全固态调制器

全固态调制器（通用7篇）

全固态调制器 篇1

现行广播电视系统建设背景下, 已逐渐将数字音频信号引入其中, 发射机可直接对其进行接收。然而从音频处理系统应用情况看, 其仅对模拟信号源输入保持适应, 要求通过D/A对数字信号进行转换, 该过程中较多失真问题、噪声问题都会出现, 极大程度上制约发射机功能的发挥。这就要求采取数字化改造方式, 使数字音频信号质量得以提升。因此, 本文对调制系统数字化改造研究, 具有十分重要的意义。

1 全固态中波发射机调制系统相关概述

在数字化改造中, 整个系统可接收EBU或AES数字音频信号, 当系统对音频处理后会进行调制信号的生成, 此时调制编码板便会对调制信号进行控制, 使发射机功放模块得以控制。从调制系统的运行原理看, 其能够使所有采样率变换、数据采集等得以实现。加上较多先进技术被引入其中, 如电源纹波补偿、发射机非线性补偿以及功率控制等, 使发射机电声指标得以改善。因此, 对发射机调制系统进行数字化改造, 是发射机播出质量提高的必然要求[1]。

2 调制系统功能分析

2.1 数字音频接口功能

调制系统数字化改造过程中, 主要以AES/EBU接口为主, 且将音频阻抗器件引入其中。以阻抗器件为例, 其作用在于可均衡得接受数字音频信号, 并匹配110Ω阻抗, 能够满足最小抖动、接收幅度要求。一般该器件在完成数字音频信号获取后, 会将其向接口芯片进行输送, 使所有的输入信号在接口芯片作用下解格式化。通过这一处理过程, 数字音频信号无论在接收或解码输出上都可实现, 真正满足数字音频信号输入要求, 达到调制系统数字化改造的目标。

2.2 控制通信功能实现

发射机控制在功能上要求表现为功率微调、功率等级调整以调幅度控制等方面, 尤其在功率控制上需发挥重要作用, 且设备保护、电流取样以及音频检测都可实现。此时, 将数字方式引入其中, 这些功能控制要求都将得到满足。同时, 数字化改造过程中, 将整个调制系统具体细化为低档功率、中档功率以及高档功率等拨码开关, 这样调幅度大小可以实际情况为依据进行调节, 并做好开机功率值的设定。另外, 数字化改造过程中, 也可进一步强化发射机保护功能, 原因在于系统本身以数字处理方式为主, 可及时反映出系统存在的故障。而且功率降低、封锁输出等情况下, 系统都可做到无延迟响应, 对发射机的保护可起到明显效果。由此可见, 数字化改造下, 调制系统既具备原有发射机控制的相关功能, 且改造后参数更为准确, 操作灵活性也得到大幅度提升[2]。

3 发射机电声指标处理方式研究

数字化改造旨在使广播设备综合性能, 包括可靠性、稳定性等都可提高, 而该目标的实现主要表现在电声指标处理方面。这就要求实际设计中, 不断引入相关的处理技术, 使电声指标能够达到发射机调制系统数字化改造要求。

3.1 转换采样率

该种处理方式从理论角度, 主要考虑到尽管C/D转换器作用下, 可使幅度精度得以保证, 且信号以离散形式呈现。但需注意系统实际运行中, 设备很难满足无限精度要求。此时需考虑引入A/D转换方式, 确保转换后幅度值接近于实际幅度值, 以此保证在幅度、时间等方面, 数字信号离散都可实现。需注意A/D转换器应用下, 尽管可使量化台阶得以形成, 但其会在采样点数减少的情况下不断变大, 容易产生量化误差问题。此时便需考虑将该误差控制在最小范围内。在此背景下, 可考虑进行采样率转换, 其可使传输处理音频信号中有损信号指标、量化失真等问题得到有效解决[3]。

3.2 线性化处理方式

通常发射机失真的原因除表现在信号失真外, 也可能因功放系统失真而导致失真问题产生。一般音频信号源出现失真的可能性较低, 所以在实际处理中应主要针对功放系统开展。从功放系统的主要构成看, 其主要以220 个等压模块、14 个推动模块以及1 个前级放大、1个缓冲放大等模块为主。其中大部分模块本身在结构上相同, 彼此间可进行互换。这种方式下, 系统运行中便会出现信号调制不合理得现象, 非线性失真问题极为明显。因此, 设计过程中可考虑采取线性化处理方式, 其主要指将相应的信号幅度增设于输入音频幅度上, 这样信号正峰偏小情况可得到改善, 调幅能够保持稳定。

3.3 噪声补偿功能

传统发射机系统运行中, 存在的问题多集中在信号比指标方面, 其主要指调制度最高情况下, 信号幅度、设备噪声幅度二者比值。由于发射机本身以全固态中波类型为主, 运行中不会有电子管热噪声、分频噪声等出现, 通常集中表现在整流电源系统方面。因此, 实际进行发射机信噪比提升中, 要求做好电源波纹噪声的控制。对此, 数字化改造过程中, 可将电源纹波补偿理念引入, 可将该方式称为反馈补偿。其实现的原理主要表现为利用A/D转换器对获取到的电源纹波信号转换, 这样主处理通道、收集的数据可进行合并, 完成数据输出过程, 仅需做好调制输出数据工作, 便能达到电源纹波噪声控制目标。此外, 为使发射机频率响应问题得到有效处理, 要求引入可编程逻辑器件, 其目的在于精确分析设备频率响应, 可考虑在数字低通滤波器数量上控制为两个, 再加上一个高通滤波器, 并引入MATLAB软件, 对滤波器应用情况进行仿真, 仿真过程中仅需以相位响应为依据, 进行频率响应控制, 便能达到设计目标, 使发射机频响指标得以提升[4]。

4 结论

数字化改造是当前提升广播电视系统综合性能的重要途径。实际改造中应正确认识全固态中波发射机调制系统的基本内涵, 在此基础上分析数字化改造后系统的基本功能, 并做好电声指标处理工作, 可采取线性化处理方式、噪声补偿以及转化采样率等方式, 确保电声指标得到有效处理, 才可满足数字化改造要求。

参考文献

[1]沈聪.DX全固态中波发射机调制系统数字化[J].广播电视信息, 2010 (2) :93-96.

[2]徐浩.全固态脉宽调制中波发射机故障分析与检修[J].西部广播电视, 2015 (7) :212-213.

[3]翟丽颖.全固态中波广播发射机输出检测系统的维护与检修[J].西部广播电视, 2015 (12) :223.

[4]杜思山, 关芳.浅谈模块化中波发射机控制系统及其数字化调制原理[J].有线电视技术, 2012 (9) :117-121.

