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摘要:以10kW數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)為例，對(duì)其數(shù)字幅度調(diào)制的實(shí)現(xiàn)、D類放大器及主要特點(diǎn)作了技術(shù)分析。

關(guān)鍵詞:數(shù)字調(diào)幅;D類功放;原理分析

0引言

10kW數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)原理方框圖，它采用晶體震蕩作為射頻源，信號(hào)經(jīng)緩沖、前置級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)、D類功率放大器。輸入的音頻信號(hào)經(jīng)處理、A/D轉(zhuǎn)換、調(diào)制編碼后來(lái)控制功放模塊的導(dǎo)通與截止，射頻調(diào)幅波經(jīng)低通濾波、阻抗變換(4Ω變到50Ω)，由槽路T型網(wǎng)絡(luò)匹配后輸出到天線。本機(jī)線路采用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，功能齊全，還可作為調(diào)幅立體聲廣播，各個(gè)電聲指標(biāo)優(yōu)良、效率高，雙色LCD故障顯示、保安措施完善。

1數(shù)字幅度調(diào)制的實(shí)現(xiàn)

音頻決定調(diào)制電平，直流決定載波功率。本機(jī)設(shè)有音頻優(yōu)化電路，為72kHz的三角波振蕩電路，受變化的大臺(tái)階信號(hào)同步將它疊加在音頻上，能使低電平信號(hào)有更高的分辨率，這個(gè)頻率高于音頻范圍而正好能被輸出網(wǎng)絡(luò)的帶通濾波器衰減掉。如果頻率太高或者幅度太大，有可能會(huì)不完全衰減掉，會(huì)產(chǎn)生新的亂真信號(hào)。用了這種輔助數(shù)字增長(zhǎng)技術(shù)，使數(shù)字音頻信號(hào)可邁13～14比特。設(shè)有一些附加措施，如對(duì)高壓電源取樣處理來(lái)穩(wěn)定載波電平幅度和頻率［1］。模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將處理過(guò)的音頻調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為12比特的數(shù)字或字節(jié)。取樣頻率與射頻頻率的關(guān)系是射頻頻率低于820kHz，取樣頻率等于射頻頻率;若射頻頻率在820～1400kHz，則取樣頻率是射頻頻率的2分頻;若射頻頻率高于1400kHz，則取樣頻率是射頻頻率的3分頻。為確保取樣頻率與功放射頻驅(qū)動(dòng)電流同相，A/D轉(zhuǎn)換板上的射頻同步取樣信號(hào)來(lái)自兩個(gè)途徑，一是取自輸出功率合成器，二是取自射頻驅(qū)動(dòng)分配器，才將后者移相后與前者矢量相加，合成的信號(hào)在525kHz頻率上能得到±15°相移。再經(jīng)過(guò)調(diào)制編碼器，數(shù)模轉(zhuǎn)換使數(shù)字幅度調(diào)制得以實(shí)現(xiàn)［3］。

2用D類放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)12比特電壓等級(jí)的3種方案

2．1全部采用二進(jìn)制臺(tái)階D類功率放大器這只需將A/D轉(zhuǎn)換的12比特音頻數(shù)字直接控制二進(jìn)制功放的開(kāi)通，不需要再編碼，這時(shí)的最大峰點(diǎn)功率是57．6kW，所以第1只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出57．6/2=28．8kW;第2只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出28．8/2=14．4kW;第3只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出14．4/2=7．2kW;第4只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出7．2/2=3．6kW;第5只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出3．6/2=1．8kW;第6只二進(jìn)制D類功放應(yīng)該輸出1．8/2=900W;其余依次類推。可見(jiàn)，前面幾只功放功率很大，并不是只用單只模塊就能解決的。

