功放模块（精选7篇）
功放模块 篇1
1 前言
传统的中波发射机只能播出固定的某一频率, 若改频时, 需要对许多部件重新进行调整, 以DX-200中波发射机为例, 调整的部位有预驱动驱动级、效率线圈、输出网络以及部分板卡等。由我台最新研发的一款新型直接数字驱动功放模块在电路板上将差分PECL平衡信号转换成TTL射频信号进行放大后, 可直接驱动MOS场效应管, 这样, 相对传统的中波发射机而言, 省去了预驱动、驱动级以及复杂的调谐部件, 对中波发射机的多频工作提供了现实依据。现直接数字驱动功放模块已经在我台正在研制的多频中波发射机上得到应用, 三大指标均达到甲级, 效率上优于现有的DX-200中波发射机。
2 直接数字驱动功放模块工作原理
直接数字驱动功放模块主要电路包括:射频输入转换电路、模块控制与监测、开关电源、射频隔离与驱动以及由8个MOS场效应管IRF-P460LC组成的H桥输出电路。首先模块接收外部输入的差分PECL平衡射频输入信号, 通过电路板上的平衡转不平衡电路将差分PECL信号转换成TTL信号后送至可编程逻辑电路PAL22V10, 与模块控制开关信号进行逻辑运算后, 产生5路射频信号, 即BRI_A、BRI_B、BRI_C、BRI_D、PSCLK, 其中, BRI_A、BRI_D、PSCLK与RF同向, 而BRI_B、BRI_C与RF反向。PSCLK作为开关电源的射频源送至开关电源电路, BRI_A、BRI_C同时被送入一片射频隔离芯片中。其中, BRI_A控制MOS场效应管Q1/Q3, BRI_C控制MOS场效应管Q5/Q7;BRI_B、BRI_D同时送入另一片射频隔离芯片中, BRI_B控制MOS场效应管Q2/Q4, BRI_D控制MOS场效应管Q6/Q8。如图1所示。
当模块控制信号输入为高电平时, BRI_A、BRI_D与RF同向, BRI_B、BRI_C与RF反向。因此在载波正半周时, Q1/Q3、Q6/Q8导通, 而Q2/Q4、Q5/Q7关断, 形成射频输出的正半周;在载波负半周时, Q1/Q3、Q6/Q8关断, Q2/Q4、Q5/Q7导通, 形成射频输出的负半周。因此在射频输出变压器两端产生2倍于电源电压的射频输出电压U0, 如图2所示。当模块控制信号输入为低电平时, BRI_A、BRI_B为低电平, 而BRI_C、BRI_D为高电平, 故在载波整个周期, Q1/Q3、Q2/Q4均关断, 而Q5/Q7、Q6/Q8导通, 将射频输出变压器短路, 感应电压可以通过Q5/Q7、Q6/Q8与地构成放电回路, 保护功放模块。
3 模块电路设计
3.1 射频隔离与死区保护
SI8233是Silicon Labs公司生产的专用MOS场效应管驱动器, 采用Silicon Labs公司专有的硅隔离技术, 输入/输出可提供高达5k VRMS耐压;并具有独立高边VIA和低边VIB输入;输出高边VOA与输出低边VOB的隔离度高达1500V峰值, 如图3所示。SI8233还具有高达8MHz的开关频率与4.0A峰值输出能力, 直接数字驱动功放模块作为中波频段内的功率放大器, 对于开关频率或隔离度, SI8233都能够满足要求。
SI8233还有欠压锁定 (under voltage lock out) 电路, 可以有效防止当VDDI电压低于其工作电压容许范围时, 直接数字驱动功放模块在启动或关断期间或其他干扰信号, 使得高边和低边输入同向, 从而导致场效应管IRFP460LC同时导通造成烧毁的现象。
直接数字驱动模块采用两片SI8233芯片作为射频隔离与死区保护, 从其工作原理中可知, BRI_A与BRI_C共用一片, 控制MOS场效应管Q1/Q3、Q5/Q7;BRI_B与BRI_D共用另一片, 控制MOS场效应管Q2/Q4、Q6/Q8。下面以其中一片SI8233芯片 (U1) 为例, 介绍BRI_A与BRI_C间的隔离与死区保护, 如图3所示。来自可编程逻辑器件PAL22V10输出的BRI_A、BRI_C经阻容网络分别加至SI8233的VIA、VIB输入端, BRI_A、BRI_C分别对应高边输出SIDE_A、低边输出SIDE_C, 在输出端分别设有过压保护器件15V齐纳稳压管MMSZ5245BT1/15V, 编号为CR33、CR22, 防止异常高电压将芯片击穿。由开关隔离电源输出的+VD加至U1的16脚, 为高边SIDE_A提供电源电压, 其参考地电平为-VD (悬浮高电压) 。+VA1也由开关隔离电源输出, 加至U1的11脚为低边SIDE_C提供电源, 为防止MOS场效应管垂直导通, 在SI8233的6脚外接15k电阻, 使SIDE_A、SIDE_C输出高电平时间均减少约150ns左右, 即减小它们的占空比, 从而使得场效应管栅极波形的交汇点均落在零轴上。如图4所示, Q1/Q3栅极输出波形与Q5/Q7栅极输出波形在零轴交叉, 且有68ns的保护间隔, 保证了场效应管Q1/Q3、Q5/Q7不会同时导通, 提高了直接数字驱动功放模块工作的稳定性。倘若不设置死区保护时间, 如图5所示, 则Q1/Q3与Q5/Q7的栅极波形的交汇点将落在电源电压与零轴中间的电压上, 交叠时间约为74ns, 势必造成Q1/Q3还未关断时, Q5/Q7就已经导通, 从而导致场效应管的烧毁。
3.2 电源电路设计