全固态调制器 篇2

1数字调制全固态中波广播发射机运行原理概述

数字调制全固态中波广播发射机是上海明珠广播电视科技有限公司在传统发射机的基础上, 结合国内外各种先进的发射机技术而重现研发的一种数字调控的全固态中波广播发射机[1]。

数字调制全固态中波广播发射机主要由电源系统、控制系统以及音频处理系统和射频处理系统这四个方面组成。全固态中波广播发射机的正常稳定使用, 离不开这四个重要组成部分中的任意一个。只有这四个部分互为表里共同作用, 才能确保全固态中波广播发射机的正常运行。

2数字调制全固态中波广播发射机的运行特征

2.1全固态中波广播发射机在使用性能方面

数字调制全固态中波广播发射机的研发和应用主要以西安和上海两个地方的发展最为先进, 在传统发射机的基础上, 结合国内外各种先进的发射机技术而重现研发的一种数字调控的全固态中波广播发射机。它更能适应广播电视行业的现实需要, 能够有效缓解传统电子管发射机存在的非线性失真的问题, 以方便呈现出更好地广播电视动态效果, 这就说明数字调制全固态中波广播发射机的使用性能比较好。

2.2全固态中波广播发射机在安全性能方面

数字调制全固态中波广播发射机的合成电压在500V到600V之间, 它的电路集成一般都是低频率和低电压的。与传统的电子管发射机比较它能在低能力消耗的基础上为发射机提供更为安全的运行环境, 这就说明数字调制全固态中波广播发射机的安全性能比较高。

2.3全固态中波广播发射机的可靠性能

数字调制全固态中波广播发射机较之传统的传统的电子管发射机, 它更具完备的控制、检测和保护的特点。并且在数字调制全固态中波广播发射机的运行过程中, 将循环调制技术运用在其中。那么就算哪些地方出现了一些故障问题, 也不会影响到发射机的正常使用, 这就说明数字调制全固态中波广播发射机的可靠性较高。

3数字调制全固态中波广播发射机的运行维护和检修

3.1在中波广播发射机的使用过程需要注意的方面

对数字调制全固态中波广播发射机的的维护和检修工作的展开, 应该深入到发射机运行使用中的方方面面。所以在日常的检工作当中, 要将工作重点放在故障预防方面, 也就是采用按照时间约定, 定期检查的方法。具体的检查时间可以适当的分为每周、每月、每季度、每年度的检查[2]。在每周的设备检查中, 可以安排工作人员对发射机的风扇、过滤网等进行清洗额打扫;在每个月的设备检查中, 主要检查发射机有否发生损坏或者是否存在接触不量的现象;在每个季度的设备检查工作中, 重点对发射机的电池、和局部进行调整, 以达到更好地工作状态;在每年度的设备检查中, 重点检查发射机的电路是否发生腐蚀、老化等现象, 以及发射机零配件有否发生松动等, 并对所出现的这些问题进行必要的维护和修整。

3.2对中波广播发射机反馈系统的维护办法

在反馈控制系统中, 既存在由输入到输出的信号前向通路, 也包含从输出端到输入端的信号反馈通路, 两者组成一个闭合的回路。数字调制全固态中波广播发射机反馈系统的检查和维护, 一般主要是对发射机的输出口和天调网络和信息反馈线这三个方面的检修[3]。除此之外, 还需要对发射机的电台和天线调整谐振之间的网络进行抗阻能力的调试, 在发射机反馈系统的检查和维护的过程中, 一旦发现问题, 都要进行及时的矫正, 以确保发射机的正常使用。

3.3在中波广播发射机开关机环节中的设备维护

在数字调制全固态中波广播发射机的运行之前, 要注意检查发射机的机门是否关闭严实, 然后再检查低压稳压盒、高频激励盒以及发射机调制功效盒等附加设备是否连接着电源, 能否正常使用。以上两个方面的准备完全是发射机开机运行的必要条件。

在数字调制全固态中波广播发射机的运行关闭时期, 要严格的依照发射机的关机步骤进行, 注意设备是否有放电反应, 如果在关机的过程中, 出现了不可调和的紧急状况, 那么需要操作员一次性立即断掉发射机电源。等电源关闭以后在以此按照发射机关机的步骤进行关机操作。

3.4中波广播发射机需要采取必要的避雷措施

组成数字调制全固态中波广播发射机的重要部件、零件都存在有一定的导电性能, 所以对发射机采取避雷措施是十分必要的。为保护发射机的安全, 可以采用架设避雷线、提高发射机本身的绝缘水平、利用三角形排列的顶线兼做防雷保护线、加强对绝缘薄弱点的保护、采用自动重合闸装置、绝缘子铁脚接地、以及装设避雷针等办法, 避免发射机遭雷直击。从而使得数字调制全固态中波广播发射机能够正常且稳定的运行。

结束语

中波广播发射机在广播电视行业发展以来, 成长期处在一个相对落后、被动的电子管结构状态, 而这种传统的电子管发射机在实际工作中体现出工作效率地下、运行消耗大以及运行不够稳定的弊端。数字调制全固态中波广播发射机的研发和应用主要以西安和上海两个地方的发展最为先进, 在传统发射机的基础上, 结合国内外各种先进的发射机技术而重现研发的一种数字调控的全固态中波广播发射机。数字调制全固态中波广播发射机在日常的设备检修与维护工作的认真进行, 才能确保发射机的正常使用[4]。这对广播电视行业的发展有着非常重要的作用和意义, 能够有效缓解传统电子管发射机存在的非线性失真的问题, 以方便呈现出更好地广播电视动态效果。

参考文献

[1]金日, 薛克广.浅析全固态中波发射机的日常使用与维护[J].科技风, 2009, 19:263.

[2]张珍玉.固态中波发射机的使用与维护[J].科技创新导报, 2010, 28:39-40.

[3]王鑫.数字调制全固态中波广播发射机特点与维护[J].西部广播电视, 2015, 18:247.

全固态调制器 篇3

时代在前进, 广播事业也在不断发展, 中波广播技术经过多年研究与改进, 目前已经达到了一个较高的层次水平。全固态中波广播发送机以其优异的信号发送质量和较高水平的经济性成为各地中波广播单位开展工作的首选设备。深入了解、掌握的全固态中波广播发送系统的基本工作原理和日常维护、检修技术, 对于保证中波广播工作正常稳定, 提高广播质量有着十分重要的意义。

1 调制功放单元结构与功能分析

该单元主要包括两个部分, 分别负责信号调制和功放两个功能。下面以TS-03C系列发射机为例, 对调制功放单元的结构和功能进行详细阐述与分析。TS-03C系列发射机采用插拔箱设计, 调制和功放两个功能结构整合在同一个插拔箱内, 从而更加便于操作。具体情况如下。

1.1 调制单元结构与功能分析

现阶段, 作为全固态PDM中波广播发送机的末级结构, 调制机构使用脉冲宽度调制法, 工作电源为-140伏, 采用分级结构设计, 整体共分为三级, 每一级组成和机制都有不同。其中, 第一级是V4组成的共基组态, 输出信号与输入同相, 第二级则是互补推挽射极跟随器, 包括V5和V6, 还是发挥同相放大的作用, 第三级则是由V7场效应管共源组态, 功能变为反相放大。

1.2 功放单元结构与功能分析

调制功放单元的第二个结构组成部分, 就是功放结构。该结构通常采用桥式丁类放大电路设计, 用晶体管控制电路开通或切断电路通路。两支IRFP250场效应管以并联的方式进行连接构成桥臂。经由高频信号激励产生的正负波作用于V11、V12功放管, 使其相V15、V16, V19、V20和V23、V24依次导通和截止, 也就是说, Sl、S2、S3、S4四只开关, 两两组合, S1和S3一组, S2和S4一组, 每组状态相反。当S1和S3处于开通状态时, S2和S4则处于闭合状态, 当S1和S3处于闭合状态时, S2和S4则处于开通状态。此外, 功放单元设计上还设有保护电路三组, 起到将VD13和V3接地的作用, 对V4、V5、V6、V7予以保护。

