DX型中波發(fā)射機(jī)PB200單元控制板時鐘電路工作原理

【摘 要】DX型中波發(fā)射機(jī)系美國哈里斯公司生產(chǎn)，對大功率DX型中波發(fā)射機(jī)來講，最小單元為PB200（DX-200），即額定功率200kW，通過相應(yīng)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成DX-400、DX-600、DX-1000、DX-1200等全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)，DX型中波發(fā)射機(jī)的控制線路比較復(fù)雜，并且大量地采用EPLD（可擦拭可編程邏輯器件）和PAL（可編程陣列邏輯電路）等器件，這些器件均需要外部時鐘信號進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。本文主要介紹DX型中波發(fā)射機(jī)中PB200單元控制板時鐘電路工作原理。

【關(guān)鍵詞】DX型中波發(fā)射機(jī) 控制板 555集成定時器 占空比 計數(shù)器

1 前言

PB200單元控制板的作用是提供低、中、高功率電平下實(shí)行本地/遠(yuǎn)程步進(jìn)啟動的順序控制，監(jiān)視PB200單元工作狀態(tài)，對外部或內(nèi)部故障情況進(jìn)行保護(hù)性響應(yīng)及提供故障狀態(tài)指示。下面分別介紹控制板時鐘電路采用器件和時鐘電路的工作原理。

2 555集成定時器工作原理

在數(shù)字電路系統(tǒng)中，為了使各部分控制電路在時間上協(xié)調(diào)動作，需要有一個統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，用來產(chǎn)生時間基準(zhǔn)信號的電路稱為時基電路。555集成定時器就是其中一種，它是由模擬電路與數(shù)字電路組合而成多功能中規(guī)模集成電路，只要配少量外部器件，就可組成觸發(fā)器、振蕩器等電路。圖1A所示555集成定時器的外形引腳圖。

其中1腳為電源地端；2腳為觸發(fā)端；3腳為輸出端；4腳為強(qiáng)制復(fù)位端；5腳為閾值電壓控制端；6腳為閾值端；7腳為放電端；8腳為電源電壓端。圖1B所示555集成定時器原理框圖，整個電路包括分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、放電開關(guān)和輸出級五部分。

（1）分壓器：由三只5kΩ電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源（8腳），下端接地（1腳），為兩個比較器C1、C2提供基準(zhǔn)電平。使比較器C1“-” （5腳）端接基準(zhǔn)電平 ，比較器C2“+”端接 。如果在控制端（5腳）外加控制電壓，可以改變兩個比較器的基準(zhǔn)電平。不用外加控制電壓時，可用0.01uF的電容使5腳交流接地，旁路高頻干擾。

（2）比較器：C1、C2是兩個比較器。其“+”端是同相輸入端，“-”端是反相輸入端。由于比較器的靈敏度很高，當(dāng)同相輸入端電平略大于反相端輸入電平時，其輸出端為高電平；反之，輸出低電平。因此，當(dāng)高電平觸發(fā)端（6腳）的觸發(fā)電平大于 時，比較器C1輸出為高電平；反之輸出低電平。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)端（2腳）的觸發(fā)電平略小于 時，比較器C2輸出為高電平；反之，輸出為低電平。

（3）基本RS觸發(fā)器：基本RS觸發(fā)器主要由或非門G1、G2構(gòu)成，比較器C1和C2的輸出端就是基本RS觸發(fā)器的輸入端R和S。因此，基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)（3腳）受6腳和2腳的輸入電平控制。圖中的4腳是低電平復(fù)位端，如果在4腳施加低電平，此信號經(jīng)G0（非門）輸出高電平，再經(jīng)G3（或非門）輸出低電平，然后經(jīng)G4（非門）輸出高電平，再經(jīng)G5（非門）使3腳輸出低電平。平時一般將4腳接電源Vcc，取消強(qiáng)制復(fù)位功能。

（4）放電開關(guān)：NPN型晶體管三極管VT構(gòu)成放電開關(guān)，基極接基本RS觸發(fā)器G4（非門）輸出端。假設(shè)4端接電源Vcc時，取消強(qiáng)制復(fù)位功能，G0輸出為低電平，當(dāng) =0時，經(jīng)G3輸出高電平，然后經(jīng)G4輸出低電平，VT的基極電位為低電平，VT截止；反之，當(dāng) =1時，VT飽和導(dǎo)通?？梢奦T作為放電開關(guān)，其通斷狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)決定。

（5）輸出級：由基本RS觸發(fā)器的輸出端 驅(qū)動，該輸出級通常為推挽式電路，或是簡單的緩沖器，通常能夠提供 200mA的輸出電流。

圖1C所示555集成定時器構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器。其工作原理：接通電源后，Vcc經(jīng)R1、R2給電容C充電。由于電容C上的電壓不能突變，電源剛接通時VC< ，所以555定時器內(nèi)部比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，即R=0，S=1，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時 =0，使內(nèi)部放電管截止。當(dāng)VC上升到大于 時，R=1，S=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，輸出端Q仍為高電平。

當(dāng)VC上升到略大于 時，R=1，S=0，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平，這時 =1，使內(nèi)部放電管飽和導(dǎo)通。于是電容C經(jīng)R2和內(nèi)部放電管放電，VC按指數(shù)規(guī)律減小。

當(dāng)VC下降略小于 時，內(nèi)部比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。這時， =0，內(nèi)部放電管截止。于是電容C放電結(jié)束，并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖。

