DF100A型发射机宽频带放大器工作原理及故障分析

山西电子技术　２０１４年第２期　文章编号：１６７４．４５７８（２０１４）０２－００１０．０３　应用实践　ＤＦ１　００Ａ型发射机宽频带放大器工作原理及故障分析　陈青松　（国家新闻出版广电总局五五四台，河南荥阳４５０１００）　摘要：主要针对ＤＦＩＯＯＡ型发射机２００　Ｗ宽频带放大器的工作原理，故障现象分析和处理方法。对于宽频　带放大器的未来发展方向提供一种新的思路，从根本上解决宽频带放大器的故障率较高的问题。　关键词：ＤＦ１００Ａ型发射机；２００　Ｗ宽频带放大器；ＭＲＦ１４１Ｇ；ＭＲＦ１３６　中图分类号：ＴＮ７２２．７５　文献标识码：Ａ　３Ａ１一Ｊ９。最大输入信号为２０　ｍｗ（频率合成器输出最大电压　ＦＤ１００Ａ型ＰＳＭ１００　ｋＷ短波发射机的宽频带放大器是　由美国Ｔｈｅｒｍｏ　Ｖｏｈｅｋ公司生产的２ｏ０　ｗ宽放。主要参数，　频率范围：０．３—４０　ＭＨｚ；输入最大功率：２０　ｍＷ；输出最大功　率：２００　Ｗ；工作状态：甲类和甲乙类；输入／输出阻抗：５Ｏ　ｎ；　１　Ｖ，输出阻抗５０　ｎ，送入１Ａ９的最大功率为１／５０＝０．０２　Ｗ　即２０　ｍＷ）。　ｌ宽频带放大器供电电源　其供电电源是由１ＰＳ７提供＋２８　Ｖ　ＤＣ，接人负载后电源　下降为２２　Ｖ　ＤＣ一２５　Ｖ　ＤＣ之间，两根电源引线焊接到宽放　电源端子上，穿芯电容端子为电源正极，宽放外壳为电源负　极。ｌＰＳ７供电原理如图１所示。　电源：＋２８　Ｖ　ＤＣ；冷却方式：强制风冷（最高温度６０℃）。　宽频带放大器安装在高前小箱位置，地方狭窄更换麻烦　需要将高前小箱拆装后方可进行。通风冷却不够理想，长时　间高温工作容易造成设备损坏。其输入信号来自１Ａ９（自动　增益控制）的Ｊ２端口，通过５０　ｎ射频电缆送入宽放输入端　至ＩＡ９ｒ　＋２８　ｖ供电，＿、宣放电流衰　，　厂ｌ高—前—供］厂电日　磊１ｌ　ｌ宽—放—供］电　：ｌ　ｌ，ｔＳＬ　丁ｒＢ　１　．　０５　３００Ｗ５０Ａ　５０　ｖ　－ｃ－１０００００　Ｆ　５０Ｖ　１一　ｌＫｌ５　（宽放接触器）　ＣＲｌ—ＣＲ６　４０Ａ　ｌ５０ＶＤＣ　放电臁　图１　１ＰＳ７供电原理图　三相２３０　ｖ　ＡＣ电源经ＣＢ１０（型号：ＡＤ一２５Ａ）和ＣＢＩ４　（型号：ＡＤ一１６Ａ）空开，再经１Ｋ１５宽放接触器，送人１ＰＳ７电　１ＰＳ７输出＋２８　Ｖ电压经穿芯电容送入ＶＲ１的ＶＩＮ端，　电容Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３起滤波稳压作用。ＶＲ１输出端ＶＯＴ　电压１２　Ｖ，经可调电阻Ｒ２９适当调整后送入Ｑ３栅极，为其　提供大小合适的电压。当Ｅ１端有ＢＩＡＳ信号时Ｑ４导通，使　源端子排ＴＢ１的１、２、３端子。Ｔｌ变压器初级为三角形接　法，次级为星型接法。经三相桥式整流（整流桥二极管耐压　１５０　ＶＣ，最大电流４０　Ａ）变为＋２８　Ｖ的直流电压，经ｃ１滤波　后变为纹波系数更小的直流电压满足宽放所需。脚为阻值　ＶＲ１输出端ＶＯＴ经Ｒ２２电阻和Ｑ４的漏、源两端通地；Ｑ３栅　极通地无电压，Ｑ３管截止不工作起到保护重要器件的作用，　预防了故障扩大化的发生。　很小的分流器为宽放电流表提供取样；Ｒ２与宽放电压表串　联，宽放电压表分得极少量电压用于指示；粥为负载电阻；　１ＰＳ７同时为１Ａ９提供＋２８　Ｖ电源。　３宽频带放大器前置级放大电路（见图３）　２宽频带放大器内部稳压电路（见图２）　｛嚣　Ｔ　Ｔ　至Ｑ３栅极　ｌ　－６－　Ｔ　Ｔ　图２稳压电路图　图３前置级放大电路图　收稿日期：２０１４—０１—２４修回日期：２０１４—０３—２２　作者简介：陈青松（１９７５．），男，河南郑州人，工程师，专业：通信工程，广播电视发送技术。　第２期　陈青松：ＤＦ１００Ａ型发射机宽频带放大器工作原理及故障分析　１１　１）射频信号（最大功率Ｐ…＝２０　ｍｗ）由儿端送入宽　放，经线圈　送到由Ｒ１１、６＇２７、Ｒ１２、Ｃ２８组成的高通滤波　肿并联后与ｃ４、　形成ＬＣＲ反馈式电路，稳定管子的工作　状态，扩宽通频带，改善高频特性，防止过电压产生失真信　号。