2 发射机调制功放单元故障检测技术分析

全固态PDM中波广播发送系统是一套结构复杂、运作环境要求高的中波发射设备。作为其关键部分的调制功放单元, 其工作状况对于设备整体的工作质量和效率有着至关重要的影响。必须高度重视调制功放单元的运行状况, 做好日常维护、检修, 及时排除设备故障, 保证设备正常工作。大量实践数据显示, IRFP250损坏是全固态PDM中波广播发送系统调制功放单元中发生频率最高故障情况, 在进行相应的维修工作中, 要严格规范操作, 精细操作, 特别是要高度关注管脚焊锡、散热片及变压器脚方向等几个要素。下面就分别对调制单元和功放单元的故障检测技术进行分析和阐述。

2.1 调制单元故障检测技术分析

IRFP250管是调制功放单元中的重要组成元件。其中, 调制单元中的V7也是由IRFP250管构成的。一旦V7损坏, 功放电源电压转为-140V, 使得功放输出功率大幅提高。如果在发射机满负荷状态下发生这种情况, 会直接导致发射机超负荷运转, 如果在发射机处于非满负荷状态下发生这种情况, 发射机的负荷可能不会超出上限, 而是体现出下面几种故障现象:

(1) 功放盒调制输出指示灯显示异常。未发生故障的管对应的指示灯亮度正常, 发生故障的V7对应的指示灯亮度变高。

(2) 功放电流差异明显。使用多用表测定功放电流, 结果显示出差异巨大的两档。其中, 较小的电流对调制音频变化敏感, 而较大的电流对调制音频变化不敏感。此外, 流经V5, V6上的电流强度增大, 极可能造成击穿。

2.2 功放单元故障检测技术分析

(1) 先检查控制栅G极上的4.7Ω电阻情况是否正常, 再检查位于该电阻前方并与其串联的背对背串联接稳压管是否正常, 根据检查结果, 对故障原因进行分析、判断:如果发现4.7Ω电阻击穿, 就存在该场效应管损坏的可能性, 另外一种可能性就是场效应管正常, 二稳压管损坏。

(2) 使用万用表对场效应管进行源漏阻抗检测。如果情况正常, 源极与负表笔相连接, 漏极与正表笔相连接时检测结果会显示低阻;源极与正表笔相连接, 漏极与负表笔相连接时检测结果会显示高阻, 如果检测结果与上述情况不符, 则说明故障位置为场效应管。使用量程10千欧姆的万用表对施加了+4到+9V直流电压的栅源极进行源漏极阻值检测, 正常情况下两个方向的都应显示短路, 否则就说明场效应管发生损坏。

3 调制功放故障原因分析与排除方法

3.1 调制功放单元常见故障原因分析

功放管故障是全固态中波广播发射机中发生频率最高的故障类型。通过实践数据统计分析, 我们发现, 以下几种原因是功放管发生故障的主要原因: (1) 或大或小超出额定限度的功放级机激励信号。 (2) 雷击事故导致功放管损坏。 (3) 散热效果差, 通常是因为设备上积累了过多灰尘, 有时冷却风量过小也会导致这个结果。针对这个问题, 可以使用空气压缩机进行处理, 在检修时使用吹尘枪进行除尘作业。另外, 在进行设备维修更换功放管时, 如果没有采取正确的防静电措施, 或者弄错了激励相位, 导致功放一侧同时导通, 发生短路, 也会造成功放管故障。

3.2 故障排除方法

导致调制功放输出为零的原因有外来封锁、过热保护、不平衡输入保护以及调制器自身故障和电源供给等多种情况。在检查时要逐一排除, 最终确定故障所在。第一步检查功放盒电源指示灯, 如果显示正常, 说明故障不在主电源。如果设备能够正常广播, 说明也不是外来封锁的原因。再经过对过热保护电路的检查, 确定故障应该是功放管或调制管损坏所致。先使用万用表逐一检测功放级IRFP250场效应管间电阻, 如果没问题再检查附属元件, 确认没问题后再对V7进行检测, 如果也没问题则判断故障位于调制器的一、二级。具体来说, 就应该是这两级中的三个三极管有故障, 使用万用表对这三个三极管分别检测, 最终确定故障位置。更换三极管后故障消除, 说明判断正确。

4 结束语

调制功放单元是中波广播发送系统中的关键部分。做好调制功放单元的维护、检修工作, 熟练使用故障辨析技术, 及时、精准查明故障位置, 迅速予以排除, 是发射机技术人员工作的努力方向。只有这样, 才能妥善处理突发状况, 缩短故障时间, 减小故障对正常广播的负面影响, 保障广播的正常进行。

摘要：中波广播是当前无线电广播中的主要形式, 而全固态中波广播发射机凭借着发送信号质量高、可靠稳定性好, 运维成本低的优点成为目前中波广播的主流设备。由于系统结构复杂, 对使用环境要求较高, 所以做好设备的维护检修工作就显得尤为重要。调制功放是全固态PDM中波广播发送系统的重要组成部分, 做好调制功放单元检修维护工作, 及时查明故障原因并加以排除, 对于保障广播工作稳定进行, 提高信号发送质量, 延长设备使用寿命有着显著的积极作用。文章围绕全固态PDM中波广播发送系统调制功放单元检修维护有关问题进行探讨, 简要介绍了调制功放单元的结构组成、功能作用以及常见故障原因, 详细阐述了调制功放单元故障检测和排除技术与方法。

关键词：全固态,中波广播,PDM,维护,基本原理,故障检修

参考文献

全固态调制器 篇4

一、TS-03CPDM全固态中波发射机调制推动器维护的组成及工作原理

调制推动器是PDM中波广播发射机的重要组成部分, 其任务就是将音频信号转变成等幅不等宽的调制脉冲串, 从而去推动调制级。它有主备两路, 主路一旦出现故障, 将自动切换到备路工作。基本工作原理为:通过将连续的音频信号转换为占空系数, 且随音频信号幅度的进行变化的脉冲信号, 用以推动调制器。它由以下五部分组合而成, 并各尽其职。

(一) 限幅输入阻抗变换和增益控制

为了抑制共模噪声, 提高信杂比, 利用平衡双线音频电缆传送, 输入600平衡信号, 而构成自动增益控制电路之一的模拟乘法器N8要求输入信号是单端的, 因此, 在N8之前, 设置了由N1B、N1C、N1D (TL084) 端变单端电路。自动增益控制由N8 (MC1595L) 、N7 (TL084) 、N14 (LM339) 等电路完成, 调节R143可改变增益的大小。

(二) 调宽脉冲产生单元

它由音频加直流、三角波形成、脉宽调制及压控模拟电位器组成, 它实现了脉冲宽度调制, 使输出72KHZ开关脉冲宽度随音频信号幅度变化而变化, 它由运放集成电路N5 (TL082) , 脉宽调制N11 (LM319) 完成。

(三) 功率控制单元

发射机输出功率的控制是由调制推动器中功率电平形成电路下达指令, 来完成发射机输出功率等级的设置, 有全功率、低功率和调试功率三个等级, 它由N6 (LM339) , N10 (TL082) 等电路完成, 调R146、R147、R153可改变相关功率因数。

