集成运算放大器在DX发射机自动增益控制中的作用分析

万学军 毛学英

国家新闻出版广电总局953台

摘要:自动增益电路（AGC）是DX发射机射频驱动重要的组成部分，而构成AGC电路的集成运算放大器在其中扮演着重要信号的处理功能，掌握工作原理，能有效解决自动增益电路发生的故障，并且提出彻底的解决办法。关键词:驱动编码板 自动增益 集成运算放大器 故障原理 解决办法1 引言DX-200发射机和PB200单元是大功率DX中波发射机的最小功率单元，实际上就是一部单机，输出高（200kW)、中（100kW)、低（50kW)三个等级功率。其驱动级编码板主要功能是向预驱动级及14块驱动级放大器模块提供接通控制信号。驱动级编码图利用可编程阵列逻辑器件(PAL)，按所需要的输出点对各个驱动器进行编程。所使用的两个PAL器件为：左路驱动器(LDRIVER)，它是为包括预驱动级在内的左侧驱动级列上的驱动器进行编程；右路驱动级(RDRIVER)，为右列的各驱动器编程。它还可监测射频驱动电平以及提供缓冲器、预驱动级和高/低驱动故障检测和表值信号。2 工作原理驱动编码板输出信号种类有几种，当控制器收到开机请求时，驱动级编码板逻辑电平将使几块固定驱动射放、波段开关驱动射放、AGC驱动射放、预驱动射放以及编码板输出各驱动射放都接通。接通射频驱动射放数量是由驱动级电平波段数据、驱动级AGC比较器等信号决定。当开机请求去除时，预驱动级和所有射频驱动射放都关断。射频驱动电平检测电路，从射频分配板来的一个射频驱动取样信号加到驱动级输入电路，这个电路将各个射频放大器的输入信号进行模拟处理，电路输出接到一个驱动整流器上，将射频信号转换为一个正比于加到所有射频放大器去的射频激励电平的直流电压。直流电压加到一个高驱动电平比较器和一个低驱动电平比较器上。如果射频驱动电平太高，会由高驱动电平比较器检测出来，并向控制板发出驱动电平高的故障信号。如果射频电平太低，会由低驱动电平比较器检测出来，并向控制器发出驱动电平低的故障信号。同样直流电压还接到四个驱动级AGC比较器上，它们输出信号是用作驱动级编码器逻辑电平去控制各AGC驱动射放。这个直流电压还加到一个取样缓冲器上，这个缓冲器为驱动多用表电路提供了一个驱动级取样信号。驱动级自动接通/关断比较器和驱动级自动选择开关都安装在这块板上，但是在这个组件中都没使用这两个功能。驱动级放大器控制使用两只为14块驱动级放大器提供接通和断开控制电压的PAL。使用它们是因为在整个频段有大约21Vp-p的射频驱动电压加在所有220块大台阶和4块二进制射频放大器上。驱动射放D1至D7总是处于导通状态，驱动射放D8至D10是由发射机实际工作的载波频率决定的，驱动射放D11至D14是AGC系统中的部分。驱动射放D1～D6控制，无论何时当有+5V电源时，D1～D6的输出都将为逻辑高电平。这些驱动射放将总是处于导通状态。驱动射放D7的控制，无论何时当有+5V电源时，D7输出就为逻辑高电平。这个驱动器将总是处于导通状态。驱动射放D8～D10控制，用于外部驱动电平控制的第0位(最低位)和第1位(最高位)驱动电平输入端由J9端子进入到板上。它们是被连在PAL内部的一个编码器上，根据输入的电平来控制驱动器D8～D10。当不使用外部驱动电平控制时，J9-21和J9-23端子被吸收电阻R30保持在高电平上。当输出端为逻辑高电平时，驱动级射放就接通。驱动射放D11～D14控制，这些驱动射放都是由从比较器来的AGC0至AGC3输入端控制。在对这些驱动射放的控制中也使用了发射机开机允许控制和运行状态(RUN STATRS)两个输入端的信号。当功放单元第一次接通时，发射机开机允许控制输入端为逻辑高电平，运行状态输入端也为逻辑高电平。在步进起动过程中，在这点，由或门将D11和D12接通，由与门将D13和D14关断。在步进起动程序已经使运行接触器得电后，运行状态输入端将变为逻辑低电平。如果几个AGC输入端中的任何一个变为逻辑高电平，那么相对应的那个驱动器输出也变为逻辑高电平，并接通相应的驱动器。当功放单元关断时，发射机开机允许控制输入端将为逻辑低电平，所有的驱动器都将关断。如图1自动增益控制图所示，驱动级电平检测器，从射频分配板来的射频取样信号加到一个电压跟随器上，这个信号可以通过测量TP7的波形和电压水平测出。驱动级AGC，从TP7来的射频激励电平直流电压接到一个缓冲放大器U20A上并加到由U20C组成的一个差分放大器的一个输入端上。这个差分放大器的另一个输入端是一个由R100设置的可调AGC直流电压。差分放大电路是由两个晶体管组成的对称结构放大电路。在理想情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因此，两管的静态工作点也必然相同。差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显着特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。