2．2采用42只大臺(tái)階放大器和6只二進(jìn)制臺(tái)階放大器。

2．3用6只二進(jìn)制臺(tái)階放大器實(shí)現(xiàn)第7～第12比特。

3主要特點(diǎn)分析

3．1保安設(shè)施具有外部、門(mén)開(kāi)關(guān)、風(fēng)接點(diǎn)、電纜到位、功放到位聯(lián)鎖［2］。(1)放電Crowbar裝置，如圖2所示。在高壓關(guān)閉后，對(duì)高壓230V提供可控硅放電回路。圖中a、b兩對(duì)常閉接點(diǎn)是上高壓繼電器K1、K2的輔助接點(diǎn)。高壓工作時(shí)，a、b兩對(duì)接點(diǎn)脫開(kāi)，當(dāng)K1、K2失電時(shí)，輔助接點(diǎn)閉合，這時(shí)可控硅CR16導(dǎo)通，為高壓230V提供了迅速放電，放電時(shí)間約1秒。若R16或CR16失效，則R9又提供了輔助放電回路。由于考慮設(shè)置了高壓放電Crowbar，因此，若斷高壓后再自動(dòng)重上，需間隔約2．5秒。(2)設(shè)置RC輔助放電回路。機(jī)內(nèi)高壓230V經(jīng)分路保險(xiǎn)絲送到各部位。每一分支都設(shè)置RC輔助放電回路。正常下高壓時(shí)，各分支的濾波電容器上電壓經(jīng)各自的保險(xiǎn)絲去門(mén)閂或Crowbar迅速放電。即使當(dāng)支路保險(xiǎn)絲F1熔斷時(shí)，濾波器上的電壓還可通過(guò)CR1和R1經(jīng)門(mén)閂或Crowbar迅速放電。

3．2電源變壓器及整流線路特點(diǎn)三相主變壓器的容量為24kVA，設(shè)有多個(gè)抽頭和短接線經(jīng)適當(dāng)連接后，能適用△197～281V及Y341～468V，頻率48～63Hz的各種交流輸入。采用12相全波整流，輸出直流高壓為+230V。低壓電源變壓器是單相降壓變壓器，次級(jí)有多個(gè)繞組，每個(gè)繞組經(jīng)橋式整流可得到正負(fù)兩套直流電源。

3．3系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(1)全機(jī)42只大臺(tái)階功放模塊、6只二進(jìn)制臺(tái)階功放模塊、驅(qū)動(dòng)3只放大模塊以及前置驅(qū)動(dòng)級(jí)共52只模塊的電路形式和結(jié)構(gòu)完全一致，可隨意互換。是憑借插座上供給不同的直流電源和改變組合板上輸出線圈的圈數(shù)來(lái)達(dá)到不同的功能。當(dāng)然，模塊輸出端的特性是作統(tǒng)一規(guī)定的。發(fā)射機(jī)在工作過(guò)程中，一旦功放模塊失效，可以采用補(bǔ)碼，在低電平的編碼板上，將控制信號(hào)引導(dǎo)調(diào)制峰點(diǎn)才開(kāi)通的功放模塊上去。(2)在小臺(tái)階放大器控制信號(hào)傳輸線路上裝有S1開(kāi)關(guān)，可以控制開(kāi)斷，這樣做既有利于尋找故障或應(yīng)急運(yùn)行，同時(shí)也是考慮發(fā)射機(jī)編碼的需要。

3．4多種處理故障的方式(1)電源短路保護(hù)時(shí)產(chǎn)生PAOFF，使射頻無(wú)輸出，需1分鐘后方能重上。(2)欠激、過(guò)激或過(guò)流導(dǎo)致發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)后2.5秒又自動(dòng)重上一次，若不成，轉(zhuǎn)為Ⅰ型故障，則永久關(guān)機(jī)。(3)過(guò)壓、欠壓保護(hù)。過(guò)壓或欠壓時(shí)會(huì)引起過(guò)激或欠激。這是由于在發(fā)射機(jī)上的其他部位感覺(jué)后進(jìn)行關(guān)機(jī)保護(hù)，并指示過(guò)激或欠激。其余重復(fù)上述(2)的過(guò)程。(4)當(dāng)AC電源過(guò)低或缺相，造成紋波過(guò)大時(shí)，會(huì)使上高壓短路器K1、K2失激，發(fā)射機(jī)就開(kāi)不出來(lái)，這時(shí)故障指示為“電源失效”。(5)對(duì)電壓駐波比的處理。a．瞬時(shí)過(guò)載，產(chǎn)生快速PAOFF，動(dòng)作時(shí)間1毫秒，發(fā)射機(jī)中斷20毫秒，故障指示燈閃亮半秒。b．連續(xù)過(guò)載，則自動(dòng)降低輸出功率，這時(shí)“降功率”指示燈及“故障”指示燈都亮，直降到反射功率能承受為止［2］。

