500KW发射机模拟信号处理板设计分析

邹坤英

【摘 要】本文结合瑞士进口的大功率500KW短波发射机，对其顺序控制的原理进行简单介绍，并着重对控制系统中的模拟信号处理板（YCS06）的设计思路、组成和工作原理进行分析，该板对发射机的很多重要参数信号进行采集和处理，是控制系统中重要的组成部分之一，对其全面的了解和掌握有利于对该发射机的维护。

【关键词】控制系统；顺序控制；模拟信号处理

1 500KW发射机控制系统

发射机控制系统是用户和发射机相互联系的桥梁，它一方面按照正确的顺序开、关发射机；另一方面在故障发生时，执行必要的开、关动作。它还控制着发射机自动换频时的执行顺序和调谐。

顺序控制系统由YCS 04顺序控制器板和相关的接口板组成。YCS系列的数据采集单元作为一个I/O扩展；24V直流输入输出板与二进制信号电气隔离（型号YCS 01 和YCS 02），并作为与传感器相联系的接口电路；SCI 01和SCI 02型滤波器板利用继电器提供一个直流24 V或交流220 V输出的选择；模拟信号的采集则是用YCS 06 和YCS 07型模拟板完成；SCI 03型滤波器板提供模拟信号的滤波。

YCS 06板用来进行发射机运行模拟参数的采样和处理，如所有的电压和电流等，并将处理结果通过发射机显示器进行显示。所有测量值通过该板都被转换到10伏的满刻度值。该板还包含了一些额外的测量电路：用于灯丝调压器控制THYRO-P？誖的缓冲放大器、24VDC电池监测以及±15V直流电源监测。YCS06的作用就是实现标准化转换这个目的，因此它包含一些附加测量电路。YCS06板主要对发射机采样过来的信号进行处理，所处理信号如表1所示：

2 模拟控制板的设计分析

所有模拟量输入信号靠取样电路、分压器、分流器获得，经A151、A161板滤波和限幅后送至YCS06（用来进行发射机运行模拟参量的采样和处理，如所有的电压和电流等，并将处理结果通过发射机显示器进行显示，所有测量值通过该板被转换到10V的满刻度值）、YCS07（用于发射机自动调谐的相位信号处理及发射功率瞬时检测，有计算功能）、YCS08板（马达位置信号）进行处理，处理后的信号分两路，一路经低通、滤波、衰减到ECAM显示，另一路经快速通道去YCS04板，先起保护作用。

所有测量电阻（如分流器、分压器中的电阻）的选取都是按以下方式进行的：在测量电路输入端获得的取样电压范围为0.9～1.2V。

所有电路都采用平衡输入的方式来避免接地环路对取样信号造成影响，除了IaV2取样电路的输入阻抗Rin= 1kΩ外，所有电流取样电路的输入阻抗都为100Ω，而所有电压取样电路的输入阻抗为1kΩ。由于部分信号是调制信号，因此采用了滤波电路以得到一个稳定的平均值，并显示在显示屏上。

系统采用了补偿电路实现对分压器测量值和分流器测量值进行误差补偿，电路的调整是通过插在滤波器和输出缓冲器中间的各电位器完成的。模拟输出信号须送往几个部分，因此每个输出通过电压跟随器退耦以避免彼此影响。信号被送往以下系统（电路）：中央控制系统（ECOS2）、顺序控制器（极限值获取）、模拟参数显示（选件，Imax= 10mA）、信号记录器（选件）和马达控制器。电流测量电路带有瞬态检测器，这样能迅速判断过流。这些瞬态检测器的输入信号都没有经过相应的滤波器。去信号记录器（选件）的信号也不经过滤波处理。