直接数字驱动功放模块只外接+12V及+48V电源, 通过电源变换电路将外接+12V及+48V变换成所需的所有电源, 其中+5.5V由+12V电源经LM317稳压后产生, +VA1、+VA2、+VB、+VH、+VD均由开关电源产生。开关电源主要部件包括载波四分频电路、隔离电路、开关管、高频变压器、整流电路、滤波与稳压电路组成。
3.3 功放控制与监测电路
直接数字驱动功放模块采用可编程逻辑电路PAL22V10进行监测与控制, 整个监测电路的输入信号包括射频输入RF、模块故障复位REST_L、模块开通与关断信号MEN_L、桥A输出采样信号+VH_5.1、桥B输出采样信号+VD_5.1;输出信号包括模块故障输出FLT_OUT、开关电源振荡源PSCLK、场效应管控制信号BRI_A/BRI_B/BRI_C/BRI_D、开通指示信号MON、模块故障指示FAULTLED以及模块连锁故障INTERLOCK等, 如图6所示。
PSCLK与射频信号RF同步, 其不受模块控制信号MEN_L所控制, 即模块有射频源输入就启动开关电源工作, 而场效应管控制信号BRI_A/BRI_B/BRI_C/BRI_D是由射频信号CLK与模块控制信号MEN_L共同产生。当模块控制信号MEN_L为低电平时, BRI_A、BRI_D与RF同向, BRI_B、BRI_C与RF反向, 此时模块处于开通状态, 若模块工作正常, 桥A输出采样信号+VH_5.1与桥B输出采样信号+VD_5.1均为+5.5VPP的方波信号 (电源电压为+250VDC) , 桥A输出采样信号+VH_5.1经R65与C43组成的滤波网络后送至由LM339组成的窗口比较器, 在U7的5、6脚上形成2.75V左右的直流, 由图6可知, U7的7脚输入电压为+4.4V, 4脚输入电压为+1.1V。因此, U7的5、6脚的电压介于4脚与7脚之间, 则U7的1、2脚输出高电平, 模块监测电路对桥B输出采样信号+VD_5.1与桥A一样, U7的13、14脚也输出高电平, 即模块故障输入信号MFAULT_L为高电平, 表明模块工作正常。若桥A输出采样信号+VH_5.1与桥B输出采样信号+VD_5.1中任意一个高于+8.8VPP或低于2.2VPP时, 表明模块输出不正常, 将触发窗口比较器阀值, U7输出低电平至PAL22V10, 由PAL22V10将该模块关断, 并产生一个模块故障信号送至控制器。
当模块控制信号MEN_L为高电平时, 模块处于关断状态, 此时桥A输出采样信号+VH_5.1与桥B输出采样信号+VD_5.1均为零, 而模块本身并未出现故障。为防止错误报警, 在模块关断状态下, 由PAL22V10的17脚输出一个故障屏蔽信号FLTCTL信号至窗口比较器, 这样就有一个+3V左右的电压加到U7的5、6、9、10脚, 从而达到将故障信息屏蔽的目的, 即在模块关断情况下, 不检测模块工作是否正常。
另外, 模块本身在PAL22V10内部还设有断激励保护电路, 当射频信号没有或因接触不良等问题造成CLK信号没有时, PAL22V10将使BRI_A、BRI_B输出低电平, BRI_C、BRI_D输出高电平, 从而将模块立即关断, 防止感应电压将模块烧毁。
4 在多频中波发射机中的应用
4.1 与DX发射机功率模块对比
直接数字驱动功放模块与DX中波发射机功率模块一样, 均工作在开关状态下的D类, 根据D类放大器工作原理, 模块总的耗散功率主要消耗在场效应管的上升时间与下降时间, 上升时间与下降时间越长, 场效应管上消耗的功率越大, 效率就越低。从图7可以看出, 在载波729k Hz时, DX中波发射机功率模块上升时间tr+下降时间tf=66+79=145ns, 而从图8可以看出, 直接数字驱动模块上升时间tr+下降时间tf=40+41=81ns, 因此, 直接数字驱动功放模块的耗散功率较DX中波发射机功率模块下降40%以上。
4.2 应用效果
直接数字驱动功放模块与DX中波发射机功率模块外观尺寸相同, 如图9所示, 但由于采用了耐压更高、电流更大的IRFP460LC场效应管, 且耗散功率更小, 效率更高, 因此直接数字驱动功放模块最大输出高于DX中波发射机功率模块;另外, 直接数字驱动功放模块采用单独驱动方式, 不开通时, 只需很小的驱动功率, 在载波729k Hz, 直接数字驱动功放模块所需驱动功率为40×0.24=9.6W, 在200k W时开通102块, 总的驱动功率不到为1k W;而我台载波729k Hz的DX中波发射机开通102块时, 其总的驱动功率为22×125=2.75k W, 因此, 多频中波发射机整机效率也高于DX中波发射机。
多频中波发射机已先后完成了载波630k Hz、729k Hz、981k Hz、1170k Hz等频率的调试工作, 在所有测试频率中, 其频响与杂音指标均好于DX中波发射机, 而失真与其相当, 整机效率达到90%以上, 高于DX发射机最高86%的效率。
5 总结
直接数字驱动功放模块在具有体积小、效率高及直接数字驱动等特点, 作为多频中波发射机的核心部件, 为多频中波发射机的成功研制奠定了基础, 而多频中波发射机的研制成功, 打破了传统中波发射机只能播出某一固定频率的惯例, 具有十分重要的意义。
DX中波发射机功放模块日常维护 篇2
