DX-200中波发射机的调制编码板对功放模块的控制分析及维护
杨永德
（国家广电总局763台）
摘要 本文深入分析了DX-200中波发射机的调制编码板上射频功率放大器的开关控制信号形成，以及编码板输出驱动器对射频功率放大器的“开/关”有效控制过程，并对调制编码板的日常性维护提出了几点建议。 关键字 DX-200发射机 调制编码板 开关信号 输出驱动器 控制分析 维护 1 前言 DX-200发射机是美国Harris公司生产的数字化中波调幅发射机，它取消了传统的高电平音频功率放大器，直接用数字音频控制信号在射频功率放大器末级实行高电平调幅。一部DX-200发射机有220个射频等压功率放大器和4个射频补偿二进制功率放大器（其输出射频电压是每个等压功率放大器的1/2、1/4、1/8、1/16），有7块调制编码板，其标号是A25~A31，调制编码板输出的开关控制信号是224块射频功功率放大器（以下简称“功放”）模块“通/断” 的控制信号，因而编码板上由数字音频信号形成的开关控制信号和控制信号输出的驱动器显得尤为重要。 2 开关控制信号的形成 发射机在工作时，在发射机模拟输入板由确定载波电平的直流控制信号和用于调制的模拟音频信号，加上少许的抖动信号（即72kHz的超音频三角波信号）形成的复合模拟信号，经过模/数（A/D）转换板被转换成一串12位（Bit-比特）的复合数字音频信号，即从B1~B12十二个二进制数据流。12Bit的数字流音频信号送到调制编码板的编码器编码转换，获得相应“数字音频”大小的数字音频编码控制信号，再经编码板驱动器电路控制输出，成为等压功放和二进制功放模块的“开/关”信号。 12Bit的数字音频信号在调制编码板简化通路如图1所示，来自模数（A/D）转换板的12Bit“数字音频”信号首先输入锁存器U49和U50，他们都是8为D触发器，各用6位，U49对应于高6位，U50对应于低6位。之后把低4位B9~B12输入到低4位锁存器，把高8位即B1~B8输入到高8位锁存器，这些锁存器都是D触发器，但分别使用了4位或8位。低4位锁存器的4路输出接到4个或门，这4个或门的另外4个输入端由削波信号控制，用来消除高调幅峰点时补偿二进制小台阶产生的杂音。4个或门的输出经跳线和开关K输入到编码输出驱动器TSC4423，4个驱动器并行输出4位二进制数据B9~B12，直接控制4个二进制小台阶射频功放。 每块编码板的高8位锁存器虽然有8位输出，但它要控制的大台阶功放模块数是28或32，因为8位数字化信号的高电平数最多只有8个，不能直接控制这么多的大台阶功放，所以要针对所控功放数重新编码。为此，每块编码板高8位锁存器所输出的8位数字化信号，分别并行输入到4个只读存储器（ROM），这4个ROM是可编程的低功耗EPROM。其编程方法是：用12Bit高8位256个“字”的一大部分作为地址，编成220个大台阶射频功放的开关控制信号。对每块编码板来说，4个ROM要输出28或32路开关控制信号，A-25编码板为28路外，其它6块编码板都是32路，这样，总输出6×32+28=220路，每开通1个大台阶功放，就要输出1个高电平控制信号。每个ROM之后接一个锁存器，即8位D触发器，D触发器输出端的每路开关信号都分别经过一个“U”型跳线输入到编码输出驱动器TSC4423，驱动器输出就是大台阶功放模块的开关控制信号。 3 输出驱动器及控制功放分析 通过以上分析可知，数字音频控制信号经过编码板输出驱动器TSC4423成为224块功放模块的开关控制信号。调制编码板上每块驱动器TSC4423集成块有两路输出，DX-200发射机有7块调制编码板，共使用112块TSC4423集成块，输出224路“开/关”控制信号。为了更加明晰驱动器对射频功放“开/关”的控制过程，我们先从驱动器工作时用到的B+和已调制B-电源说起。 3.1 驱动器电路的B+和已调制B-电源 在编码输出驱动器电路中，用到了已调压的B+电源和受音频调制的B-电源，B+和B－电源的形成过程如图2所示。在调制编码板未调压的B+电源是+12V，经过保险、调压器和输出保护电路后输出的B+电压为+7.2V，即调压器的电压降为4.8V。在B+电源+12V到+7.2V之间还有另一路充当备份的“旁路保险和调压”设备，当主用电路故障时自动倒备份。