(四) 保护单元

高频电流过大, 音频限幅和-15V失缺音频封锁电路组成了保护电路, 它由运放N3、N4组成阶梯电压比较器N2 (TL082) 音频限幅选择等电路完成。

(五) 调宽脉冲输出及检测单元

由平衡推动电路脉宽超限检测及输出控制电路组成, 它将脉宽调制信号进行功率放大, 来推动调制器, 还对输出脉冲信号进行宽度监测, 它由N12 (LM339) 、反相驱动器D13完成。

调制推动器故障虽然较少, 但由于器件使用寿命和雷击等外界因素的影响或多或少遇到元件损坏的问题出现。调制推动器的质量对发射机的测试指标影响很大。因此我们除了要理解电路原理, 还要知道关键点的波形, 这样才能提高维修速度。在调制推动器的面板上设置有音频信号、三角波信号及调宽脉冲信号的波形检测孔。图1为其检测孔波形;还设置有音频信号超限、高频电流超限及推动脉冲宽度超限LED指示灯, 有脉宽调试电位器。

当调制推动器处于正常工作状态时, 脉宽超限呈绿灯指示, 当音频信号起限、高频电流超限或脉宽超限时, 面板上相应指示灯分别以红灯显示。调脉宽电位器R147使输出脉冲的宽度连速变化, 发射机工作在调试功率状态可随意设置输出功率。

除此之外, 全固态发射机与电子管发射机还有一个最大的区别就是:全固态发射机热容量比后者小很多, 推动的有源元件被损坏的物理过程也将是瞬间的。由此可见, 保护设备不能像电子管机一样, 对于过流保护, 必须采用多层次保护或快速反映等措施达到保护的目的。

二、设备监测点及维护

(一) 基本设备监测点

1. 基本波形的检测

调制推动器面板上的音频信号、三角波信号及调宽脉冲信号的波形检测孔, 在检修过程中, 便于观测波形, 从而减少对基本波形的疑点。

2. 脉宽超限检测

观察推动器盒前面板超限指示灯, 若显示绿灯, 则表示正常工作状态;红灯显示, 则表示为非正常工作状态。

3. 音频超限检测

观察推动器盒前面板音频超限指示灯, 此灯不亮, 表示音频信号过小, 平均调幅度不足, 正常VD26每分钟应亮数次, 如果VD26长亮, 则说明音频信号过大, 容易产生失真。

4. 调制波形检测

正常状态下输出波形为调宽脉冲信号波, 异常状态时输出端则是等宽的脉冲信号。

(二) 设备故障的维护

1. 常规维护

一般情况下最常用的检修工具就是万用表, 因为检修电路中含有运放块, 因此通常选用d B挡数字表, 利用电阻档查找故障点, 很难找到准确位置, 但用d B挡数字表则可方便测出故障的大致范围, 同时再配以电阻电压的测量, 就很容易找到故障点。

2. 常规检修方式

故障检修时, 将自动增益控制电路单元作为比较判断分界点。将所测实际数据与常规工作点数据进行实际分析比较, 找出故障所在部位, 并同时调整相关工作点, 切实做好相关波形变化的观察工作。

调整相关工作点:将调制推动器从机柜上拔出用20芯接插件线连接, 去掉屏敝板可方便的调整有关工作点。

(1) 高频电流过大时, 低音频正峰限幅调整R141。

(2) 共模干扰噪声抑制调整R142。在音频输入端1、11脚加上干扰信号, 用示波器观察N1A的14脚信号幅度, 反复调整R142, 使电压的幅度达到最小。

(3) 高频增益控制调整, 当调幅度达不到要求可调整R143。

(4) 载波功率调整R153, 可得全功率输出。

(5) 当输出功率随外部电压变化等引起变化, 可适当调整R150、R149的中心端位置来调整占空比的变化, 稳定输出功率。

调宽脉冲产生电路 (如图2所示) :它由“音频+直流”电路、三角波形成电路, 脉宽调制电路及压控模拟电位组成, 用于实现发射机输出功率等级控制。

D9为72KHZ方波发生器, 其振荡频率取决于C21、C22、R108、R109。N5A、C24构成积分器, N5A同相端3脚加入直流电压, 反相端2脚加入72KHZ方波, 输出端N5的1脚得叠加在直流电压上的72KHZ三角波。N11 (LM319) 为高速比较器, 脉宽调制由它完成。其同相端N11的4脚加入72KHZ三角波, 反相端N11的5脚加入音频讯号, 当音频讯号输入时, N5-5为叠加上直流电压上的音频讯号, N11的12脚输出占空系数随音频瞬时电压变化等幅脉冲波。由此, 平时检修要观察相关波形变化:

(1) N5的2脚72KHZ方波; (2) N5的3脚6.9VDC; (3) N5的1脚72KHZ三角波; (4) N11的5脚Ud+UR; (5) N11的12脚调宽脉冲波。

3. 定时检查各有关插件:

观察控制板上的工作状态及推动器上几个超限VD25电流超限, VD26音频超限, VD27脉宽超限LED灯情况, 检查插件连接头的松紧, 清洁有关插头、插座的灰尘, 时常检查主备小盒切换, 做好周检、季检、年检计划。

三、调制推动器的常见故障及检修分析

故障现象 (一) :调制推动电流超限。

故障原因:N2A (TL082) 坏。

故障分析:N2A构成音频限幅控制电平输出电路, 当N2A输出高电平时, 场效应管V1导通, 平衡/不平衡转换电路来的音频信号被接地, 同时点亮小盒面板上的过流指示灯VD25。

故障处理:更换N2 (TL082) 恢复正常。

故障现象 (二) :调制推动其他正常, 但音频通不过。

故障原因:N1 (TL084) 坏 (音频信号平衡/不平衡变换) 。

故障分析:音频信号由控制桌送到发射机线路较长, 容易感应进共模噪声, 为了提高信噪比, 一般采用平衡双线音频电缆传送, 利用差动电路对共模信号具有很强的抑制能力, 抑制共模噪声, 音频信号为平衡600欧音频信号, 而构成自动增益控制电路之一的模拟乘法器N8要求输入信号是单端的, 所以在N8之前, 设置了由N1B、N1C、N1D组成的双端变单端电路:N1 (TL084) 坏音频自然就通不过。

故障处理:更换N1 (TL084) 恢复正常。

故障现象 (三) :功率只能开到1.3KW, 调网络 (机内) 可调到2KW, 但反射功率跟着变大。

故障原因:运放集成电路N10坏, 调宽电位器R147坏。更换N10, 但功率到3.5KW调不下来, 经查R147坏, 更换正常。

故障分析:由于R147接触不良, 打火造成N10坏。N10A构成电压跟随器, 用于给模拟电位器提供一个控制电平。在N10A的同相输入端, 有两个直流控制电平输入, 其一是来自功率控制电路的功率控制电平, 它由封锁与禁止电路, 低功率控制电路及调试功率控制电路分别提供, 带开关电位器R147闭合时, R147接地, 一路通过R60、D13E输出作状态指示, 一路使R147上电位降低, 通过VD12、R59加至N10A-3改变R147中心端位置可以得到不同的脉宽。