放大器的基本原理
(1) 射频功放包括五个部分包括射频激励变压器﹑D类MOS开关﹑电缆连锁﹑栅极控制电路和保险故障检测电路﹑功放的冷却设备。射频放大器模块是一个D类工作状态的四边桥式状态组成的电路。
两路射频驱动信号经过保险F3、F4送到射频激励变压器, 输入为同幅度同相位的信号, 输入给不同的MOSFET开关幅度相同但是相位相差180°。
图1所示为RF功率放大器原理框图模块分为两边工作, 分别为A和B, 和合成变压器初级形成四边形桥式电路, A中包含了一对MOS场效应开关, 每个开关由两只MOS场效应管并联组成, 功率合成变压器串接在AB边中间。每个场效应管通过来自射频变压器激励信号开控制开通或关断。所以这些场效应管在一个周期里, 一半是开通的, 一半是截止的。当射频信号为正半周时0度A边的Q1/Q3饱和导通BQ6/Q8也导通, 相反A边Q5/Q7截止B边Q2/Q4也截止, 此时正半周输出矩形波电压为+V。当激励信号为负半周180度的时候则情况正好相反, Q5/Q7截止转为饱和导通状态Q2/Q4也饱和导通状态, 此时Q1/Q3转为截止Q6/Q8也截止, 输出波形也为矩形电压也为+V, 最后在合成变压器初级两端得到了两倍的电源电压。
(2) 开关控制信号控制H形桥式电路Q5/Q7, Q6/Q8。当接通/关断为高电平时, 此时模块关断;当接通/关断为低电平时, 模块接通。Q5/Q7, Q6/Q8既受激励信号控制, 也受开关信号控制。
(3) 电缆内锁是指线路板上单独接线与相应的接头在一起, 如果模块没有插入或接头没接触良好, 电缆联锁就开路, 就会出现联锁故障。
(4) 模块上的激励保险和电源保险是用来保护功放模块单位中的其他电路, 当保险出现烧断就会在电缆内锁上出现一个低电压, 此时保险故障检测电路就会检测到故障。
(5) 在正常载波的时候, 射放模块1~102开通, 此时每个模块输出为E, 射放模块103~220则关断状态, 此时射放模块103~RF变压器次级铜棒和天线串联在一起形成了负载, 就会消耗功率, 此时对103~220射放模块来说应该为射放模块1~102提供低阻状态, 减少不良影响。
(6) 场效应管选用的是由国际整流器公司生产的增强型场效应管型号为IRFP360。具有漏源极间并联反相二极管, 驱动信号简单, 同型管并联容易等特性。
故障现象及分析处理
当射频功放模块及相关电路有故障发生时, 此时PB中机柜LED显示板上DS6 (保险故障灯) 变为红灯, 按下恢复按钮无法恢复这时就出现了保险故障, 出现保险故障共有以下四种可能。 (1) 功放模块上有的保险出现了熔断, 主要是指250VDC或射频驱动保险。 (2) 保险板上有250VDC保险出现熔断。 (3) 功放模块上的射频驱动信号出现异常。 (4) 调制编码板或控制器上相关电路出现损坏或接触不良。
故障实例
结合我台实际情况来说明维护过程中所出现的一例故障现象, 对故障检查过程进行简单的说明。
故障现象
DX-600发射机开机后PB2面板LED显示板指示保险故障灯红灯亮 (DS6) 。
故障判断
PB功放模块保险损坏或250V大保险损坏, 打开机柜分别检查7块调制编码板上DS6和各机柜功放模块上的DS1﹑DS2是否为红灯, 如果模块由红灯, 则该模块损坏。若仅调制编码板DS6有红灯指示而功放模块无红灯指示则用三用表测量该调制编码板上测试点TP2﹑TP16﹑TP17﹑TP18的电平正常值为9.5V, 出现故障时电压为5.6V或更低, 若有测试点电平不对则该测试点对应的大保险损坏, 如果大保险损坏机器功率会下降20KW左右。
故障分析
经多次实践, 在更换模块后, 可以用示波器检查250V的射频放大器输出方波, 有的方波的波形不好, 它本身的功耗就大, 容易烧毁保险。特别是在夏天的时候, 在水路没有改造以前机箱温度可达到60度极易损坏模块。在水路改造以后, 机箱温度可以控制在40以下, 模块损坏的故障率明显下降。
还有一个比较特殊的情况就是CR25会引起保险和编码板连锁故障导致关机故障, 功放模块的CR25变值后, J2-9将有一部分电流通过CR25流经到地, 这样就相当于把正常状态在的J2-9处的电压 (正常为15VDC) 给拉低了, U34-7 U34-5上的电压也相应的降低, 从而触发保险故障和电缆连锁故障比较器, 使得LED板上的射频放大器保险和编码板连锁故障指示灯亮红灯。编码板连锁故障为关机故障, 是PB关机。查看调制编码板应该有发现DS6 (保险故障灯) 为红色, 可判断故障出现在这快调制编码板这是可以测量TP2﹑TP16﹑TP17﹑TP18的电平正常值为9.5V, 发现那个测试点电压就不正常结合兔子就可以判断是哪八块功放模块。可以将这八块功放模块换下进行测量。正常功放模块CR25用三用表电阻档20K正反相测量阻值大约为无穷和13K, 如果是异常模块会出现阻值变小。
功放模块的维护
在维护发射机初期, 功放模块损坏比较严重, 修复模块需要花费大量的人力时间和精力。通过摸索, 我们发现射频驱动电平过低以及在维修是不注意一些细节是造成损坏的主要原因, 因此规范一些措施, 可以提高模块的修复率, 并取得良好的效果。
1.可以用示波器对模块输入的射频激励波形定期进行测量, 对不符合要求波形的模块进行跟换。