三３为射频阻流圈防止射频信号串扰２８　Ｖ电源和偏置电　压。　器，防止过低频率信号串入输人回路。　２）Ｑｌ晶体管工作于甲类状态，其偏置电压Ｒ１３和Ｒ１４　串联分压为其提供。计算可得：　（ｑ１）ｂ＝２８×Ｒ１４１（Ｒ１３＋　Ｒ１４）＝１．６　Ｖ；又因为Ｒ１４为可调电阻，调整后加至Ｑ１的偏　３）输出电路分析：输出射频信号经ｃ７耦合至ｒＩ３传输线　变压器，阻抗变比为４：１，起到阻抗变换和功率均分器的作　用。　置电压为１．２　Ｖ左右即可，过高电压在长时间工作中会将Ｑｌ　损坏。Ｒ１５为直流负反馈电阻（其电压０．５　Ｖ），用来提高晶　５推挽放大级电路　体管的输入阻抗，稳定管子的工作状态。　３）输出电路分析：Ｔ５为９：１自耦变压器式输出网络，起　到阻抗变换作用，使输出阻抗得到匹配，输出功率达到最大，　减少功率损耗。６３１耦合电容，通高频交流信号，阻断低频　直流信号，使前后两级得到很好的隔离作用。Ｒｌ、舵、船组　成Ｔ型电阻网，使输入输出之间得到很好的衔接作用，阻抗　匹配变得简单容易。Ｔｌ、他为４：１型传输线变压器，分别合　成１６：１阻抗匹配，与　的输入阻抗匹配。之所以采用传输　线变压器其优点有：传输线变压器适合工作于射频频段，最　高可达几百兆赫兹至上千兆赫兹。由于传输线变压器有两　根导线紧密缠绕在一起，因此，任意点的线电容都是很大的，　整个线上是均匀分布的，导线又绕在高ｕ磁芯上，故导线每　一小段的电感可以看成有许多电感、电容组成的耦合链。正　是利用电感和电容之间的耦合，完成了能量的传输，线间分　布电容不但不会影响高频能量的传输，相反却是电磁能量传　输的必要条件；也使磁芯的损耗对信号传输的影响大大减　少。　４）ＶＳＷＲ驻波比保护电路，当Ｅ３端送来驻波比信号（低　电平）时，将Ｑ１基极偏置电压箝位为零电位，Ｑｌ管子截至，　致使所有后级放大电路截至。起到快速保护后端设备的ＦＩ　的。　４宽频带放大器的驱动级放大电路　宽频带放大器的驱动级放大电路原理如图４所示。　图４驱动级放大电路图　１）Ｑ２作为宽放的驱动放大级，工作于甲类状态。其偏　置电压由　和Ｒ５串联分压提供，计算可得：　（　）ｂ＝２８×　／（Ｒ４＋　）＝２　Ｖ；又因为　为可调电阻，调整后加至Ｑ２　的偏置电压为０．７　Ｖ左右即可，过高电压在长时间工作中会　将　损坏。　２）其他电路分析：　ｌ、ｃ５、ｃ６组成仃型滤波网络，防止高　频信号串扰电源，并作为向Ｑ２提供偏置电压的通路。瞄和　此电路是宽放电路中的重要环节，ｐ３管价格昂贵市面　稀少，所以使用中要格外小心以防损坏。其电路原理如图５　所示。　１）Ｑ３管工作于甲乙类状态，由两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ管　构成，在正极型或负极性信号时分别交替导通放大，在末级　回路Ｔ４传输线变压器中合成交替放大的正负两极信号。Ｑ３　栅极控制电压由ＶＲ１的ＶＯＴ端经Ｒ２９调整后提供，其正常　电压为３．３６　Ｖ左右即可，切不可凋整过高电压而损坏贵重　ＭＯＳ管。　２）其他电路分析：Ｒ１６、Ｒ１７、Ｃ１４和Ｒ１８、Ｒ１９、Ｃ１５分别　组成ＲＣ反馈电路，起到稳定管子的工作状态，扩宽通频带，　改善高频特性，防止过电压产生失真信号的作用。Ｌ４自藕式　阻流圈防止射频信号串扰电源，并分别为两ＭＯＳ管漏极提　供电压。Ｃ１７一Ｃ＇２２和Ｃ＇３４为高频滤波电容。　３）输出电路分析：Ｔ４为功率合成变压器，阻抗变比１：９　起到阻抗变换和功率合成器的作用。　￡：ｌ４ｑ　¨＂¨¨¨　ＣＩ５　ＲＩ９　４７０　图５推挽放大级电路图　６宽放故障分析　正常时宽放电流：（ａ）无激励时，，＝２．４　Ａ；（ｂ）正常激励　低频段时，，：５—６　Ａ；（ｃ）正常激励高频段时，，＝８—１１　Ａ。　当超出以上范围时，宽放即有可能存在故障，应尽快处理以　免造成停播事故。　１）当设备工作于１５　ＭＨｚ以上时，宽放电流Ｉ已经远大　于ｌＯ　Ａ，高末栅流小于０．４　Ａ，而１５　ＭＨｚ以下频率宽放电流　和高末栅流均正常时，说明此时宽放已经输出功率不足，可　适当增大频率合成器输出电平来弥补宽放输出功率不足的　问题。　