图1自动增益控制图

U20的10端口输入电压的变化范围，可以通过计算可调电阻的分压范围来计算，可调电阻的电压调节范围：

其中Ad是差模增益，Ac是共模增益。在这里Ad=Rf/R1=47K/10K=4.7对于完全对称的差分放大器来说，其Ac = 0，故输出电压可以表示为:输出信号强度：Vout=Ad(V1-V2)=4.7×（V₁-V₂）其中V1的变化范围为Vmin≤V1≤Vmax，V1变化范围为射频取样信号电压的强度。在这里，集成运算放大器起到通过可调电位器的电阻变化，做到无跳变的调节射频取样信号的输出电压，而且对差模信号进行放大，使得调节更加灵敏。在整个频段，这个电位器可以对直流电压进行调整使加到所有224块射频放大器上的射频激励大约为21Vp-p。差分放大器输出又被连到四个电压比较器上。从TP7来的射频激励电平直流电压（开机实际测量为4.74V，关机为0V）还被加到输出端子号为AGC0至AGC3的四个比较器同相(+)输入端。这些比较器反相(-)输入端作为阀限电压输入端，连接到由电阻分压器提供+2V、+3V、+4V和+5V上。当差分放大器输入电压高于每个比较器输入阀限电平时，比较器输出将为逻辑高电平。当差分放大器输入电压低于每个比较器输入阀限电平时，比较器输出将变为逻辑低电平。这四个输出电平是供右路驱动级的PAL使用，控制着D11至D14 4块AGC驱动射放。如果TL074出现故障，影响到整个AGC电路的正常工作，所以必须解决运算放大器的可靠性问题。3 驱动级电平故障检测运算放大器在驱动故障检测中也发挥着重要的作用，用来比较射频信号的幅度大小，如果射频激励信号的电平电压升高到基准电压以上，发出高驱动故障，如果射频激励信号的电平低于基准电压，发出低驱动故障。从TP7来的射频激励电平直流电压还接到高驱动故障比较器反相(-)输入端。在TP5处的高驱动故障比较器同相(+)输入端，由高驱动调整旋钮R84设置这点的基准电压。通常同相(+)输入端电压比反相(-)输入端电压要高，比较器输出将为逻辑高电平。如果射频激励电平直流电压升高到基准电压以上，比较器输出将变为逻辑低电平。这就给接在J3-11控制器发出一个高驱动故障信号低电平信号，就是一个过荷故障。从TP7来的射频激励电平直流电压还被接到低驱动故障比较器同相(+)输入端。由低驱动调整电位器R86设置比较器反相(-)输入端，即在TP6处的低驱动电平的基准电压。通常同相(+)输入端电压高于反相(-)输入端电压，比较器输出为逻辑高电平。如果射频激励电平直流电压下降到基准电平以下，比较器输出将变为低电平。这就给接在J3-13控制器发出一个低驱动故障信号低电平信号，也是一个过荷故障。在功放单元关断期间，晶体管Q6是用来解除低驱动故障比较器的。当功放单元关断时，发射机开机允许控制输入为逻辑低电平，CR3正极由反相器U16A箝位在逻辑高电平上。电容器C36通过一些电阻充电，晶体管导通。晶体管集电极和比较器反相(-)输入端被箝位在逻辑低电平上，不能再进行低驱动故障检测。当功放单元接通后，发射机开机允许控制输入端将变为逻辑高电平。这样将对二极管进行反相偏置，使得电容器可以通过晶体管Q6基极放电，晶体管慢慢截止，比较器反相(-)输入端的基准电压逐渐升高，使低驱动故障比较器工作。这个时延使得在步进起动过程中射频激励系统有足够时间达到正常工作参数值。