2.定期对射频分配板、射频驱动电缆和合成母板插头连接线的接触是否良好。
3.定期查看驱动级电感, 查看三个PB的预驱动电流是否一致, 使功放级激励波形幅度基本一样。
4.检查功放模块散热片是否与水流铜排紧密接触, 这样才能确保功放模块散热正常。
5.在维修功放模块时注意以下几个方面:
(1) 在专门的维修房间能检修。
(2) 拿新的MOS管的时候, 手尽量不要触摸场效应管的三个电极, 最好要佩戴防静电手镯, 身上不要带有静电防止击穿MOS管。
(3) 焊接的电烙铁外壳必须有效接地。
(4) 在焊接MOS管时, 时间不宜过长, 一是防止mos管因过热而导致损坏, 二是防止将功放模块的电路板上的铜箔烧坏。5) 更换MOS管时, 必须将保险损坏的一边的4个MOS管全部换掉才能有保证。完成上述工作后, 更换损坏的保险并上级实验功放模块是否正常而且还要加音周实验才能确保正常。
结束语
功放模块 篇3
数字调幅(DAM)发射机的功放模块，是构成发射机末级最重要的器件。所有射频功放都采用MOS场效应管的D类开关放大器，它不仅用于射频末级的大台阶等压功放和二进制小台阶不等压功放，还用于前置激励级和射频驱动级。
不同功率等级的DAM机，使用的功放模块数量不同，且每个模块上使用的MOS管数量也不同，但其基本原理是相同的。本文以10KW DAM机为例进行介绍。10KW DAM机共用52个“插入式”射频功放模块，1个用于前置激励级，3个用于驱动级，48个用于末级功放级(其中包括42个等压模块和6个二进制模块)。每一个功放模块用4只N沟道场效应管IRFP-350组成桥式电路。
1 功放模块的基本理论
图1是一个功放模块的方框图，它包括以下4个方面的内容：(1) D类MOSFET开关;(2)射频激励变压器;(3)栅极控制电路;(4)电缆联锁和保险故障检测电路。
MOSFET是工作于D类状态的射频放大器的主要器件。由图1可知，功放模块主要由4只MOSFET组成，其电路类似电桥，处于左上桥臂的是Q1，右上桥臂的是Q2;处于左下桥臂的是Q3，右下桥臂的Q4。Q1的射频激励信号和Q4同相位;Q2的射频激励信号和Q3同相位;前者和后者相差1800。上桥臂MOSFET的漏极连接直流电源，下桥臂MOSFET的源极接地。Q1的源极与Q3的漏极相连，Q2的源极与Q4的漏极相连，这两个连接点都处于高电位，是上桥臂MOSFET栅极激励信号的参考点。下桥臂MOSFET栅极激励信号以其源极即地线为参考点，这个参考点对其激励信号来说，是由来自调制编码器的通断信号控制。来自射频激励分配器的两等幅同相激励信号，分别送一个射频激励变压器，每个变压器分别供给相差1800的MOSFET开关激励信号。上桥臂MOSFET栅极的控制只取决于射频激励信号，即正栅压超过开启电压时场效应管饱和导通;正栅压小于开启电压或为负值时场效应管截止。下桥臂MOSFET的激励信号要受栅极控制电路的控制，即相应的场效应管受射频激励信号和通断控制信号的双重控制。
2 功放模块的实际工作原理
从图1可看出，4只场效应管组成的MOSFET开关分布于电桥的4个臂。电桥纵向对角线的上顶点接电源电压+V，下顶点接地。电桥横向对角线的左右两顶点之间接输出变压器初级和隔直流电容器。电桥左上臂和右下臂的场效应管的射频激励信号同相位，图中标示为00;电桥右上臂和左下臂的场效应管射频激励信号同相位，图中标示为1800;因此，相应的场效应管是交替截止和导通的，其交替频率是激励信号的频率，也就是发射机的载波频率。在激励信号的正半周，即标示00的场效应管处于导通，标示1800的场效应管截止。为了讨论方便，假设场效应管的开启电压很小，接近于零。Q1在信号的正半周饱和导通，Q4在栅极控制信号开通时也饱和导通，Q1和Q4串联导通电源电压+V并以输出变压器为负载。若场效应管的饱和电压降忽略不计，则+V几乎都降落在变压器初级，其电流方向是电压降的方向。在激励信号的负半周，即标示1800的场效应管处于导通，标示00的场效应管截止。这使Q1和Q4由饱和导通转变为截止，Q2由截止转变为饱导通，Q3在栅极控制信号开通时也由截止转变为饱和导通，Q2和Q3串联导通电源电压+V并以输出变压器为负载，若场效应管的饱和电压降忽略不计，则+V几乎都降落在变压器初级，其电流方向就是电压降方向。由于输出变压器初级电流在激励信号的正负两半周是彼此反相的，所以变压器初级电压在激励信号的正、负两半周极性正好相反，这表示输出电压的峰峰值是+V的2倍。在正、负两半周的电流等值反相的情况下，变压器没有直流磁化，隔直流电容器上也没有直流电位差。归纳以上分析，激励信号正、负两半周射频功放模块的导电通路及其输出电压波形如图2所示。
3 功放模块的维护与测试
3.1 故障功放模块的更换方法
在停机的情况下替换备份板较为简单，只需打开中间机箱隔门，抽出故障模块，插入替换(备份)模块即可。当缺少备份模块时，可依次抽出42号、41号……模块替换，减少对机器性能的影响。