占空比定義為在一個振蕩周期內(nèi)輸出為高電平所占時間的百分比。在充電期間T充內(nèi)，輸出為高電平；在放電期間T放內(nèi)，輸出為低電平。因此占空比為

3 74HC161同步計數(shù)器工作原理

74HC161為4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，帶異位清零端，具有輸出保持功能，具有n位級聯(lián)進(jìn)位輸出端。圖2A所示74HC161同步計數(shù)器引腳圖：

其中： ：異步清零端。低電平有效，即該端為低電平時計數(shù)器內(nèi)部的四個觸發(fā)器清零。它的作用不受CLK脈沖的影響。CLK：時鐘脈沖輸入端，即計數(shù)器脈沖輸入端。上升沿有效。RCO：動態(tài)進(jìn)位輸出端。用來作n位級聯(lián)使用。高電平有效，即通常處于低電平，出現(xiàn)進(jìn)位信號時為高電平。進(jìn)位信號為正脈沖。 ：同步預(yù)置控制端。低電平有效，即該端為低電平時，可以通過輸入數(shù)據(jù)端A、B、C、D對輸出狀態(tài)進(jìn)行預(yù)置。該端通常應(yīng)為高電平。A、B、C、D：輸入數(shù)據(jù)端。預(yù)置時向各輸入數(shù)據(jù)端送入數(shù)據(jù)，就可使相應(yīng)的輸出端QA、QB、QC、QD的狀態(tài)為輸入端的數(shù)據(jù)。QA、QB、QC、QD：計數(shù)器狀態(tài)輸出端。QD為最高位，QA為最低位。QD可作十六分頻輸出端，QC可作八分頻輸出端，QB可作四分頻輸出端，QA可作二分頻輸出端。ENT、ENP：使能端。在計數(shù)過程中使能端必須均為高電平，一旦有其中一個使能端ENT或ENP為低電平時，計數(shù)器禁止計數(shù)，計數(shù)器保持禁止之前的狀態(tài)。

圖2B所示74HC161同步計數(shù)器功能表。

4 控制器板時鐘電路工作原理

控制板時鐘電路主要由一只555集成定時器與外圍的電阻、電容構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，產(chǎn)生8kHz的時鐘信號；它的輸出與五只74HC161同步計數(shù)器相連構(gòu)成分頻器，分別輸出4kHz、128Hz、64Hz、32Hz、16Hz、1/64Hz的時鐘脈沖信號，這些信號分別送到各PAL和EPLD中，提供相應(yīng)的控制。圖3所示PB200單元控制器板上時鐘信號產(chǎn)生電路。

U20（555定時器）與R16、R15、C70等元器件接成無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器。因?yàn)橥鈬娮?、電容?shù)值誤差很大，因此時鐘脈沖精度不高。

U15、U16、U17、U18、U19 （74HC161）串在一起構(gòu)成五級分頻器，它們的3（A）、4（B）、5（C）、6（D）引腳均接地為低電平；555時基電路輸出的8KHz時鐘信號都送到2腳（CLK）中去，U15的1、9、10、7腳接高電平，U15-14（QA）為二分頻輸出端，輸出4KHz時鐘脈沖信號。

U15-15（RCO）與U16-10（ENT）相連，當(dāng)對8KHz時鐘脈沖信號進(jìn)行十六分頻后（ ），U15-15輸出高電平，U16計數(shù)器開始工作，U16-13（QB）為四分頻輸出端，輸出128Hz時鐘脈沖信號；U16-12（QC）為八分頻輸出端，輸出64Hz時鐘脈沖信號；U16-11（QD）為十六分頻輸出端，輸出32Hz時鐘脈沖信號。

U16-15（RCO）與U17-10（ENT）相連，當(dāng)對500Hz時鐘脈沖信號進(jìn)行十六分頻后（ ），U16-15輸出高電平，U17計數(shù)器開始工作，U17-14（QA）為二分頻輸出端，輸出16Hz時鐘脈沖信號。

U17-15（RCO）與U18-10（ENT）相連，當(dāng)對32Hz時鐘脈沖信號進(jìn)行十六分頻后（ ），U17-15輸出高電平，U18計數(shù)器開始工作。

U18-15（RCO）與U19-10（ENT）相連，當(dāng)對2Hz時鐘脈沖信號進(jìn)行十六分頻后（ ），U18-15輸出高電平，U19計數(shù)器開始工作，U19-12（QC）為八分頻輸出端輸出 Hz時鐘脈沖信號。

另外，我們可以從圖3上看到CUL信號接到U17-1、U18-1、U19-1腳（ ），CUL信號是低壓電源故障信號，正常時為高電平；當(dāng)控制板出現(xiàn)低壓電源故障時，U17、U18、U19計數(shù)器被異步清零，它們的輸出均為低電平，這樣16Hz、 Hz的時鐘脈沖無輸出。

5 結(jié)語

雖然DX型中波發(fā)射機(jī)的控制線路錯綜復(fù)雜，如果對它的每一只元器件功能都非常熟悉的話，再把它們連在一起進(jìn)行分析，那么我們就會發(fā)現(xiàn)，對發(fā)射機(jī)設(shè)備的學(xué)習(xí)和維護(hù)將變得很輕松。所以說，基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用十分重要。希望本文能給同行們帶來一些幫助。

作者簡介：于春洪（1966—），女，北京人，本科，北京師范學(xué)院（現(xiàn)為首都師范大學(xué)），高級工程師，研究方向：無線電臺管理局教育培訓(xùn)。