故障处理:更换N10 (TL082) 、R147恢复正常。

故障现象 (四) :脉宽超限VD27红灯, 调制无输出。

故障原因:V6、V7坏。

故障分析:V6、V7输出的调制脉冲经R123、C55滤波, C55上电压等于载波工作状态时的脉冲平均直流电压, 加至窗式比较器N12A、N12B与其基准电压相比较, 当脉宽过宽或失去脉冲时N12输出为“0”, 分两路加至D13, 一路经D13A、D13B使脉宽超限指示VD27红灯亮, 另一路通过D13D使继电器K1脱开, 输出关闭。

故障处理:更换V6 (12SC1959) 、V7 (3CK10) 恢复正常。

故障现象 (五) :输出功率发生飘移。

故障原因:调制推动器副载波发生器C22接触不良。

故障分析:由于C22接触不良造成副载波频率变化, 导致脉宽波占空比的波动, 最后使输出功率发生飘移。

故障处理:用10P的电容换上恢复正常。

以上是工作中较为常见的故障概述, 然而其故障的表现形式是多种多样的且自动处理的逻辑系统也相当复杂, 测量和检查也不是很容易, 所涉及的面也比较广等等, 这都给我们平时查找和维护带来了困难, 但只要抓住其主要逻辑关系以及工作原理, 分清主次, 划清故障范围, 再根据具体故障情况, 具体进行电路分析, 故障也就会迎刃而解, 并从中积累自己的经验, 日后故障处理将不再是困难的问题。

四、结束语

在PDM全固态发射机故障排除时, 调制推动是一个难点, 它即影响失真度指标[调整N1A (14脚) 与地间接一个二极管及电位器, 改变电位器的阻值, 可改变失真度], 也能影响发射机输出功率大小, 所以平时维护发射机时多注意测试各检测口波形, 看波形有否异常, 这对提高维修速度有一定帮助。

参考文献

[1]张丕灶, 张建安, 等.全固态脉宽调制中波发射机[M].厦门:厦门大学出版社, 2005:27-51.

[2]上海明珠广播电视科技有限公司TS-03C全固态PDM3KW中波广播发射机技术说明书2003 (5) 调制推动电原理图.

[3]张丕灶, 等.全固态中波发送系统调整与维修[M].厦门:厦门大学出版社, 2007:247-249.

全固态调制器 篇5

在全固态PDM中波广播发射机中, 调制/高频功率放大器 (简称调制/功放) 为整机的末级, 也是发射机中故障率较高, 维修繁杂费时的一级, 而且其抗雷性差, 每到春夏雷雨季节, 调制/功放常被雷击。因此, 通过全面了解和掌握全固态PDM发射机调制/功放级的原理, 并结合近几年在实际维护工作遇到的故障及现象, 根据实际案例总结出一套分析、判断故障的快速方法, 供同行商讨。

一、调制功放概述

TS-03C全固态PDM发射机调制高频功率放大器由高频功率放大器, 调制器, 保护电路三部份组成 (如图1所示) [1]。

(一) 高频功率放大器

高频功率放大器采用桥式丁类放大电路, 桥式各臂采用二只功率IRFP250场效应管并联作为一只电子开关, 功率放大器共用八只管子, 每只管子栅极串2.35欧姆防振电阻, 栅源间跨接背靠背串接20V稳压管, 由于栅源瞬间过压受到限幅, 而保护功放管。功放工作于开关状态, 并受高频推动电压控制 (如图2所示) [2]。在高频电压的正半周Q1和Q3导通 (闭合) 、Q2和Q4截止 (开路) , 负半周期则相反。

(二) 调制器

调制器共有三级 (如图3所示) [3], 第一级由V4共基极放大电路起移位作用;第二级V5、V6单端互补推挽射级跟随器, 其输出宽度调制脉冲来推动调制器末级V7, 本级是同相放大, 它的13V电压是由-140V电压后经并联稳压管VD11稳压而得;第三级调制器未级V7, V7采用功率场效应管IRFP250, 工作于开关状态, 其开关导通或截止受调制推动器宽度调制脉冲控制。

(三) 保护电路

它由不平衡保护 (25脚输入) , 过热保护 (R8阻值下降) 和外来封锁保护 (12脚输入信号) 等电路组成 (如图4所示) [4], 其作用是当功放桥出现功放管损坏, 过热或外来封锁信号等高电平输入时使VD3、V3导通, 在R21与R22之间将调宽脉冲输入信号接到地电位, 封锁调宽脉冲。并使V4、V5、V6、V7分别截止, 功放桥得到保护。

二、调制功放的检测与维护

温度和尘埃是发射机的大敌, 温度对发射机尤其是功放盒稳定性影响是人人皆知的, 每到夏季其故障明显增加。尘埃会影响功放管及其元器件的散热, 严重时造成功放管烧毁。由此, 保持机房的凉爽和干净是确保安全播出的必要条件, 为发射机创造一个良好的外部条件, 对稳定发射机的正常运行起着事半功倍的效果, 因此, 在平时维护中注意发射机清洁和温度 (尤其是功放盒的温度) 是十分必要的。

功放管有热稳定性好, 抗辐射能力强, 输入阻抗高等优点。但因其输入阻抗很高, 栅极感应电荷不易泄放掉, 会产生较高的感应电压, 栅极容易被击穿。因此, 在取用管子前, 先用手触摸地线、自来水管或钢窗, 将人体静电放掉, 以免人体静电损坏管子, 摸管脚时先触及源极, 再触及栅极, 养成良好习惯。

调制功放最常见的故障是IRFP250功放管损坏, 导致功放管损坏的可能原因有: (一) 激励信号过小或过大; (二) 雷击导致功放管击穿; (三) 灰尘过多或冷却风力过小致使散热效果不好; (四) 换管时管子与电路板紧固螺丝没压紧; (五) 换管时把激励相位搞错而致使功放一侧同时导通而短路等。每到春夏雷雨季节被雷击坏不少功放, 在检查各功率放大管有没有损坏前, 应先观察栅极上串联的2.35欧姆电阻 (2只4.7欧姆并联) 及背靠背串接的稳压管有没有损坏;若4.7欧姆电阻损坏或被雷击脱落, 这只功放管损坏;或是稳压管损坏, 而功放管没有损坏。

(一) 故障检测

1. 激励信号大小检测:用示波器测试功放盒高频激励信号, 能助于确定有没有功放管短路, 功放盒中有功放管损坏, 会使对应的高频激励信号降低, 若多个功放管短路, 将加重整个激励的负担, 推动电流增大, 甚至打满表。在检测前将发射机控制器的“遥控”与“手动”开关置于“手动”位置, 用示波器探头接功放管的控制栅级, 探头地端接信号的地, 测量各功放管激励信号波形幅度, 在26-32Vp-p之间则正常。

2. 功放管的检测: (1) 用万用表测场效应管源极 (S极) 、漏极 (D极) 的阻抗, 将黑表笔接场效应管的S极, 红表笔接场效应管的D极, 应是低阻;红表笔接场效应管的S极, 黑表笔接场效应管的D极, 应为高阻, 否则, 场效应管损坏[5]。 (2) 在场效应管栅极 (G极) 、源极 (S极) 间加4-9伏直流电压, 用万用表高阻档测场效应管源、漏极的阻抗应短路, 表明场效应管导通, 否则, 此管损坏[6]。 (3) 检查场效应管好坏的快速法:用DT9202数字万用表二极管档在电路中测 (如图5所示) :在2.35欧姆防振电阻, 栅源间跨接背靠背20V稳压管正常时, 将黑表笔接D极, 红表笔分别接G极和S极, 万用表显示.430-.530之间此场效应管是好的, 若显示为0, 则场效应管有可能坏, 再进一步断开S极与地间的连接, 若显示.430-.530之间此管为好管, 若为0, 则此管已坏[7]。