相对难一些的是在不停机的情况下进行跳线替换。当机器正在播出时，出现功放模块故障。这时，根据DAM机功放合成的特点，分两种情况处理。在以10KW功率正常播出时，功放模块1-35号承担主要任务，典型情况下1-18号模块可输出10KW的载波功率，60%调制度时可用到第28号模块，100%调制度时可用到36号模块。例如，10KW 90%调制时1KHZ失真为0.38%，1号功放模块故障，功率降为9KW，失真为0.68%。而2-33号模块任一个发生故障，功率降为9.5KW，失真不超过2%，尤其是最后的几只模块42号、41号、40号、39号等，只有当额定功率为11KW时，正峰调制为125%时才能用到，对机器的正常播音影响很小，它的用途之一就是作为热态备份，随时供替换故障模块。
第一种情况是：故障模块编号为36-42号，此时可不处理，因为它对整机性能影响很小，仅仅是失真略有增大，可在停机后处理。
第二种情况是：故障模块编号为1-35号，这时，因对输出功率及失真有较大影响，所以需按以下步骤作跳线处理。
(1)在调制编码板上，有一列从上至下排列号为P1-P6的U形跳线组，1-42号功放模块即对应其中编号，取下故障模块对应的跳线，将备用的专用短接线一端插入该跳线的左插孔
(2)取下42号跳线，将专用短接线另一端插入该跳线的右插孔(如42号模块跳线位置已占用，可依次使用41号、40号)。
(3)在位置43的左插孔有一根专用短接线，另一端接到P15，拔出位置43上的插孔，插入到42号位置的左插孔(或者按(2)项所选跳线位置)，这样即完成模块的不停机代换，在停机后，将故障模块替换，并将所有跳线恢复。
3.2 查找功放模块的故障
射频功放模块出现故障后最常见的方法就是把正常工作的功放模块(或备份模块)放于已知的故障工作级中，来判定是放大器位置引起的故障还是功放模块本身故障。这种替代方法虽然比较保守，却具有方便快捷的特点。
当有一射频功放模块故障时，在进行模块更换、修理和开启发射机时，应该分析一下故障的原因。如功放模块A、B两部分的激励信号是否正常;放大器是否从调制编码器收到正确的开/关控制信号;功放模块的输出部分是否有短路现象;MOSFET管更换后，模块板上是否有别的损坏部分。虽然大多数功放模块故障原因与MOSFET击穿有关，仍建议采用保守的方法，免于同一位置第二块功放模块损坏或修好的模块第二次损坏。
3.3 MOSFET的测试
由于MOSFET管的栅极易于损坏，在处置它们时应特别小心，如果静电通过MOSFET管放电，则会损坏管子的栅结，所以MOSFET管日常应采用防静电包装。
测试MOSFET时，习惯上选用9V电池的1R×10K档指针万用表。
(1) 正向导通测试：第一步：把管子放在绝缘平面上，把负表笔接在源极(S)上;第二步：把正表笔接栅极(G)一秒时，GS间电阻应很大，此时GS间输入电容被正向充电，G为正电压，DS (D为漏极)应导通;第三步：在负表笔接S极的同时，把正表笔接D极上，万用表的指示值当接近于0Ω证明DS已导通。
(2) 反向夹断测试：第一步：把正表笔接S极;第二步：负表笔接G极1秒钟，GS间的输入电容被反向充电至-9V且保持;第三步：把负表笔接S极，正表笔接D极，DS间的电阻应很大，说明管子被夹断(10KW DAM机使用的IRFP-360管的反向夹断电阻应大于16M)。
通过上述正反向测量，如均正常，说明场效应管良好;若测试后，管子无“开”“关”特性即可判断其已损坏。测试结束后，管子应在夹断状态保存。
3.4 MOSFET的更换
首先将功放模块从机器上取下，根据开机时故障指示灯的指示及保险熔断的情况加以判断是哪一路的MOSFET管损坏，并拆卸下来进行测量。拆卸固定在散热片上的管子时，首先应拆下固定螺丝，然后用吸焊烙铁吸出各管脚与焊盘间的焊锡。轻晃管子使它与散热片分开。不要在焊锡未清理干净时，强行撬取，以免损坏印刷板并造成散热片破裂。拆卸管子后应检查散热垫片是否破损，如有破损应进行更换。
经测试若MOSFET管确实损坏，应进行更换。先将管子插入印刷板，把固定螺丝拧紧，然后才能焊接。焊接时，先用一根裸铜线在管脚根部绕3～4圈，使管脚完全并联在一起，焊接所用烙铁必须接地线，在焊接完成后再把铜丝拆除。焊接完成后应检查有无管脚短路、虚焊、漏焊现象。更换保险管，把维修后的功放模块上机试验。
功放模块 篇4
数字调幅发射机的功放模块, 是发射机的心脏, 它是构成发射机末级最重要的器件, 不同机型的发射机所采用的功放模块数不同, DX-10和DX-50发射机功放模块使用用情况, 如表1所示。
所有射频功放都采用场效应管的D类开关放大器, 它不仅用于射频末级的大台阶等压功放和二进制小台阶不等压功放, 还用于前置激励级和射频驱动级。
1 射频功放模块的基本原理
以哈里斯DX-50发射机为倒进行介绍。DX-50型发射机共用了143个“插入式”射频功放模块, 1个用于前置激励级, 14个用于驱动级 (D1-D14) , 128个用于功放级 (RF1-RF128) 。在射频放大级有123个等压功放模块和4个二进制模块。
每个放模块的直流电压如下:
RF1-RF123工作于+230V电源。
RF124和RF125放大器工作于+115V。
RF126、RF127、RF128放大器工作于+60V。
1.1 射频功放模块的基本理论
射频合成器和射频放大模块在合成器输出时产生射频阶梯电压, 在任何时候每个射频放大器的输出功率取决于工作模块的总数。双倍的射频放大器开启, 那么将产生两倍电压输出和四倍功率输出, 如果少数模块被开启, 那么每一个模块输出功率较小。如果大量的模块在工作, 那么每个模块输出的功率也大。
