中波数字频率合成激励器基本原理及故障处理

周 莹

（作者单位：国家广播电视总局九五三台）

1 频率合成技术产生背景

振荡器的作用是在各种电子设备中提供信号源，而信号源的不稳定(幅度、频率)将严重影响电子设备的性能。例如在发射机中，若载波不稳将影响它的发射功率，最终影响收听效果；若频率不稳将不能实现信号的稳定接收，严重时受众将无法收到广播电视台的广播信号和电视信号，且频率的偏移还要干扰邻频或邻频道的工作。在接收机中，振荡频率不稳将使混频输出的中频频率偏离规定值，而使中频放大器失谐、增益下降，最终影响接收机的灵敏度；接收机振荡的幅度不稳将使中频放大器的输入信号忽大忽小，也会影响接收的灵敏度。在微波通信和电视信号的传输中，若载波振荡器频率不稳将使边带信号移出通频带，造成信号严重失真或信号中断；在测量仪器中，若振荡频率不稳将会造成较大的测量误差。所以在各种电子设备中，对振荡器的振幅和频率稳定都提出了严格的要求。

石英晶体等效电路具有很高的Q值，且在一定温度范围内具有极高的稳定性，用它做成的石英晶体振荡器的振荡频率稳定度可达10-5～10-6/日。若对振荡电路再采用恒温措施，其频率稳定度可达10-7～10-11/日，是一种理想的信号源。这种石英晶体来控制振荡频率的振荡器叫晶体振荡器，简称晶振。晶体振荡器的主要缺点是只能在固定的频率上工作，频率不可调。应用频率合成技术则可以克服这一缺点。

2 频率合成技术简介

频率合成（Frequency Synthesizer）指的是通过频率域的线性运算，将一个或多个频率精确度和稳定度很高的参考信号源，变换成具有同样精确度和稳定度的大量离散频率的过程。

实现频率合成的器件叫作频率合成器。作为一种振荡源，频率合成器将几个高精度晶体振荡器作为频率标准，在某一频段内，按照一定的频率间隔，转换出多种不同频率的振荡。

频率合成按实现的方法不同，可分为直接频率合成和间接频率合成两种。

直接频率合成是将一个高稳定度与准确度的标频（通常用高度稳定的晶体振荡器产生）[1]，经过混频、倍频器、分频等技术实现对频率的加、减、乘、除运算，产生大量的同一稳定度和准确度的不同频率[2]。产生的这些频率再经过滤波器滤波后输出所需的稳定频率。直接频率合成法的优点是换频速度快、分辨率很高，可达到微秒级的换频速度，而且相位噪声特性好[3]。缺点是杂散频率多，易出现干扰，且设备庞大复杂，因而成本较高。

间接频率合成法指的是输出频率来自电压控制振荡器的频率输出，而不是直接来自晶体振荡器。这种方法采用锁相环，利用相位同步原理使得电压控制振荡器输出高稳定的标准频率，因此又称为锁相频率合成法。在鉴相器中，晶体振荡器输出的标准频率与电压控制振荡器输出的信号进行相位比较，其输出电压经过低通滤波器加到电压控制振荡器的压控元件上，随时调整着电压控制振荡器的输出频率。间接频率法的优点是成本低、体积小、噪声小，缺点是频率转换较慢、分辨率不高。在现代通信测量设备中，主要采用的是间接频率合成法。

3 频率合成激励器介绍

数字频率合成激励器是发射机的重要组成部分，其稳定性对同步广播尤为重要[4]。在广播通信的频率合成技术中使用了数字集成锁相环电路，使锁相式频率合成激励器具有体积小、功耗低、换频方便、频率稳定度高等众多优点。

中波频率合成器的主要组成部分为频率合成部分（包括标准晶振、固定分频器、程序分频器及锁相环等）、隔离和功率放大部分、稳压电源部分、输出监测指示部分，方框图如图1所示。

图1 频率合成器方框图

激励器的基准频率1 kHz是由5 MHz高稳定度晶体振荡器经过隔离放大器和两级固定分频器得到的，其频率稳定度可达1×10-7Hz/7日，频率准确度可由电路中W3电位器调整。

数字集成锁相环路主要由环路滤波器、压控震荡以及相位比较器（鉴相器）等部分组成[5]，具体电路由集成块CD4046和部分外接电阻电容组成的滤波器等组成。它可以对基准频率1 kHz和比较频率1 kHz进行鉴频鉴相。当两个信号频率不同相位有差异时，锁相环路处于跟踪调节状态，直至两个信号频率差为零而达到相位锁定。