3. 冷却系统检测:由于功放小盒是发射机最大的发热源之一, 温度监测在发射机维护中有着十分重要的意义, 它对发射机的稳定性起着重要的作用, 也是故障诊断的重要信息。温度监测:检查风冷系统温度过高可能是冷却风量减少, 负荷过重或是冷却装置供电系统故障等问题。

(二) 维护

在平时维修中, 要特别注意变压器同名端不能接错, 若不小心接错, 会造成推动电压相位相反, 在同一侧功放管会因同时导通负载为零而烧坏。

1. 日常维护: (1) 注意机器门风扇, 发射机及机房的卫生, 保持发射机无尘。 (2) 每天应对功放盒出风温度进行比较, 发现温度过高应查明原因。 (3) 为减少反射功率, 需将负载匹配调整到最佳状态。

2. 常规维护: (1) 经常观察发射机面板上及功放盒上故障指示灯、功放盒输入电流表指示情况有无异常。 (2) 检查合成变压器是否有过热现象。 (3) 时常清洁发射机整机卫生。 (4) 检查各接插件接触可靠性。 (5) 检查风冷装置的供电系统工作正常可靠。

3. 定期维护: (1) 定期对冷却系统进行检查: (1) 保持所有风机空气过滤器无尘, 气流畅通; (2) 检查温度控制系统器件的工作情况, 确保工作可靠, 风接点工作正常; (3) 当发射机房内的温度高于40度, 需将空调开启。 (2) 定期检查过热、不平衡、外来封锁保护电路的工作可靠灵敏。 (3) 调整激励电压适当过激, 来降低功放损耗。

三、常见故障分析及处理方法

故障现象 (一) 某功放小盒工作一段时间后封锁, 调制输出灯灭, 功率下降, 功放出风口温度异常, 将功放盒拿出检查各部份电路正常, 将此功放盒重新插入机器又可以工作, 但工作一段时间后又出现上述现象。

故障原因:K1A连动接触器打火积炭, 接触不良, 风扇无电压。

故障分析:经查是机器上的风扇全部不转, 风扇在开主电源时无220V电压, 查220V保险丝好, 再查交流接触器K1A端连动接触器常开接触点打火积炭, 由于常开点接触不良, 风扇无电压, 导致功放过热保护, 无功率输出。

故障查找:根据现象抽出四个功放盒, 用数字万用表, 并用上述介绍的快速检测功放管的方法, 逐个将功放管进行测量, 检查36个管子都没有损坏, 将四个功放盒重新插入机内, 打开发射机后门时, 发现5个风机都没有转动, 正常时开启主电源风机应全部转动, 经查五个风机都无220V电压, 查220V保险丝好, 再查交流接触器K1的14脚, 开启主电源后有电压, 13脚无电压, 证明交流接触器K1连动接触器接触不良。

故障处理:拆下交流接触器K1A端边上灰白色连动接触器, 清理接触器常开接触点的积炭, 从新装机, 开启主电源, 风机正常运转。

故障现象 (二) 推动电流打满表, 功放无输出。

故障原因:为雷击, 功放管损坏、G极上串联4.7欧姆电阻坏。

故障分析:由于多个功放管烧坏, 加重中间放大器的负荷, 中放调谐电流增大。

故障查找:开启低压开关和主电源开关, 发现4个功放盒, 2个调制灯亮, 2个调制灯不亮, 用数字万用表测2个调制灯不亮的主电源, 保险丝已烧断, 将4个功放盒逐个抽出, 逐一检查调制管和功放管, 更换损坏的功放管和调制管 (有4.7Ω电阻被雷击脱落的, 这个功放管肯定被击坏) 。

故障处理:更换主电源保险丝、功放管和4.7欧姆电阻, 重新将功放盒插入发射机, 开机后机器恢复正常。

故障现象 (三) 调制功放的调制器灯常亮, 入射功率表4KW, 发射机过荷。

故障原因:调制管V7击穿。

故障分析:由于调制管V7击穿时, -140V直接加到功放桥, 该功放的输出功率增大很多, 所以, 加主电源时, 该调制功放的调制输出灯亮, 合播出按钮时入射功率表超量程, 发射机过荷。

故障查找:功放盒正常时, 开启主电源开关的瞬间, 调制灯亮一下, 马上息灭, 待开启播出开关调制灯才亮。调制灯常亮且功率增加很多, 这种情况由于调制管击穿, -140V直接作为功放管的电源。将此功放盒从发射机上抽出, 用数字万用表检查调制管V7, 黑表笔接D极, 红表笔分别接S极和G极, 测得RDS为零, RDG为零, 调制管击穿短路。在正常时用数字万用表二极管档测, 黑表笔接D极, 红表笔接S极, 这显示.412-.512左右的数字, 黑表笔接D极, 红表笔接G极, 则显示.970-1.08左右的数字。如果某功放盒主电源对应的保险丝熔断, 这个功放盒的调制管肯定损坏[8]。

故障处理:将此功放盒从发射机上抽出, 更换调制管V7 (IFRP250) , 重新将此功放盒插入发射机, 开机恢复正常。

故障现象 (四) 反射功率大于等于50W, 功放封锁。

故障原因:某频率吸收网络不匹配。

故障分析:由于某频率吸收网络不匹配, 引起反射功率大。反射功率大, 外来封锁保护电路从12脚送来高电平信号 (15V) , 比较器N1A输出低电平, 比较器N1B输出也为低电平, R21与R22之间的PDM脉冲流经VD2通地, 使V5、V6、V7截止, 功放停止工作。

故障查找:在某频率发射机开机之前, 此故障机反射功率在20W左右, 调整谐振回路, 反射功率调整到10W左右 (每到夏季和冬季, 由于电容温度系数变化会引起反射功率增大) 。当某频率发射机开机时, 此故障机反射功率增大, 发射机封锁。用万用表测功放盒12脚有一高电平信号 (约15V) , 正常时12脚应为低电平 (约0伏) , 这个高电平送到比较器N1A的反向端5脚, 其12脚输出低电平, 9脚为低电平, 8脚输出低电平, 使VD2、V3可控硅导通, 测调制输出口XS1无调制输出。

故障处理:为了不停播, 将2部发射机输出功率降一点, 免强可将故障机开机, 待无播出任务时段到调配室调整某频率的吸收网络, 使反射功率达到最小。

四、结束语

综上所述, 通过对TS-03C全固态PDM中波广播发射机调制功放常见的故障分析并采取相关的措施进行解决处理, 在对故障分析处理之后, 应该不断的总结经验, 提高处理故障速度, 减少停播率, 确保发射机正常运行。通过对故障的分析和维修得知, 功放盒是发射机最大的发热源之一, 应该对功放盒要精心维护:只有精心维护, 才能够减少及预防故障的发生, 达到安全优质播出。

参考文献

[1][2][3][4]张丕灶, 张建安, 等.全固态脉宽调制中波发射机[M].厦门:厦门大学出版社, 2005:52-58.[1][2][3][4]张丕灶, 张建安, 等.全固态脉宽调制中波发射机[M].厦门:厦门大学出版社, 2005:52-58.