图2高驱动低驱动检测电路

驱动射放D7～D14不能被接通，如果这些驱动器中一个或全部都不能被接通，按下列方法检查：将驱动器测试跳线JP9置于测试位置，测量PAL的D7～D14输出，如果以上输出不是都为逻辑高电平，就更换这只PAL，如果输出都为高电平，测量反相器输出。在J1所有输出端应该为-1.4V，如果有一个不是这样，就要更换这只反相器，如果出现负电压，检查J2接头，并参考驱动级功率合成器故障检修部分继续查找，测量加到PAL的AGC信号输入位置。当功放单元关断时，所有输入端都应该是逻辑高电平。如果不是这样，就要更换U14和U20，将驱动级测试跳线还原到正常位置。在步进起动过程中，测量发射机开机允许控制信号状态。在功放单元开机时，在J3-1这个输入应该变为逻辑高电平。激励过高检测，将功放单元关断，接通低压，进行下列故障检查：在本板J3-11上测量输出电平，测得为逻辑低电平就说明有故障，如果此点为低电平，将J7从板上拔下，再测量输出电平，如果此点变为高电平了，可能存在接线、功放单元接口或者控制器等故障，如果此点仍为低电平，检查TP5的电压。如果这点电压比TP7要正，(功放单元关断时TP7应该为0V)，那么就更换U17。如果比较器检查正常，那么可能是驱动级取样故障，在步进起动期间，检查输入端J7射频驱动分配器的射频取样电平，如果这点电压比正常时要高，检查驱动器编码器上的变压器组件和相应的电路以及取样连接和连到驱动级编码器的电缆。激励过低检测，将功放单元关断，只将低压接通，进行下列检测：在本板的J3-13处测量输出电平，若测得为逻辑低电平就说明有故障，将J7从板上拨下，再测量输出电平，如果此点变为逻辑高电平了，说明故障存在于接线、功放单元接口或者控制板中，如果输出为低电平，在步进起动期间进行下列检查，比较TP7和TP6电压，TP7应高于TP6电压。如果是这样，输出仍然是低电平，就更换U17，如果比较器检查正常，那么可能驱动级取样有问题。跨过输入端，在步进起动过程中，检查J7上射频驱动分配板射频取样电平，如果这点电压比正常值低，检查驱动编码板相应电路以及取样连接的电缆。4 总结运算放大器在驱动编码板中的自动增益控制，故障检测中起着信号比较处理，控制信号的发出，故障信号的检测作用，所以在日常的维护和故障处理中，掌握运算放大器工作原理及加大对运算放大器相关的测试点检测和维护，将故障和异态处理在萌芽中，可减少发射机的故障率，确保设备安全稳定运行。

参考文献

[1] 李天德，《广播电视发送与传输维护手册》DX型大功率中波发射机第4分册，北京,国家广电总局无线电台管理局；2000[2] 吴立新，《实用电子技术手册》，北京，机械工业出版社；2003[3] 李妍, 姜俐侠，《数字电子技术(第3版)》，大连，大连理工大学出版社；2009 作者简历：姓名：万学军 单位：国家新闻出版广电总局953台职务：维修室主任 职称：高级工程师手机：13596322682 传真：0432-65063295电子邮箱：249336357@qq.com 编辑：中国新闻技术工作者联合会