２）一般情况下，宽放输出功率不足都是由Ｑ３管造成的，　更换时须注意事项：　◆宽放外壳接地，佩戴防静电手镯。用万用表先测量　电源端对外壳有无短路现象；再用万用表测量Ｑｌ、Ｑ２、Ｑ３集　ｌ２　山西电子技术　２０１４年　电极或漏极对宽放外壳电阻值，如果出现短路通壳现象说明　此管已经击穿需要更换；并测量基极、集电极、发射极之间或　栅极、漏极、源极之间有无击穿现象。　◆更换管子时切不可用烙铁直接焊接Ｑ３管和Ｑ２管，　况判断宽放的工作情况。可根据实际情况适当调整各管子　的基极电压或栅极电压。更换频综频率观察电流指示和功　率指示，用示波器在假负载测试口观察其波形变化情况。　可用防静电烙铁拆除旧管子，同样的方法焊接新管子。　７宽频带放大器各级管子简介　各级管子应在屏蔽环境中储存。　◆将Ｑ３栅极脱开电源供电端，调整直流电压源为２８　Ｖ　给宽放加静态电压，测量Ｑ３栅极供电端电压为３．３６　Ｖ左　右，观察电压源电流显示应为１．２　Ａ左右，电流相差较大时，　说明此管性能已经很差不可使用（如发现直流电压源电流特　Ｑ１型号：２Ｎ３８６６（ＮＰＮ型）晶体管；基极电压１．２　Ｖ；发　射极０．５　Ｖ；集电极电压２８　Ｖ。　Ｑ２型号：ＭＲＦ１３６（Ｎ沟道）ＭＯＳ管；栅极电压０．７　Ｖ；漏　极电压２８　Ｖ。　别大ｌ０～２５　Ａ，电压只有１０　Ｖ以下说明漏栅极击穿）。重新　焊接Ｑ３栅极电源供电端，加静态电压观察。　◆调整内部电源ＶＲ１输出端可调电阻Ｒ２９时，应注意　每次调整电压最大范围为０．２　Ｖ左右，最大调整至３．３６　Ｖ即　可，切勿再增大电压否则有烧坏Ｑ３管的可能。　◆断开Ｑ３栅极控制电压，调整Ｑ１或Ｑ２基极电压为　０．７　Ｖ，并同时观察直流电压源电流为０．２　Ａ。　◆动态测试宽放，宽放外壳接地线并接直流电压源的　Ｑ３型号：ＭＲＦ１４１Ｇ（Ｎ沟道）ＭＯＳ管或ＢＬＦ２４８（ＮＰＮ　型）晶体管；栅极电压２．８—３．６　Ｖ；漏极电压２８　Ｖ。　Ｑ１和Ｑ２管基极与发射极或栅极与源极电压差为０．７　Ｖ　左右。　８　ＤＦ１００Ａ型宽放的发展方向　ＤＦ１００Ａ型宽放设计之初有３００　Ｗ功率，只用到２００　Ｗ　负极，频率合成器的输出端经１Ｏ　ｄＢ衰减器后接入宽放的输　入端，并置频率合成器电平于０　ｄＢ。宽放输出端经功率计后　与假负载相连接，其间的连接线应使用特性阻抗为５０　ｎ的　连接线，以保证输入输出间的阻抗匹配。假负载是由四根　３Ｒ１３（２２０　Ｑ）纯阻并联成５５　ｎ负载电阻，并安装在铁皮箱　功率，有足够的富裕量。但是实际情况却并非如此，在低频　段还能满足需求，但在高频段时经常出现输出功率不足的情　况，再加上长时间不间断的工作原因，宽放故障率越来越高，　在此提出一些建设性想法用以解决此问题。　利用现有设备，将两组宽放进行功率合成。在两组宽放　输入端之前，将射频信号进行功率分配后再分别送人两组宽　放，又在两组宽放分别放大之后加入功率合成器。这样，利　内（铁皮箱外壳接地线），四周有大功率风扇进行冷却。将宽　放外壳拆除并使用风机冷却。频综调整合适频率；合２８　Ｖ　直流电压电源，缓慢增加频综输出电平，观察直流电压源的　用每组宽放单独放大后的功率再进行合成，使得输出功率会　更大，从而解决单独宽放输出功率小的问题。　输出电流大小和功率计的功率指示大小，依据两者的变化情　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　Ｆａｕｌｔ　ｆｏｒ　ＤＦ１Ｏ０Ａ　Ｗｄｅｂａｎｄ　Ａｍｐｌｉｉｅｒ　ｆＣｈｅｎ　Ｑｉｎｇｓｏｎｇ　（Ｔｈｅ　５５４　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｓｔａｔｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆＰｒｅｓｓ，Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｒａｄｉｏ，Ｆｉｌｍ，ａｎｄ　Ｔｅｌｅｖｉｓｏｉｎ，Ｘｉｎｇｙａｎｇ　