DX-50是通过12位数字码来控制射频放大器的, 如果功放状态由二进制加权的放大器组成, 那么每一位将要控制一个放大器, 并且它将要求12个射频放大器来体现该数字码, 然而当12个模块都开启时, 放大器产生的有效电压是射频峰值电压的1/2, 主一个射频电压组合器的全部射频电压被串联, 通过负载的电流是一样的, 并且峰值电主的1/2也是峰值功率的1/2, 最高的阶梯将必须达到150KW, 否则到不了75KW, 以之类推。所以, 用许多小功率的功率放大器是很有效的。
开启的放大器越多, 发射的功率就越大, DX-50用123个相同的射频电压“大阶梯”放大器和5个“二进制阶梯”放大器来形成己调制的射频包络线, 此调制射频输出由相同的电压组成, 而不是相同的能量级组成, 假定供给电压保持相同, 由于组合器的二次线圈是串联的, 在组合器上感应的射频电压将按放大器开启的数量按级增加, 合成器的阻抗一般为8欧姆, 射频电压的增长, 将增加组合的射频电流和增加功率, 来自于每一放大器模块的功率输出, 依赖于发射机开启总放大器的数量。
每个射插放大模块是一个典型的D类开关放大器, 用4对N沟道场效应管组成桥式电路。场效应管采用塑料封装, 固定在散热片上。
功放级可以看作一个数模转换器, 那里输出的是一个高功率的己被调幅的射频信号。
来自射顿撒励分配器的两个等幅同向激励信号, 分别送给一个射频激励变压器, 每个变压器分别供给给相差180度的的MOS开关激励信号。
1.2 射频功放模块的工作原理
放大器由8个场效应管组成4个MOSFET开关分布于电桥的4个臂。相应的场效应管是交替截止或导通的, 其交替频率是激励信号的频率, 也是发射机的载被频率。
2 射频功放模块的故障排除
2.1 MOSFET的处理
由于MOS管的栅极易于损坏, 在处置它们时要特别小心, 如果静电通过MOS管放电, 则会损坏管子的栅级, 例如1个人走在地毯上去检取一无防静电包装的MOSFET管, 将会使MOSFET管损坏。一个人在毛毯上走过时会在身上产生静电, 这些静电最终将放电, 对MOSFET管的放电将会损坏MOSFET管, 但电路中的管子不会受此损坏。MOSFET管运送时来用防静电包装, 直到应用这些管子或测试时才应拆开包装。
2.2 MOSFET管的测试
测试MOSFET管时可以用万用表欧姆档进行测试, 但是用时应注意, 若万用表蓄电池电压太低。 (3V以下) 或太高 (20V以上) 则此表不能用, 电池电压太低不能对MOSFET管进行在常检测, 电池电压高则很可能会对MOSFFT管造成损坏。可利用9V电压供电的数字万用表, 例如FLUKE 70型万用表, 或者是模拟万用表, 如MF47型, 使用10K档可安全测试。
当维修射频放大器时, 建议的半个模块中的四个场效应管全进行更换, 使四个中仅有一个或两个损坏, 其余的场效应管很可能己内部受压损坏, 当重新供电时会出现故障。
放大器上的一半保险丝熔断不影响另一半工作。
场效应管测试:
(1) 场效应管正常。
红接G、黑接S一两秒后, 红接S、黑接D, DS电阻应大于40M欧姆。
(2) 场效应管击穿。
红接S、黑接D, DS电阻很小, 被击穿。 (可在功放板上测得) 。
总结:场效应管以DS判断好坏。
2.3 MOSFET管维修实例
故障现象:发射机前面板射频放大器 (RF AMP) 红灯报警, 射频放大板DSI红灯报警。
故障判断:保险坏或场效应管换。
维修过程:停机后检修, 首先将有故障的放大模块更换下来, 在路检查保险管是否熔断, 检查场效应管是否击穿。如击穿, 更换场效应管。
场效应管的更换应先拆卸散热片, 拆卸散热片后, 检查散热垫片是否损坏, 更换损坏垫片。保存好场效应管的铁氧体环。
测试场效应管“开”“关”特性或是否击穿判断管子好坏, 更换场效应管后, 将铁氧体环安装到原管脚处, 把管子插进PCB板, 装上散热片并调整好散热片位置, 直到散热片位置调整并安装好后, 才能焊接场效应管。
焊接场效应管应注意所选烙铁必须接地线, 焊接完后, 检查有无管脚短路, 虚焊, 漏焊现象, 并注意更换熔断的保险管。维修后, 将维修的射频放大板安装回发射机, 并开机测试。
注意:MOS管可在射频放大板上直接在路测试正反向电阻, 以判断场效应管的好坏。
2.4 检查射频放大模块工作状态
射频放大模块是否修好最普遍的方法是把修好的模块代换至造成运行的发射机模块处, 并加电测试。这样很快就能告知你是模块位置引起的故障还是放大模块本身的故障。
当发射机出现故障, 在进行维修时, 应多观察, 多留心, 多想一下到底是不是发射机故障的原因。如维修射频放大模块时, 射频放大器的A、B两部分激励信号是否正常, 放大器是否从调制编码板收到正确的开、关信号, 放大器的输出部分是否有短路现象, 场效应管更换后, 模块上是否有其他元件损坏, 虽然大多数放大器故障都是场效应管击穿所致, 但仍应检查其他问题, 以免同一位置、同一故障多次反复出现, 并避免场效应管的第二次损坏。
3 结语
现在电子技术的发展方向是模块化, 集成化。而作为DX发射机的核心技术功放电路更是不断更新进步。为保障设备的稳定工作播出, 只有掌握功放模块的原理与维护, 才能更好的为广播电视事业服务。
参考文献
[1]河南人民广播电台播出部.哈里斯中波发射机技术手册[M].洛阳:河南人民广播电台, 2009.