[5]张丕灶, 等.全固态PDM中波发送系统原理与维护[M].北京:中国广播电视出版社, 1999:16-17.[5]张丕灶, 等.全固态PDM中波发送系统原理与维护[M].北京:中国广播电视出版社, 1999:16-17.

[6]张丕灶, 等.全固态中波发送系统调整与维修[M].厦门:厦门大学出版社, 2007:245-247.[6]张丕灶, 等.全固态中波发送系统调整与维修[M].厦门:厦门大学出版社, 2007:245-247.

固态调制开关设计与实验 篇6

关键词：固态调制开关,模块,金属氧化物半导体场效应晶体管,串联

在雷达发射机及电子加速器等领域,经常采用大功率微波真空电子管作为微波放大器[1],并促进大功率脉冲调制技术不断向前发展。近年来固态调制器的发展以固态刚性调制器最为活跃,这得益于MOSFET及IGBT等刚性开关器件及其应用技术的进步与成熟。所形成的固态调制器电路拓扑包括直接开关式、模块叠加式及感应叠加式等,其中以直接开关式具有波形控制灵活、脉宽可实现大范围变化,且波形好等优点而备受青睐[2]。本文介绍了一种直接开关式固态调制开关的设计。

1 固态调制开关设计

本文所研究的脉冲调制器就是基于开关管串联的直接开关式固态脉冲调制器,其拓扑电路如图1 所示。

直接开关式拓扑电路虽有诸多优点,但仍存在以下难点:一般工作电压较高,需较多的固态开关器件串联,且开关设计及实现的难度较大。为解决这一难题,文中采用模块化设计方案,首先使用11 个器件串联形成调制开关模块,再利用多个模块串联构成整个固态调制开关,将难度较大的整个调制开关的设计与实现,转化为易于实现的模块设计。

1. 1 调制模块指标的确定

为研究和解决调制开关模块中每路信号及两个调制开关模块间的同步与均压问题,文中研制了两个固态调制开关模块。其模块指标如下: 工作电压为10 kV;工作电流为40 A;重复频率为≤3 kHz;脉冲宽度为2 μs连续波。

通过两个调制开关模块的串联,工作电压可达20 kV。

1. 2 调制模块的设计

1. 2. 1 主开关管选择

根据工作电压10 kV工作电流40 A的指标要求,选择IXYS公司的MOSFET作为开关管。该MOSFET主要参数如下:最大工作电压VCES=1 700 V;最大工作电流IC25=75 A;导通时间Td(on)=45 ns;关断时间Td(off)=400 ns。

每个调制开关采用11 路MOSFET串联,以开关管承受电压不超过最大工作电压60% 为原则,调制开关可承受的最高电压为1 700 × 11 × 60% = 11. 22 kV >10 kV。

1. 2. 2 均压电路设计

MOSFET串联电路中需加入直流均压和瞬态均压,其原理图如图2 所示。

图2 只列出了两只MOSFET串联电路,这种结构也适用于更多MOSFET串联。R1为直流均压元件,其取值应使流过R1的电流大于开关管的漏电流,且不超过所允许的泄放电流值IR1,一般用式(1)计算。

式中,UF为MOSFET承受的电压,取900 V,IR1取2 倍的MOSFET正向阻断时最大漏电流,因取2 mA,故R1取300 kΩ。

R2,D1和C1构成瞬态均压网络,主要是C1起着均压作用,由C1可限制最后导通、最先关断的开关两端电压上升率,以保证导通前或关断后开关两端的电压不超过其最大额定值便可[3]。一般工程设计时可按下式计算C1的值。

R2实取2 kV高压无感电阻,D1选用2 kV快恢复二极管,C1容量实取5 ~10 倍的MOSFET输出电容。

1. 2. 3 驱动信号一致性的实现

由于开关管输入电容和门限电压的差异性,驱动信号的完全一致是难以实现的,但也可控制在一定范围内[4,5,6,7,8]。为确保驱动信号的一致性,采取如下措施:

(1)触发脉冲采用电流互感器馈电的方式。每个调制开关用一个互感器传输触发脉冲,互感器初级两匝,从中心穿过;次级11 组,每组4 匝,分布在互感器上,11 路开关电路均分布在互感器周围。避免因位置布局的差异影响驱动信号的一致性。

(2)在开关电路的前端接小阻值电位器,对驱动信号的上升沿和下降沿进行微调,以减小开关管输入电容差异所造成的影响。

(3)11 路开关电路选用同型号、同规格、同厂家和同批次的器件,且必要时对器件进行筛选,以保证开关管的门限电压差异较小。

2 调制模块的调试与试验

调制模块的试验电路框图如图3 所示。

2. 1 调制模块低压实验

加低压,用示波器检测调制开关模块上的11 路驱动信号,以其中一路为基准,调节其他开关电路的电位器,使得各路驱动信号的上升沿和下降沿与基准信号的差异控制在50 ns以内,如图4 所示。

图4 中水平方向为时间,单位:1 μs/div;垂直方向为电压,单位:5 V/div。灰色为驱动信号波形,黑色为互感器初级触发电流波形。

2. 2 调制模块高压实验

加高压,缓步调节高压电源的电压调节按钮使高压电源缓步上升到10 kV;调节开启脉冲信号发生器的频率调节按钮,使重频从100 Hz ~3 kHz变化;调节关断脉冲信号发生器的延时按钮,使脉宽从2 μs到连续波变化,通过示波器监视电流互感器检测的调制脉冲波形。开机4 小时,调制开关模块工作正常。

3 调制模块串联的试验与测试

调制模块串联的试验框图如图5 所示。

3. 1 模块串联低压试验

加低压,用示波器检测两个调制开关模块上各路驱动信号,以其中一个模块为基准,通过调节使两个模块上各路驱动信号的延时控制在50 ns以内。

3. 2 模块串联高压试验及测试

高压实验测试两只调制开关模块串联在高重频、窄脉冲和低重频、宽脉冲下的两种工作状态。

(1)窄脉冲测试。窄脉冲状态下,重频设为3 kHz,在高压电源功率范围内,负载选用500 Ω 负载网络。通电后,缓慢调节高压电源的电压调节按钮,使高压电源逐步上升到20 kV,工作4 小时,用示波器观察检测到的调制脉冲波形,如图6 所示。

图6 中水平方向为时间,单位:1 μs/div;垂直方向的灰色波形为电压,单位:5 V/div;黑色波形为电流,单位:1 V/div。

由图6 波形得到调制器参数如下:电压20. 3 kV;电流39. 8 A;重复频率:3 kHz;上升沿182 ns;下降沿202 ns。

图6 中脉宽为2 μs。调节触发脉冲的宽度,脉宽最小可达到半宽1. 3 μs,顶宽1. 1 μs。

(2)宽脉冲测试。宽脉冲状态下,重频设为100 Hz。受限于高压电源的功率能力,负载选择120 kΩ 负载网络。此时,脉冲电流较小,用电流取样的方法检测到的波形存在较大干扰,通过电阻分压的方法来检测电压波形。通电后,缓慢调节高压电源的电压调节按钮,使高压电源逐步上升到20 kV;调节触发脉冲的宽度,从2 μs到连续波变化。脉宽100 μs时检测到的电压波形如图7 所示。

