控制信号为低电平时，功放桥开通，幅度为28～32VP-P的等幅反相的两路正弦激励信号分别加到功率MOS管V1、V3的栅极，背靠背齐纳二极管VD1、VD3的作用是保护功率MOS管免受栅极过压及瞬态电压的冲击。当激励信号为等幅反相时，功率放大器工作于丁类开关放大状态，半桥的上、下两个功率MOS管轮流饱和导通和截止，上、下两个功率MOS管源、漏极连接点的输出电平轮流在供电电压和地电位之间变化。

为了使功放模块能正常工作，送至场效应管栅极的射频激励信号必须要有适当的幅度并维持稳定，射频激励过高或过低都可能造成场效应管损坏。在射频激励过低时，由于场效应管的饱和压降增大，使得功放输出幅度降低，还会造成音频失真增加。如果激励低于场效应管的启动压降，场效应管就不能开启，功放模块就不能工作了。功放模块的射频激励电平的稳定，是通过推动电源调整板（A22）完成的。A22板为射频推动级的三个功率放大模块供电，其中给推动1、推动2的供电是固定的+115VDC，同时A22板还根据来自射频激励分配板（A15）的射频激励取样信号及高压电源+230V供电电压的变化，来调整给射频推动级推动3的供电电压，使得射频激励信号及高压电源+230V供电电压变化时能够通过推动3的供电电压变化的反馈作用维持推动级射频输出稳定。

3 维修实例

射频功率放大器的故障是通过监测显示板（A32）面板上的“射频放大包络正常”双色发光二极管“亮红灯”显示。出现这种故障说明已调波的包络与调制前的音频信号相比产生了失真。这类故障的检测是采取将已调波解调后获得的音频信号（包络信号）与调制前的音频信号相比较的办法。包络信号来自射频输出检测板上的音频检波电路，将发射机输出的调幅波信号取样后经解调获得，用来比较的调制前的音频信号则由A/D转换板上的数字音频信号经D/A转换还原获得。正常时，“射频放大包络正常”呈绿色，故障时，“射频放大包络正常”呈红色。

①当显示面板“射频放大包络正常”红灯是闪烁状态时，先按低功率开机键，看面板上的功率表指示是否正常。如面板上的功率表指示不正常则说明1#～6#功放模块中有模块发生故障或调制编码板上相应电路故障；若按低功率键开机面板上的功率表指示正常，再按高功率键开机，看面板上的功率表指示是否正常。如不正常则说明6#～17#功放模块中有模块发生故障或调制编码板上相应电路故障；若按高功率键开机面板上的功率表指示正常，应检查18#～24#功放模块是否故障或调制编码板上相应电路是否失效。如有模块发生故障可用替代法用编号较大的功放模块代替故障功放模块工作，待停机后再检修，检修时发现均是保险被烧坏。

②当显示面板“射频放大包络正常”红灯是稳定状态时，将面板上的多用电压表选择开关打到“天线零位”位置，看“天线零位”是否偏高，如偏高可调节面板上的“负载”及“调谐”旋钮，使“天线零位”指示最小。再观察低、中、高功率等级开机时面板上功率表指示是否比正常值低，如比正常值低应相应检查1#～17#功放模块及调制编码板上的相关电路。如低、中、高功率等级开机时面板上功率表指示正常，则问题出在监测显示板上的故障检测电路，应检查A32板上D25、D26、N73及相关元件是否失效或逆时针调节A32板上的电位器R65、R68到适当位置。

还有一种情况是从调制编码板到功率合成母板上的开/关信号驱动电缆故障或插接件接触不良也能引起“射频放大包络正常”亮红灯。

4 维护的要点

在发射机工作时，通过观察射频功放板上的故障指示灯，可以发现是否模块有问题。最常见的故障有以下三类：

4.1 在不同的位置，同一功放模块重复损坏

可能原因有：

①场效应管的栅极与散热铜片之间的绝缘橡皮有损伤。

②模块板上存在虚焊、连焊现象。

③功放模块中开/关电路引起的故障。

4.2 在同一位置，不同的功放模块连续损坏

可能原因有：

①射频推动信号的幅度或相位有问题。

②输出变压器引起的故障。应检查输出变压器的磁环有无破裂以及有没有打火痕迹。

③模块插座接触不良。应检查簧片有无变形,插接处有无明显的打火拉弧痕迹，减少模块的拔下次数。

④控制信号不正确。应检查调制编码板（A36）的驱动电路。

4.3 在不同的位置，功放模块连续损坏

可能原因有：

①风冷气流不足。若风监测电路或风机有问题，模块就会过热，造成模块损坏。

②驻波比保护电路故障。如果是驻波比保护电路调整不当，就起不到保护作用，功放模块就会在受到天线或带通网络的驻波冲击时，会产生随机功放模块的损坏。

③调制B-电源设置不正确。调制B-电源是用来对模块的开/关时间进行补偿，如果设置不当也会产生功放模块的随机损坏。可通过调整电位器R38来调整B-电压。

④A/D转换器的采样脉冲相位设置正确。

⑤过载保护电路调整不当。如果过载保护电路调整不当，可检查A32板上的R23、R98以及R102，再通过比较厂家给的预置表，看看电压是不是出现了问题。

⑥发射机的输出网络失谐。会使功放模块的效率下降，功放模块会应过热而过早损坏。

5 结语

通过对功放模块损坏所有可能原因的分析，就会在日常维修时做到心中有数，尽快分辨出属于哪一类损坏情况，大大提高了处理故障的效率。同时也说明只有熟悉并掌握DAM中波广播发射机的原理并不断地在实践中总结经验才能更快地发现设备问题和解决问题，这样既满足了发射台“满时间、满调幅、满功率”播出的基本要求，又确保发射机实现了广电总局要求的“高质量、不间断、既经济、又安全”的工作。

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参考文献：

[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[M].北京：中国广播电视出版社，2002.

[2]AM103S5-Ⅲ型10KW DAM中波广播发射机技术说明书[M].陕西如意广播电视设备有限公司（762厂）提供.

[3]陈向东，韩向兵，酒德永.数字调幅中波广播发射机技术特点及维护[J].河南：数字技术与应用，2013.

[4]刘吉坤，戈义志，范洪清.数字调幅中波广播发射机的原理与维护[M].湖北：湖北省荆州中波台，2001.