GZ-GS10K-Ⅱ型10 kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)調(diào)制原理及故障分析處理

張健平

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)）

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GZ-GS10K-Ⅱ型10 kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)調(diào)制原理及故障分析處理

張健平

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)）

摘 要：GZ-GS10K-Ⅱ型10 kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)是哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司生產(chǎn)（簡(jiǎn)稱10 kW哈廣機(jī)）。福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)現(xiàn)有2部10 kW哈廣機(jī)，分別擔(dān)任轉(zhuǎn)播中央第一套廣播節(jié)目和福建新聞廣播節(jié)目。本文主要闡述數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的調(diào)制原理及針對(duì)本臺(tái)該機(jī)發(fā)生的兩起特殊故障分析處理給予介紹，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)制調(diào)制；調(diào)壓器；10 kW哈廣機(jī)

1 數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的調(diào)制原理

數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要由四大部分組成:射頻功率系統(tǒng)、數(shù)字音頻處理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和電源供電系統(tǒng)。其原理見圖1。發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)采用晶體振蕩器射頻源，其振蕩頻率經(jīng)4～8次分頻后變?yōu)榘l(fā)射機(jī)的工作頻率，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大分配，作為RF激勵(lì)信號(hào)送到RF功率放大器。數(shù)字音頻處理系統(tǒng)的作用是外來(lái)輸入的音頻信號(hào)a（t）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，這個(gè)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼，去控制RF放大器，即為“數(shù)字幅度調(diào)制”，簡(jiǎn)稱數(shù)字調(diào)制。

其調(diào)制過(guò)程如下。首先，音頻輸入信號(hào)a（t）通過(guò)音頻處理后送到模擬輸入板上，經(jīng)低通濾波和阻抗變換后與一個(gè)負(fù)直流電平相加而產(chǎn)生一個(gè)模擬音頻信號(hào)。然后，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?2比特的數(shù)字音頻信號(hào)，這是通過(guò)取樣、量化、編碼3個(gè)步驟完成轉(zhuǎn)變的。在10 kW哈廣機(jī)中，A/D轉(zhuǎn)換器的AD1617芯片包含了取樣、量化和編碼三個(gè)步驟的電路。取樣是A/D轉(zhuǎn)換中最重要的一步，取樣值越多越接近模擬音頻信號(hào)，但它又受到轉(zhuǎn)換電路的時(shí)間限制。因此，取樣的頻率要求為：當(dāng)載波頻率fc≤820kHz時(shí)，取樣頻率fs=fc；當(dāng)820kHz≤fc≤1400kHz時(shí)，取fs=fc/2；當(dāng)fc≥1400kHz時(shí)，取fc=fs/3。例如：本臺(tái)882kHz 10 kW哈廣機(jī)，取樣頻率可取442kHz。

聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)取樣、量化后進(jìn)行編碼。編碼就是使每一量化級(jí)對(duì)應(yīng)一組二進(jìn)制數(shù)碼，GZ-GS10K-Ⅱ型10 kW哈廣機(jī)量化比特?cái)?shù)為12，因此，每個(gè)量化級(jí)都有12位二進(jìn)制數(shù)碼，12比特中的高位1～6比特主級(jí)數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制編碼器編碼后，變?yōu)?2個(gè)等壓（大臺(tái)階）RF功率放大器的開通與關(guān)斷的控制信號(hào)；12比特中的低位7～12比特二進(jìn)制數(shù)據(jù)，不編碼，直接控制相應(yīng)的6個(gè)二進(jìn)制加權(quán)放大器的通斷。

圖2為RF功率放大器，它也可以看作是D/A轉(zhuǎn)換器。V1～V4為4個(gè)MOS場(chǎng)效管，VD1～VD4為4個(gè)齊納二級(jí)管，T3射頻輸出變壓器，T1、T2激勵(lì)變壓器；電路中齊納二極管用于當(dāng)發(fā)生瞬變或過(guò)激勵(lì)時(shí)保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。各管激勵(lì)信號(hào)由T1和T2的次級(jí)分別供給。放大器工作于丁類，在射頻激勵(lì)信號(hào)正半周期間，V1、V4導(dǎo)通，而V2、V3截止；在射頻電壓負(fù)半周期間，V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止。因此，在射頻輸出變壓器T3的初級(jí)兩端形成峰峰幅度為2B+（+460 V）的方波，方波的重復(fù)頻率是發(fā)射機(jī)載波頻率，方波電壓通過(guò)射頻變壓器耦合輸出。