3．5彩色流程圖面板上有26只雙色發(fā)光二極管，監(jiān)視關(guān)鍵部位的狀態(tài)，故障時(shí)指示燈由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，對(duì)振蕩、緩沖、前置推動(dòng)三級(jí)的故障采用前級(jí)封鎖后級(jí)的原則。就是說(shuō)，雖然前級(jí)壞了，后級(jí)當(dāng)然也不能工作了，但只有前級(jí)顯示故障。

3．6嚴(yán)格、周全的設(shè)計(jì)考慮(1)射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)送給48只功放模塊的射頻信號(hào)是用分布在圓周上的12束等長(zhǎng)電纜，每束8根共96根，送到48只功放去，以保證射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同相位。要求各大臺(tái)階之間的射頻相位差小于2°，小臺(tái)階的B7～B10之間相位差在5°～15°。幅度要求是:正常電平為23～24VP－P，小于20VP－P為欠激，大于27VP－P為過(guò)激。(2)電壓駐波比取樣電路采用電壓、電流零位檢測(cè)電路。為了消除電壓取樣和電流取樣之間的相互影響，采用了工作頻率的并聯(lián)諧振電路，目的是為兩個(gè)取樣電路之間提供高阻。雖然取樣電路復(fù)雜了，但它較反射功率來(lái)表征負(fù)載端的匹配情況要靈敏得多。(3)增設(shè)T匹配。它接在帶通濾波器輸出端，由LC元件構(gòu)成，通過(guò)調(diào)節(jié)L，能適應(yīng)50Ω負(fù)載的變動(dòng)，變化范圍為:(38～70)Ω，－25j～+18j。(4)低整電源±22V、±8V送到各印制電路板。板上又專門(mén)裝置了穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路，真正使用的直流電源是±15V、5V，而且各功能電路板上還安裝電源保險(xiǎn)絲，全機(jī)共有各類保險(xiǎn)絲約140根。(5)適應(yīng)性強(qiáng)。如主整電源變壓器通過(guò)短接線連接，以適應(yīng)要對(duì)音頻也提供了眾多的輸入接口，能適應(yīng)信號(hào)源各種不同內(nèi)阻的需要。(6)設(shè)置電壓駐波比自檢電路。可以手動(dòng)和自動(dòng)，每次開(kāi)機(jī)上高壓時(shí)，就自動(dòng)測(cè)試，實(shí)質(zhì)是給出一個(gè)10ms的故障信號(hào)，使故障指示燈由紅變綠。若電壓駐波比檢測(cè)電路出故障時(shí)，當(dāng)然不能開(kāi)機(jī)。

3．7全面數(shù)字化對(duì)音頻進(jìn)行數(shù)字處理，對(duì)射頻是數(shù)字式開(kāi)通，控制系統(tǒng)也體現(xiàn)了高度數(shù)字化。開(kāi)關(guān)機(jī)是數(shù)字命令，功率電平控制是用3位BCD碼的數(shù)控衰減器，并能預(yù)置高、中、低3種功率電平。機(jī)內(nèi)有一只一法拉電容器，在失電情況下，對(duì)發(fā)射機(jī)原有的開(kāi)關(guān)機(jī)命令能記憶45分鐘。若裝入5V電池，則能永久記憶。在電源恢復(fù)正常后，自動(dòng)恢復(fù)發(fā)射機(jī)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

3．8電聲指標(biāo)優(yōu)良整機(jī)的3大電聲指標(biāo)為:頻響，30Hz～15kHz，優(yōu)于1dB;失真，50Hz～10kHz，優(yōu)于1%;雜音優(yōu)于65dB;功放效率高于0．83，全機(jī)效率高于0．76。

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［3］吳吟明，賈曉峰．談?wù)凞AM中波發(fā)射機(jī)的調(diào)制技術(shù)［J］．通訊世界，2015，(05):40－41.

作者：李旭東1；許盛盛2 單位：1．青海省廣播電影電視局925臺(tái)，2．青海省廣播電影電視局566臺(tái)