图7 中,水平方向为时间,单位:50 μs/div;垂直方向为电压,单位:5 V/div。由图7 波形得到调制器参数:电压20. 3 kV;重复频率:100 Hz;脉宽可从2 μs到连续波连续变化。

对调制开关模块进行灌封后,恢复测试,并正常工作。调制开关灌封后实物图如图8 所示。两个模块串联试验如图9 所示。

4结束语

全固态调制器 篇7

当今在各种通信系统和雷达系统中脉冲调制技术已被大量应用。实现脉冲调制的常用方法是将射频开关与功率放大器串联使用,用射频开关进行微波信号通断切换,而功率放大器处于连续上电工作状态,但常用电路中功放和射频开关是相互独立、分离的,电路的隔离性不够大;当射频开关断开时功率放大器仍处于工作状态,能量消耗过大,造成工作效率低;并可能有部分信号泄漏到低噪声放大器,产生宽频谱噪声干扰接收机工作。

本文中研究的微波固态功率放大器脉冲调制技术完全解决了这些问题,整个电路在没有微波信号时,放大器处于非工作状态,大大提高了电路隔离性,提高了电路工作效率,且电路工作性能良好。

2脉冲调制原理

本文中研究的微波固态功率放大器脉冲调制技术是将串联的射频开关和功率放大器的工作方式均采用脉冲调制方式工作,通过脉冲信号可以调节功放的工作状态。可通过改变脉冲信号状态改变偏置电压大小和输出端电流的大小,射频开关和放大器可以迅速地转换工作状态(工作状态和非工作状态),把这点应用到基于FET管的放大器的漏极或栅极时,可以有效地实现脉冲信号调制,迅速的改变工作状态,提高发射接收隔离度,提高放大器工作效率。文中电路采用了高速大电流低内阻的PMOS管调制,结合负压掉电保护电路使放大器能在低电压大电流的脉冲状态下工作。

2.1功率放大管调制方式的选择

功率放大管调制方式有:栅极脉冲调制和漏极脉冲调制两种方式。

栅极脉冲调制通过夹断漏极电流,让放大器处于非工作状态,通过转换栅极电压来实现从静态工作点(工作状态)到非工作条件的转换,如图1,2所示。但如果放大器工作在VDS值左右,静态工作点很低,当让栅极进入到截止区的同时就会增加VDS,很可能进入到击穿区,实际操作中栅极电压比漏极电压的要求更严格,实现起来难度大。

漏极脉冲调制通过周期性地在两个状态之间改变漏极电压(0V和放大器工作所需的电压VDS)来实现放大器工作状态的转换,依据所需的漏极电流的大小来选择具体的电路器件,对于高功率的放大器,可通过使用大电流PMOS管作为驱动来提供脉冲调制电流。

2.2控制电路的设计

文中微波固态功率放大器工作于脉冲状态,所以采用高速大电流低内阻的PMOS管用于漏极脉冲调制偏置电路,实现微波固态功率放大器脉冲调制状态工作。

由于Ga As器件一般都是需要栅极加负偏压,漏极加正电压,上电时都是先栅极加负偏压,再漏极加正电压,断电时则相反;所以本文采用负电掉电保护和漏极调制一体化设计。脉冲调制采用漏极调制方式来实现,主要优点是能简化偏置网络,驱动功耗小,且具有宽带特性和大的功率容量,并且还能提供很高的开关速度。负电掉电保护电路主要保证了电路在没有负电的情况下,正电不会加到放大管的漏极,从而达到保护放大管器件。

具体的负电掉电保护和漏极调制一体化驱动电路如图3所示。该电路的工作原理是用比较器MAX999实现负电检测,两只三极管实现调制脉冲驱动,PMOS管IRF5305S实现漏极电源开关的作用。当负电掉电或调制脉冲为低电平时,PMOS管IRF5305S关断,停止向功放管供电,从而达到保护功放管和漏极调制的作用。

2.3漏极脉冲调制电路设计

漏极脉冲调制电路模型图如图4所示,IN为输入端,OUT为输出端,KZ为控制端。输入端增加了电荷存储电容,在实际电路中能有效减小上升沿/下降沿的宽度。当电路开始作用,即电压加到输入端时,电容开始充电,当控制端导通时这些电容都一起放电,从而加快电压的传输,达到减小上升沿/下降沿宽度的效果。为仿真效果更接近实际工作状态,在输出端接了2欧姆的模拟负载电阻。源极S端输入(即加直流电压),栅极G端加控制信号,漏极D端输出。经测试管子导通时线性工作,控制效果良好,输出电压满足要求。

3放大器选择

本次放大器设计共有两级,初级放大器选用Tri Quint公司的TGA1328-SCC芯片,芯片增益为16d B,输出功率为25d Bm,尺寸为3.4mm*2.3mm,工作电压10V,消耗电流小于300m A;末级放大器选用富士通公司的FLM-5359-4F芯片,此芯片属于内匹配功率管,增益为10.5d B,输出功率为36.5d Bm,工作电压10V,消耗电流小于1950m A,尺寸为21mm×13mm×5.2mm。射频开关选用MACOM TECH公司的MA4SW110芯片,该芯片工作频率50

从图5和图6测试可看出,漏极脉冲调制电路输出幅度为11.4V,漏极脉冲调制电路输出前后沿小于37ns,电路转换速度较快,满足设计要求。

5结论

基于上述调制电路设计了一款C波段高速微波功率放大器,放大器工作频率在5.5GHz±200MHz,输出功率为3.5W,可以通过调节控制电路的脉冲宽度以及占空比来直接控制功率放大器的工作状态。通过采用漏极脉冲调制方式控制,微波功率放大器在无微波信号时可实现低功耗工作,大大提高了工作效率,降低了工作热损耗,输出信号前后沿小于50ns,达到了设计指标。MHzto26.5GHz,隔离度最大可达-65d B,功耗小,尺寸为0.74mm×0.45mm×0.15mm。

4测试结果

通过对整个漏极脉冲调制电路进行测试,脉冲调制电路输入端加一直流电压信号,控制端输入一个上升沿和下降沿为20ns,宽度为10μs/1.5μs的脉冲信号,输出端对地加一个2Ω电阻负载,分别来测试漏极脉冲调制电路输入输出波形和输出前后沿。测试结果如图5,6所示。

摘要：本研究设计完成了一款高速微波固态功率放大器漏极脉冲调制电路,脉冲前后沿小于50ns。主要采用高速大电流低内阻的PMOS管为微波固态功率放大器设计了漏极脉冲调制控制电路,较传统电路有很大改进,固态功率放大器的工作状态可随意变换,有功率容量大、效率高、隔离性高等优点。最终基于该调制电路设计了一款C波段高速微波功率放大器,放大器工作频率在5.5GHz±200MHz,放大器实现了低功耗工作,输出信号前后沿小于50ns,降低了工作热损耗。

关键词：固态功率放大器,漏极脉冲调制,栅极脉冲调制,上升下降沿

参考文献

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