圖1　GZ-GS10K-Ⅱ型發(fā)射機(jī)原理

通過(guò)調(diào)制信號(hào)控制RF功率放大器的開關(guān)，這樣就把模擬音頻信號(hào)“搭乘”在RF信號(hào)（載波頻率）上了。一定數(shù)量的大臺(tái)階與二進(jìn)制小臺(tái)階輸出電壓合成后，產(chǎn)生確定已調(diào)制的RF信號(hào)，波形如［b （b）］。最后，通過(guò)帶通濾波器濾除已調(diào)制RF信號(hào)的階梯波紋和干擾雜波，將有量化臺(tái)階的已調(diào)制RF信號(hào)光滑處理成典型的已調(diào)波，它的波形如（C（t））所示，由此，完成數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)的數(shù)字調(diào)制。

圖2　射頻功率放大器

圖3　主電源驅(qū)動(dòng)電路

2 故障分析及處理

2.1故障1

2.1.1故障現(xiàn)象

882kHz機(jī)（10kW哈廣機(jī)）運(yùn)行時(shí)瞬間丟高壓，LCD液晶屏指示風(fēng)機(jī)“Er”。

2.1.2故障處理

首先，在LCD液晶指示屏上按“復(fù)位”鍵試一下，故障狀態(tài)指示是否清除，如果故障仍然存在，則故障指示再次彈出。風(fēng)機(jī)故障屬于發(fā)射機(jī)一類故障，產(chǎn)生風(fēng)機(jī)“Er”的主要原因有：一是空氣過(guò)濾器堵塞，空氣流通不暢；二是風(fēng)接點(diǎn)接觸不良；三是風(fēng)機(jī)故障。檢查過(guò)濾網(wǎng)及風(fēng)接點(diǎn)都正常，那就是風(fēng)機(jī)問(wèn)題了。

該機(jī)使用軸流式風(fēng)機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)的檢查步驟可分兩步進(jìn)行。一是靜電檢查：先斷開三相電空氣開關(guān)K6，斷開保險(xiǎn)絲（F7/F8/F9），在風(fēng)機(jī)的輸入端用萬(wàn)用表測(cè)量風(fēng)機(jī)三相線包阻值，是否有斷路，短路等現(xiàn)象。二是通電檢查：風(fēng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)后片刻聽到有“嗒嗒”的異常聲音。由此，判斷是風(fēng)機(jī)軸承有故障，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是軸承鋼珠損壞引起風(fēng)流量減小，導(dǎo)致風(fēng)節(jié)點(diǎn)釋放而丟高壓。經(jīng)換上新軸承后風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常，發(fā)射機(jī)安全運(yùn)行。

2.1.3電路分析

主電源驅(qū)動(dòng)電路見圖3，T1為主整變壓器，B1為軸流風(fēng)機(jī)，K1 K2為交流接觸器，R31 /R32/ R33為限流電阻，A38為控制板（圖ILA/H3.624.009DL），A30為直流穩(wěn)壓電源（圖ILA/HG2.932.001DL），A39為電源配置板。這起發(fā)射機(jī)“丟高壓”的原因是風(fēng)機(jī)故障引起的一類故障，由于風(fēng)機(jī)軸承（鋼珠）損壞風(fēng)流量變小引發(fā)風(fēng)節(jié)點(diǎn)（C-S7）的釋放，導(dǎo)致控制板A38-X8-10從高電平（+8V）翻轉(zhuǎn)為低電平（0），這樣控制板便產(chǎn)生了一個(gè)脈沖信號(hào)；控制電路接受一個(gè)“關(guān)機(jī)-L”信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)“關(guān)閉K2-L”信號(hào)。這個(gè)“關(guān)閉K2-L”信號(hào)將控制板A38的三極管V7由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，這時(shí)通過(guò)光電隔離器N2、N4觸發(fā)雙向可控硅V3、V6也由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗瑥亩袛嘟佑|器K1、K2線包的電壓（+30VDC），而K1、K2線包的另一頭接30VDC+24VAC（A24-X4-1）電壓；這樣，K1、K2便斷開24VAC的交流通路，使交流接觸器K1、K2釋放。而K1、K2被斷激勵(lì)后，也就斷開了功放PA的供電電源，并且封鎖功率放大級(jí)的所有功放模塊。同時(shí)，交流接觸器K2的釋放，它的附屬接點(diǎn)打開，控制板A38-X8-2的“K2合上-H”從高電平（+22VDC）翻轉(zhuǎn)為低電平（0），這就斷掉K2的檢鎖信號(hào)，從而輸入給控制板驅(qū)動(dòng)電路（V8、V7）的“K1驅(qū)動(dòng)-H”和“K2驅(qū)動(dòng)-H”變?yōu)榈碗娖剑菇佑|器K1、K2不能被激磁吸合，直到風(fēng)機(jī)故障完成排除后，才能解鎖功放的所有模塊，發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常。