在发射机音频输入板形成的一路“音频+直流+抖动信号”的复合信号通过预失真网络对电压为“-12V”的B-进行非线性调制，调制后的B-经过调制编码板放大器放大并将平衡输入转换为不平衡输出，放大后的输出信号接到B-调压器的同相输入端，其实该调压器就是一级运算放大器，运放的电源是未经调压的±12V，B-调压器反相输入端所接的控制信号可以调节输出B-电压的大小。从调压器经保险保护电路输出的电压在载波情况下为B-=-5.9V。调压后的B+和B-分别经过各自的故障传感器输出“电源故障检测信号”，用做保护及报警。 3.2 输出驱动器与功放控制电路 在上面图1所示编码板简化通路中，数字音频信号由ROM编码，再经过锁存器和跳线输出的是大台阶控制信号；由或门经过开关S1，输出的是二进制小台阶控制信号。这两种开关逻辑信号都是0～5V的TTL电平。为了把TTL电平的逻辑信号转换成适合于射频功放“开/关”的控制信号，在每一个射频功放的编码板控制输出电路中都要设置一级编码输出驱动器电路，其电路如图3所示。 由图3右边电路可见，编码输出驱动器由两个场效应管F1和F2串联组成，来自跳线或开关K的逻辑控制信号，通过直接耦合的反相放大器（V1）和同相放大器(V2)分别给F1和F2管的栅极G1和G2输入控制信号。F1管的漏极D1接B+电源约为+7.2V，F2管的源极S2接地。F1和F2的串联点，即S1和D2的连接点A是驱动器的信号输出端，其输出信号经电阻分压器接到射频功放的栅极控制电路。另外，在驱动器电路中，F1管漏极D1接B+电源，在编码器TSC4423输出分压电路用到已调制的B-电源。 如图3左边电路所示，射频功放管的栅极控制电路主要由PNP型电子开关和NPN型电子开关组成。编码输出驱动器的输出端输出的“开/关”控制信号，是功放栅极控制电路PNP和NPN两个电子开关的基极控制信号。 3.3 输出驱动器电路对射频功放的控制 输出驱动器在控制功放模块“开/关”实现高电平幅度调制时，对于正峰调制的峰值，功放单元需要输出高的射频电压（功率），这就需要大量的射频功放接通工作；在100%的负调制峰点时，它对应于射频功放的射频电压（功率）输出为零，所有的射频功放都关断。可见，发射机在高调幅负峰区，已经合上的射频功放数很少，累加一级或减少一级功放使该级所要通断的电流很小，即使很快地“关/合”一级功放也不会导致太大的电流变化率；但是在高调幅正峰区，由于所合射频功放数很多，接近于所有功放的极大值，累加一级或减少一级功放是该级所要通断的电流很大，假如快速“关/合”一级功放将导致很大的电流变化率。在合上或拉开很大射频电流的情况下，电路中的微小感抗参数和很大电流变化率相结合，都可能产生暂态过压。这种暂态电压在衰减过程中将导致噪声输出。要抑制这种噪声，需要减小电流变化率。由于大电流是不可避免的，可以减小电流变化率的唯一出路只有促使驱动器在控制模块“关/合”时拉合大电流的时间适当加长。为此，在驱动器电路中特别应用了受音频调制的B-电源，从而有利于控制导电时间出发，通过以上对电源的分析，我们知道B-电源受音频信号的调制是非线性的。不同功率等级的受调B-电源的典型数据如表1所示。 在±100％调幅情况下驱动器的输出电平： 表1：三种受调B-电源的典型数据
| 功率等级（kW） | 1 | 10 | 200 |
| m=+100% | B-=-3.5V | B-=-6V | B-=-6.5V |
| m=0 |
|
| B-=-5.9V |
| m=-100% | B-=-2V | B-=-2V | B-=-2.5V |
由表1可见，发射机的输出功率愈大，调幅正峰和负蜂的电流差愈大，相应B-电源的受调电压差也较大。 以下叙述中，对驱动器输入电平的高低在图3中以F2为准。由于B+电源的电压为+7.2V，当数字音频信号输入到直接耦合的反相放大器（V1）和同相放大器(V2)的逻辑电平为“低”时，F2管输入0V而截止，与F2管反相的F1管的栅极正好是输入高电平。经直接耦合的反相放大器V1输出到F1栅极的高电平能够确保F1饱和导通，则驱动器的输出取决于B+电压减去F1管的饱和电压降，即F1管源极S1输出的电压为7.2-1=6.2V。6.2V的电压经过电阻分压器分压，又经其后射频功放栅极控制电路电子开关基极电流的影响，经测试实际上在载波点（m=0）输出到射频功放栅极控制电路的电压为2.5V，m=+100%时约为2.4V，m=-100%时约为3.6V。当驱动器输出到射频功放栅极控制电路的开关控制信号为正电平时，PNP电子开关截止，相当于开路，NPN电子开关处于导通状态，近似于短路。