功放模块 篇5
从发射机电路原理图分析, 影响功放正常工作的三个主要原因是:1、射频激励信号幅度、相位异常。2、功放打开关闭的控制信号异常。3、输出网络失配。
一、首先检测射频激励信号
发射机对射频激励信号要求较严, 幅度过高、过低或相位偏差均有可能造成功放模块烧损。
1、将发射机功放模块230V保险断开, 即将A24板F1～F7保险断开, 防止在检测中功放模块再次烧损。
2、将发射机功放模块机箱后面板打开, 使用示波器检查功放合成母板功放模块连接器53/54, 49/50脚射频激励信号幅度、相位, 正常。
二、检测功放打开/关闭控制信号
1、测量调制编码板B+、B-电压。在测量时发现B+、B-保险管座两边电压相差0.5V、0.6V, 打磨后压差为零。
2、载波情况下, 测量调制编码板B+电压为4.96V。10KW时, B-为-3.71V。0KW时, B-为-2.71V。且升降功率B-变化正常。在加调制度M=1时, 测量B-电压变化符合技术要求。
3、测量调制编码板功放模块打开关闭控制信号。如图1所示测量A点电位, 功放模块打开时, A点电位为-1.15V, 关闭时为1.13V左右。正常。
三、检查发射机的输出网络和天馈阻抗
发射机的输出网络由二阶带通网络与T型阻抗匹配网络二部分所构成 (见图2) 。输出网络将功率合成器输出的低阻抗 (4Ω) 变换到50Ω输出阻抗, 阻抗变换分2个步骤完成:带通滤波器级和输出网络级。带通滤波器级的作用是滤除掉由RF放大器产生的多余的“台阶”和不希望输出的频率来完成D/A变换。它的另一个作用是将合成器的输出4Ω阻抗匹配到50Ω。T形输出网络用于发射机和天线网络系统匹配。它有“调谐”和“负载”两个调整线圈来完成匹配, 同时衰减谐波。
1、为排除发射机可能出现的窜扰, 在发射机输出网络机箱焊接一宽度为10cm铜带与地线连接。2、测747KHz发射机馈线阻抗 (发射机出口) :46+j3.3。3、到调配间先测天线阻抗747KHz:42+j22, 1467KHz:240+j280。4、测量天线经调配网络后的阻抗1467KHz:48+j8, 747:45-j2。5、整匹配网络实部、虚部后调配后1467KHz:50+j2.7。747KHz:50Ω-j0.3。6、回到机房测量发射机出口阻抗747KHz:50.4+j2.3, 无需再调整。1467KHz:58.3+j6, 在机房1467KHz发射机出口测量, 在调配间调整匹配网络后50-j0.3。7、如图 (2) 所示的是发射机输出网络示意图, 将A点断开, 测量T网络, 微调L103、L104线圈使之成50Ω。测量C点阻抗为3.0Ω-j5.6, 微调L101、L102抽头, 使C点阻抗为4.0Ω左右。8、给发射机加电, 上高压, 保持功放打开18个模块, 微调负载线圈L104、调谐线圈L103使天线零位、网络零位指示最小, 电流指示最小, 此时电流表指示47A。9、微调L101抽头, 观察电流指示变化不明显。微调L102抽头使电流表指示最大, 为50A左右。10、发射机加电, 带调制信号播出, 工作半小时后触摸功放模块温度正常。至此排除发射机故障。
综上所述, 这次模块发烫烧损原因是输出网络失配造成的。这种检测方法亦是检测大规模功放模块烧毁的一般方法。2012年1月12日, 1125KHz10KW数字全固态中波广播发射机亦出现类似故障, 根据上述方法快速排除故障, 恢复主机播出。
摘要：本文通过维护747KHz10KW数字全固态中波广播发射机大规模功放模块的损坏故障, 给出了检测这类故障一般方法。
关键词：功放模块,输出网络失配,调制编码板B+,B-电压,打开关闭控制信号,天调网络
参考文献
[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护.中国广播电视出版社, 2002-9-1
[2]林春方.高频电子线路.电子工业出版社, 2010-1-1
功放模块 篇6
1 不同位置的同一功放模块多损坏
1.1 绝缘体有损伤
在多次出现故障修理好后的中波广播功放模块上, 在焊接过程中, 某一地方的焊接点很可能会产生焊接的碎渣损伤绝缘体, 同时, 模块本身散热体上的毛刺也可能会损伤绝缘体。绝缘体因为被损伤而失去了绝缘效果, 模块便很容易出现故障。
1.2 开关电路故障
在检查故障的过程中, 不仅要检查模块故障, 还要检查开关电路故障。模块开关中的器件被损坏也是功放模块故障的一种。检查器件的状况后, 如果是场效应管击穿, 则需要专门检查电路, 分析故障原因。
1.3 射频推动信号不正确
一般情况下, 出现这种情况的原因有2种, 分别是推动信号电平错误和推动相位错误。出现这种情况的只有模块, 所以, 需要重点检查推动变压器, 如果模块的这些器件是损坏的, 或者这些器件没有起到作用, 那么, 就会出现信号错误的情况, 导致场效应管被损坏。
1.4 模块板上存在虚焊
在维修过程中, 容易发生焊接失误导致的虚焊、连焊等情况, 所以, 在焊接过程中, 一定要根据标准焊接, 注意不能发生焊接失误的情况, 虚焊和开路的情况尤其不能出现在推动变压器上。
2 同一位置功放模块连续损坏
2.1 射频推动信号不正确
出现这种情况要考虑以下几方面的内容, 即电平幅度和一般相位为0, 模块的推动信号相位在5度以内, 电平为23VP-P左右。一般情况下, 发生问题的原因是射频推动电缆故障或者某处接触不良, 一般出现这种情况的位置是射频分配板或母板。
2.2 漏极相位不正确
模块场效应管漏极转换波形的相位差和射频推动信号相位差一样都是在5度以内, 不只是驱动信号导致漏极相位超标, 其他因素也是导致漏极相位超标的原因, 比如插接接触不良、射频输出环形变压器存在问题或者是射频功放补偿线圈插头错误等。上述原因导致模块在工作过程中, 其自身温度要比其他模块高。
2.3 输出变压器故障
如果变压器被损坏, 则射频输出就无法被耦合到功率合成器, 模块就无法正常运行。所以, 在检修过程中, 一定要详细检查变压器, 看磁环是否损坏, 如果变压器出现打火现象, 就需要维修。