2.2故障2

2.2.1故障現(xiàn)象

981KHZ（10kW哈廣機(jī)）機(jī)入射功率“時(shí)高時(shí)低”變化，功率降低了按升功率鍵調(diào)高后，瞬間又跌落下來(lái)。

2.2.2故障處理

根據(jù)故障現(xiàn)象，判斷機(jī)器有這些原因：一是電壓駐波比（VSWR）過(guò)高；二是供電電路（B-電壓和高壓電路）。

故障檢查分兩步進(jìn)行。第一步，將發(fā)射機(jī)接上假負(fù)載試機(jī)，檢查是否正常。通過(guò)檢查電壓駐波比VSWR正常，帶通濾波器VSWR和天線VSWR指示“OK”。第二步，檢查電源電路時(shí)，在配電室穩(wěn)壓柜上意外發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓表上指針抖動(dòng)，隨即打開穩(wěn)壓柜門，一股焦味撲鼻而來(lái)，調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭出現(xiàn)“打火”現(xiàn)象，故障原因水落石出。由于調(diào)壓器（B相）碳刷觸點(diǎn)的“打火”引起三相電源電壓時(shí)高時(shí)低的變化，入射功率表的指針也隨著時(shí)大時(shí)小的變化。事故原因查到了，維修就容易了。修理調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭時(shí)可先用細(xì)砂紙打磨碳刷碳化表面并且調(diào)整好滑動(dòng)觸點(diǎn)與調(diào)壓器線包的間隙后，

通電試驗(yàn)主電源恢復(fù)穩(wěn)定，發(fā)射機(jī)正常工作。

2.1.3電路分析

由于調(diào)壓器輸出端三相電源B相接觸不良而產(chǎn)生380VAC交流電的高低變化，經(jīng)主整變壓器T1變壓整流，濾波后輸出的直流電壓也就是發(fā)射機(jī)功放級(jí)電壓也隨之高低變化。10 kW哈廣機(jī)前級(jí)功放和末級(jí)功放都采用MOSFET丁類橋式功放，其開關(guān)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管漏源電壓由主整變壓器T1供給。這樣場(chǎng)效管漏源電壓（UDS）的高低變化導(dǎo)致漏極電流（ID）的大小變化。而丁類橋式功放負(fù)載功率為：

其中：Em-功放電源，Im-負(fù)載電流的振幅，Rl-負(fù)載電阻，丨R+Zl丨-負(fù)載等效阻抗；由此，功放電源的大小變化直接影響發(fā)射機(jī)入射功率“時(shí)高時(shí)低”的變化。

3 結(jié)語(yǔ)

自福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)使用2部GZ-GS10K-Ⅱ型10kW數(shù)字調(diào)幅中波廣播發(fā)射機(jī)后，在監(jiān)聽中明顯發(fā)現(xiàn)音質(zhì)較好，這應(yīng)該歸功于它采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，克服了以往模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)難以避免的各種非線性失真，因而，具有優(yōu)越的音頻性能。但是，由于數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)應(yīng)用數(shù)字化固態(tài)化的設(shè)計(jì)，電路板線路復(fù)雜、這給值檢人員維護(hù)工作帶來(lái)一定的難度，這就需要工作人員掌握好數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，認(rèn)真總結(jié)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高處理故障能力，確?！安婚g斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的播出，把美妙悅耳的聲音奉獻(xiàn)給廣大聽眾。

參考文獻(xiàn)：

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［3］GZ-GS10K-Ⅱ型10 kW全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說(shuō)明書［S］．哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司．

作者簡(jiǎn)介：張健平（1959-），男，福建福安人，大專，福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心903臺(tái)，工程師，研究方向：中波廣播發(fā)射機(jī)調(diào)制與解調(diào)。