在功放模块射频激励输出变压器T1次级输出电压为正半周时，因为CR7和CR9的顺向并联电阻和NPN管的导通电阻都比PNP型管的截止阻抗小的多，所以射频功放管栅极激励电压近似于零。而当T1次级输出电压为负半周时，由于PNP型管和NPN型管都不能导电，T1次级的输出主要由CR7和CR9的反向并联电阻和PNP的截止阻抗分压，即输入到射频功放管栅极对地的电压为负值，最多近似于零，既然射频功放管栅极输入电压在正、负两半周不是零就是负值，当然该级的“射频功率放大器被关断”，指示灯DS3没有电压也就熄灭，这表示射频功放关断。 当数字音频信号输入到直接耦合的反相放大器（V1）和同相放大器(V2)的逻辑电平为“高”时，F1管栅极输入0V而截止，F2管栅极输入对地电压为高电平，同时，V2输出的高电平信号经降压电阻R1和半导体二极管接到F2管的漏极D2，高电平信号通路示意图如图4所示，这样，F2管高电平输入将使其饱和导电，F2管的饱和电压降约1V。这时， 载波点（m=0）的B-电压=-5.9V，在计及其后功放栅极控制电路PNP和NPN电子开关基极电流的影响，并结合有关电阻进行分压后，可以求得射频功放栅极控制电路的输入电压约为-1.1V，m=+100%时约为-1.3V，m=-100%时约为-0.1V。当这三种负压送到射频功放栅极电子开关基极时，PNP型电子开关饱和导通，近似短路；NPN型电子开关处于截止状态，相当开路。射频激励到T1次级的波顶电压为设为Um，如图5（a）所示，设PNP型管集射极间的饱和电压降约为-0.5V，则T1次级输入到射频功放Q5和Q7栅极的射频激励电压如图5（b）所示，这表示T1次级近地端当射频信号为正半周时使PNP型管导电时箝位于-0.5V，而在T1次级远地端输入到射频功放栅极的信号假如以地电平为参考轴，则正半周是波顶为（Um-0.5）的矩形波。在T1次级两端输出电压的负半周，由于PNP型管 和NPN型管都不能导电，所以T1次级的输出电压主要由CR7和CR9的反向并联阻抗分压，机输入到射频功放栅极对地的电压是负值，最多近似于零。对PNP管而言，基极的负压愈大，基射极间的电流和集射极间的饱和电流愈大，受晶体管管内分布参数影响，在高负压下建立大电流的延时较长，这正好适应高调幅正峰时降低电流变化率的要求，当PNP型管导通时NPN型管处于断路状态，CR7和CR9对栅极射频激励电压整流，这两个二极管在正半周导通的电流使指示灯DS3点亮，用其指示该级的“射频功率放大器接通”。
4 调制编码板的维护 综上所述，调制编码板是发射机控制功放模块实现数字音频幅度调制的核心电路板，其可以实现对数字音频信号的转换和控制输出，但一旦编码板出现故障不能有效控制射频功放时，将引起关机故障，所以一定要加强对编码板的日常预防性维护和故障维护： （1）检查。对编码板的外观和物理检查，这包括检查编码板上的插接元件有无发热变色、线缆插接头有无松动、元件插脚针有无污垢、打火等。 （2）清洁。要定期清除调制编码板上的灰尘和元件表面的污垢，负责受潮会造成元件短路烧坏故障。由于编码板上插接元件多，在清洁时要用允许使用的溶剂和吸尘或压缩空气器进行操作，严禁用水、抹布、强风吹风机、和热风机等可能造成插接元件松动、损坏的方式清洁。 （3）紧固。在检查和清洁编码板插件元件时，对发现松动的元器件、连接编码板的相关连线的两端插接头都要进行紧固。多数射频功率放大器的损坏都是与编码板相连的射频电缆插接头松动造成的。 （4）故障维护。对调制编码板故障维护而言，应注重积累该板故障维护经验，特别是编码板的电源故障维护。据我局大多数台站编码板引起的关机故障统计，多数是由B+/B-电源或编码板的调制B-电压变化引起的。所以在维护中，不仅要定期对B+/B-电源和编码板的调制B-电压进行检测调整，也要注意积累不同原因引起此类故障的处理经验。只要做到早预防、早处理，才能有效消除编码板的异态隐患，保障发射机的射频功率输出。 5 小结 DX-200中波数字化调幅发射机设计先进，在射频放大器和电路板方面完全实现了模块化、晶体管化，设备运行的可靠性、稳定性都得到了极大的提高，但发射机电路板对信号的处理、控制复杂，一旦出现故障，往往较难处理。所以作为维护者，不仅要做好对电路板的维护，也一定要熟悉电路板对信号的处理、控制过程，才能在处理由电路板引起的故障时做到得心应手。
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