2.4 控制信号不正确
每个模块的电平接收到的功放信号应该是一致的, 所以, 如果开关的电平出现问题, 也会导致模块发生故障。编码板上的驱动电路比较容易出现这种问题, 因此, 可以通过与其他开关信号的对比判断其是否出现了错误。
2.5 模块插座接触不良
如果模块插座接触不良, 就会导致模块板上插接处出现打火拉弧痕迹。插头在维修的过程中, 因为要经常拔插, 就会导致器件损伤, 导致接触不良的情况发生, 所以, 要尽量避免拔插插头。同时, 在检修的过程中, 要注意维修模块上的插件。
3 随机位置连续出现模块损坏
3.1 A/D转换器的器件位置不当
在运行过程中, 没有设置好A/D转换器的器件位置是导致模块经常发生随机故障的原因。如果调到高调幅度, 将会导致高台阶的功放极易被损坏, 所以, 要注意检查A/D转换板是否存在故障;如果设置不正确, 就会影响发射机的正常工作, 而发射机要想正常工作, 其重点是设置好它的位置;如果在此过程中出现问题, 就会出现连锁反应。开关损坏, 就会大大提高场效应管被损坏的概率。
3.2 调制B-电源设置不当
如果这类装置存在问题, 就会导致功放模块被损坏, 因为调制B-电源可以补偿模块的开关时间。一般这种设备在出厂之前已经调整过了, 所以, 在使用过程中, 不需要做较大的改动。
3.3 驻波保护电路调整不当
如果驻波保护电路使用不当, 就可能会出现保护作用失效的情况。当功放模块受到外界驻波的冲击, 比如天线或网络等, 就会导致模块被损坏, 所以, 要检测驻波保护电路能否起到保护的作用。
3.4 过载保护电路调整不当
如果过载保护电路使用不正确, 也可能会损坏功放模块。因此, 可以通过检查显示板电位器来判断电压是否符合相关规定。
3.5 发射机输出网络失谐
发生这种问题会降低功放效率, 使得功放模块因为热量过大而被损坏。
3.6 冷却气流不足
气流是散热的关键, 不能提供充足的气流就会导致模块过热, 从而使模块的器件失效, 模块也会因为散热不足而损坏。
4 总结
通过分析中波广播发射机3方面的故障, 基本概述了功放模块存在的故障问题和故障发生的原因。因此, 当中波广播发射机功放模块发生故障时, 要对其故障原因进行分类, 分析故障属于哪一类别, 然后再做进一步检查。本文简单分析了不同类别故障的维护处理措施, 并提出一些注意事项。
广播是国家和社会各机构的重要宣传手段, 是社会主流的传媒介质, 而广播发射装置是发射广播的关键条件。中波广播发射机是广播发射装置的核心设备, 所以, 处理中波广播发射机的故障是保证广播发射顺利进行的重要保障。为了更好地解决中波广播发射机出现的故障, 需要总结已经出现的故障, 并根据过去的经验总结出高效、快速的故障解决方法, 进而为中波广播发射机正常工作提供保障。
参考文献
[1]范国安.DAM中波发射机功放模块的常见故障分析[J].科技资讯, 2010 (13) :47.
[2]陈璐.中波广播发射机功放模块常见故障原因分析[J].科技创新导报, 2011 (29) :109.
[3]李永红.中波台发射机故障分析与维护[J].西部广播电视, 2014 (11) :131.
功放模块 篇7
1. DAM中波发射机功放模块电路结构
通过DAM中波发射机功放模块电路原理图(见图1)可以看到,由8个(IRFP350) MOS场效应管组成的桥式开关放大器,分为2个半桥,A半桥包括V1、V3、V5、V7,B半桥包括V2、V4、V6、V8。V1、V3 (V2、V4)源极和V5、V7 (V6、V8)漏极的连结点是半桥的输出端,每个半桥有一个驱动变压器T1 (T2)及用于控制模块开通与关断的三极管V9、V11、V13 (V10、V12、V14)。
2 DAM中波发射机功放模块工作原理
由功放模块的电路分析得出,开/关信号对功放模块的控制是作用在桥式放大器下端二组MOS管V5 (V7)、V6 (V8)的驱动信号上。开/关控制信号为TTL电平,当低电平信号(-1～-5 V)输入时使V11和V12饱和,而V9、V10、V13、V14截止,驱动变压器次级的推动信号能顺利馈入V5 (V7)、V6 (V8)的栅极,所以功放模块开通;当高电平信号(+1～+4.8 V)输入时使V11和V12截止,而V9、V10、V13、V14饱和导通,驱动信号通过V19 (V21)和V20 (V22)短路通地,V5 (V7)、V6 (V8)截止,功放模块处于关闭状态。,
当功放模块开通时,同幅同相的射频驱动信号将加在2个半桥驱动变压器初级绕组上,由于2个变压器的次级绕组同名端接法相反,会在V1、V3 (V5、V7)和V2、V4 (V6、V8)的栅极上产生2个有180°相位差的激励信号,使得2个半桥MOS管交替工作在截止和饱和两种开关状态下,并在极短时间内快速切换,所以最终在两个半桥输出端将产生两个幅值等于电源电压的反相方波输出信号。
3 测试仪构造及测试方法
根据DAM中波发射机功放模块的工作原理,利用晶体震荡源产生1 MHz信号,经多次放大整形,得到峰峰值为42V,频率为1 MHz的激励信号,通过射频同轴电缆将其接入模块2个RF输入端;利用LM7805和LM7905构成的稳压电路输出±5V,通过拨动开关选择性接入模块控制信号输入端(开通时接入-5V,关闭时接入+5V);将36V开关电源输出接入模块2个电源输入端,充当直流供电。将上述所有电路组成部分放置在一铁箱中,并在箱顶固定一个模块插槽,根据功放模块电路设计,把所有信号线缆焊接到对应插槽引脚上,便构成了的测试仪(见图2)。
测量前,需先用万用表简单测量确认功放模块场效应管及保险丝是否完好,然后将其按方向要求插入插槽,方可接通电源开始测试。将双踪示波器的2个通道的探针分别接在模块2个RF输出端的插槽引脚上,若模块正常,当模块关闭时,应当没有信号输出;当模块开通时,我们在示波器上能观察到2个反相、峰峰值等于36V左右的方波信号(见图3)。哪路信号波形异常,则对应半桥的开/关控制电路或射频驱动电路必然存在故障,需进一步测量排查。
4 结语