2.1 灯丝电压

VfilV1和VfilV2的测量电路是相同的，它们都以一个真均方根值（TRUE RMS）运算模块作为核心电路，以保证直流和交流电压都能被正确测量、校准和显示。

信号通过平衡输入放大器（放大倍数V=1）后，再被放大5倍并输入到真均方根值运算模块中，其输出送到一个fg = 3Hz的二阶低通滤波器。滤波器放大倍数V=1，且在50Hz时最小衰减46dB。后级电路结合误差补偿调整将信号放大到10V，其放大倍数V=1.38～2.8。之后通过4个缓冲器后分别连接到以下电路（系统）：中央控制系统（ECOS2）、顺序控制器、模拟参数显示和信号记录器。

2.2 电流测量

信号通过平衡输入放大器（放大倍数V=2）后，输入到一个fg= 3Hz的三阶低通滤波器。滤波器的放大倍数V=1，在40Hz时最小衰减值大于60dB。后级电路结合误差补偿调整将信号放大到10V，其放大倍数V=4.15～5.8。之后先通过缓冲器连接到以下电路：中央控制系统（ECAM）、顺序控制器和模拟参数显示。另外Ig1V2和IaV2两个信号还送到了马达控制器，作为自动调谐控制信号。

IaV2电路还有一个无缓冲的额外输出，送到模拟数据采集板YCS 07上的屏耗（APD）监测电路。在进行此处理的同时，信号在经过输入放大器之后经过放大后（放大倍数V=2.5）给信号记录器。这就确保了在有调制信号时，即使调制度m=1也可以获得全部信息。当过流（如达到2×In）时，也可以获得更多信息。

在经过输入放大器之后信号直接送给瞬态检测器。该电路不可调，且被设计成对已调制信号不响应（m=1，梯形调制，调制频率为5kHz）。当瞬态检测器响应时电路发出一个3ms长的输出脉冲。瞬态检测器的输出为晶体管放大级，为顺序控制器提供一个5V的逻辑信号，0V表示故障。在出现接触不良问题（或者模拟板未插入）时，通过在顺序控制器上安装的下拉电阻为顺序控制器提供0V故障信号，从而确保安全。

Ig1V2电路提供了另一个瞬态检测器，它能响应负值瞬态值，例如在电子管控制栅极和阴极间有碰极现象。该电路的正值检测器有着相同的响应特征。

两个瞬态检测器通过一个比较电路结合在一起，并控制一个公共的输出晶体管。

2.3 电压测量

电压测量电路除了VaV2外都采用了同样的设计。

2.3.1 VaV2测量

信号通过平衡输入缓冲放大器（放大倍数V=1）后，输入到一个fg =3Hz的三阶低通滤波器。滤波器的放大倍数V=1，且在40Hz时最小衰减值大于60dB。后级电路结合误差补偿调整将信号放大到10V，其放大倍数V = 8.3～11.5。之后通过缓冲器连接到以下四个电路：中央控制系统（ECOS2）、顺序控制器、模拟参数显示和连在后面的马达控制器。

测量电路提供一个无缓冲的额外输出，送到模拟数据采集板YCS 07上的屏耗（APD）监测电路。

在送往滤波电路的同时，还送往一个放大倍数V=5的无滤波功能的电路，该电路用于信号记录器，其信号直接从输入级之后取得。

2.3.2 其它电压

这包括了VdcFET，VaV1，Vg1V2，Vg2V2和Vspare。

信号通过平衡输入放大器（放大倍数V=1）后，输入到一个fg= 4.8kHz的RC低通滤波器，用于抑制干扰。并结合误差补偿调整将信号放大到10V，其放大倍数V=8.3～11.5。之后通过缓冲器连接到以下四个电路：中央控制系统（ECOS2）、顺序控制器、模拟参数显示和连在后面的信号记录器。

2.4 水导测量

被测值从电导测量元件获取，并提供冷却水电导的有关信息。这一输入信号与电导计的电流输出相对应，其输入阻抗为1kΩ。这个测量电路也带有一个用于抑制干扰的RC低通滤波器。