Ｈｅｎａｎ　４５０１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＤＦ１００Ａ　ｔｙｐｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　２００Ｗ　ｗｉｄｅｂａｎｄ　ａｍｐｌｉｉｆｅｒ　ａｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａ　ｎｅｗ　ｗａｙ　ｏｆ　ｔｈｉｎｋｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｄｅｂａｎｄ　ａｍｐｌｉｉｆｅｒ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｆａｕｌｔ　ｒａｔｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＤＦ１００Ａ　ｔｙｐｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；２００Ｗ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ａｍｐ１ｉｉｆｅｒ；ＭＲＦ１４１Ｇ；ＭＲＦ１　（上接第７页）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｓａｆｅ　ａｎｄ　Ｒｅｌｉａｂｌｅ　Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｉｔｅ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｚｈｅｎｇ　Ｙａｗｅｉ　，Ｚｈｅｎｇ　Ｙａｈｏｎｇ　（１．Ｓｈａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００２４，Ｃｈｉａ；ｎ　２．Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｆＳｃｉｏｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００２４，ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｓａｆｅｌｙ，ｒｅｌｉａｂｌｙ　ａｎｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｌｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｔｈｅ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｓｗｉｔｃｈ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｎ—ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎ—　ｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎ　ｈａｒｓｈ　ｉｎｄｕｓｔｉａｌｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｏｒ　ｆｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｆｅｌｄ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｌａｒｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｓｔｉａｌ　ｆｒｉｅｌｄ；ｐａｓｓｉｖｅ；ｓｗｉｔｃｈ；ＲＳ４８５；ＳＴＭ３２；ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