2.5 控制电路

V-REF-RF-ATT和V-RE-AC-CTRL两个电路是作为发射机控制系统与外围设备之间的接口。

2.5.1 V-REF-RF-ATT

这个电路用来处理控制射频衰减器输出大小的控制电流值。为此，来自马达控制器的控制电压“V-REF-RF-ATT”（±10V）信号被成比例的转换成0～20mA电流信号。

控制电压在输入时被取半压并增加5伏，从而使电压范围在0到10伏之间。同时将这一电压成比例的转换为电流信号“RF-ATT”。用它来控制RF衰减器。

电压与电流存在以下对应关系：

U = +10 V → I=0 mA（射频封锁）

U = -10 V → I=20 mA（射频允许）

衰减器的控制由发射机控制系统通过“RF-ENABLE”信号来封锁或允许。由顺序控制器控制的电压加到输入电路中，这样它的输入就是0V。数字控制信号为0 V对应射频封锁，+5V对应射频允许。输入设计成在任何干扰（=封锁）的情况下状态一直为0V的工作方式。

2.5.2 V-REF-AC-CTRL

电路实现10V电压的隔离传输，放大系数V=1。

信号经过一个放大系数V=0.1的高阻抗平衡输入放大器，送往放大系数V=1的缓冲放大器，在缓冲放大器的输入端装有一个用于偏移补偿的电位器。在随后的输出放大器中电压会再被升到10V。控制电压范围在0.25 V到10 V之间，去控制灯丝调压器控制器THYRO-P？誖输出相应的电压，且必须从相应电源输出将信号反馈回来。

2.5.3 电源

该电路板需要下列电源电压：

±15V直流电源，用于运算放大器。

+5V直流电源，用于来自于瞬态检测器的故障显示。

输入电源在输入端通过各种电容来进行滤波，另外紧靠每个IC（集成电路）排列着一个100 nF的电容。电源电压的情况通过前面板的发光二极管来指示。

用于整个发射机控制系统的电池电压显示和监视（24 V直流）也位于这块板上。

2.5.4 ±15V直流监测

±15V直流电源电压被监测是否欠压，以确保模拟参数测量的可靠性。该电路在±13.5V时反应并有一个0.5V的滞后。两个比较器的输出信号通过另一个比较器合并为一个公共的故障信号。信号通过一个晶体管级和瞬态检测器送到顺序控制器。

2.5.5 +24 VBatt直流监测

电池电压被监测是否出现大于30V的过电压和小于20V及小于18V的欠压，然后这三个信号通过晶体管级分别送到顺序控制器。“24V”电源指示发光二极管通过一个缓冲器直接从输入级对输入的24V进行检测指示。

平衡输入电路的放大系数V=0.4，以便处理板上最高为30 V的直流电压。输入电路部分在每个模拟接口（滤波墙）装有一个100kΩ的电阻以保护印刷电路模块。在这个输入级后并接有三个比较器并以晶体管驱动输出。30V比较器的比较范围为>32V，20V比较器的比较范围为<19.7V。电池会在电压降至18V以下时关闭，而在无负载时电压又会升高，因此18V比较器的滞后范围为4V以获得安全的关闭。

3 小结

500KW发射机自动化程度高，运行稳定，操作方便，自动化程度高，并能实现远程监控。该机型在我局已经大范围普及，成为我局现在的主力机型，对该机型的维护成为技术工作的重点，系统的、熟练的掌握模拟信号的采集、分析和处理，会更加有利于我们日常的维护工作，使发射机长期的处于良好的工作状态。更好的进行安全播音。

【参考文献】

[1]THALES. TSW2500型发射机技术手册[Z].2005.

[2]国家广电总局无线局.现代广视无线传输发射技术丛书第一分册[Z].2007.

[3]焦索敏.数字电子技术基础[Z].2012.

[4]陈永强，魏金成，吴昌东.模拟电子技术[Z].2013.

[责任编辑：杨玉洁]