程序分频器由集成块CD4522和KBP1-3拨盘开关等组成。

由可预置数的二-十进制1/N计数器的预置端按8.4.2.1码(BCD码)和面板上的拨盘开关KBP1-3直接配合，经拨盘开关转换成十进制数码显示，预置频率和换频操作直观方便。

锁相环输出经过BG2～BG6四级电压放大，它们一般采用高频管3DG120组成工作点稳定电路和射极输出电路，末级是输入变压器倒相式推挽放大电路，由功率管3DA1组成丁类放大，其输出经过调谐回路选频后可达100 V高频电压输出，小盒面板上并有电压表给予指示。

激励器内部装有两组稳压电源，一组由W7812、W7815、W7824固定三端稳压器产生三组不同直流电压输出，12 V专门供给5 MHz标准晶振，15 V供给BG1隔离放大器和IC1、IC2固定分频器，24 V供给BG2 ～ BG6四级电压放大器。另一组由可变三端稳压器W350产生可调整输出电压供给末级推挽管3DA1，通过改变电路中W1电位器的阻值，可以改变激励器的输出大小，以满足高前级所需的激励要求。

激励器还有频率监测和输出指示，监测采用一块大规模集成块ICM7216接成10 s闸门时间，8位数码显示，监测频率精度可达0.1 Hz 。激励小盒中装有两套独立的晶振系统，通过人工控制继电器达到相互倒换的目的。

4 频率合成激励器的故障处理

由于数字式频率合成激励器采用的半导体器件，集成块多，线路较复杂，产生故障时隐蔽性较强，不易检查。因此，在检查中通过“直观判断法”，可以直观判断元器件有无变色，触摸集成块三极管温度有无过热，利用“仪表法”，用三用表检测直流工作电压；用示波器测量各级输入、输出波形等，逐级检查，找出故障点。

4.1 KBP1-3型拨盘开关错码故障

激励器上使用的K1、K2、K3、K4为KBP1- 3型拨盘开关，它是一种较新型的转换开关，采用8.4.2.1编码(BCD码)进行十进制与二进制之间的转换。在电路的程序分频中进行频率预置，使得频率显示直观，换频操作方便。

KBP1-3型拨盘开关构造较复杂，它由转盘、簧片、动刀片和印刷电路等组成，当外部转动拨盘时，动刀片与内部的印刷板电路接通，这样由转盘上标有0 ～9的十进制数字通过内部转换为BCD码0000～1001输出。

使用中一个拨盘开关只能代表一位十进制数，而在锁相式频率合成器中程序分频必须设置个位、十位、百位和千位数，因此电路中使用4个拨盘开关与4只CD4522可编程计数器相级联，组成可变分频器。原理图如图2所示。

图2 可变分频器原理图

运行中有一次发现频率合成激励器在预置频率为765 kHz时，而输出的频率显示则为855 kHz，偏差达90 kHz。追查故障时，测量发现十位数的拨盘开关K2在预置6时，本应输出BCD码为0110，而实际输出为1111，说明拨盘开关内部有错码，造成输出异常。由于十位上K2开关预置6而实际产生的数码输出为15，BCD码又是十进制，这样在十位上显示5而在百位上使原来的7升到8，对应频率显示即为855 kHz。

KBP1-3型拨盘开关由于无法拆开处理，应急处理时，人工强制使K2开关输出的编码8和1断开，即图2中A和B点断开，使IC6的输入码为0110，开机试激励器工作为正常765 kHz。

KBP1-3型拨盘开关在长期的使用和操作中，常会出现一些如接触不良和错码的故障，造成激励器频率偏移，工作异常。处理时如果无同型号开关更换时，可以人为地对错码开关输出进行“置0”和“置1”的修正，保证其输出BCD码正常。在中波不换频的机器上使用其法，效果稳定可靠。

4.2 单相桥式整流器XQL-200V/6A击穿故障

激励器的 + 24 V和 + 35 V整流电源中使用了2组XQL-200V/6A单相硅桥，运行中断续出现开机时，硅桥击穿的故障轻则断保险，严重时引起电源变压器烧坏。工作人员在处理时选用了反压稍高的新硅桥KBPC-250V/6A代用，经过运行工作稳定可靠。

4.3 集成稳压LM350性能不好故障

激励器中供给末级功率放大管BG8的集电级工作电压由可调集成稳压LM350提供。当改变W1电位器阻值时，LM350输出的直流电压发生变化，这样就使BG8集成极电压升高或降低，它们输出的高频激励大小就发生改变，可以调整高频放大器前级FU-728的输入激励大小。

在运行维护中，出现备份激励器输出信号时有、时无的故障，检查时，怀疑是电位器接触不良，更换过W1，更换过输出BG7、BG8两个功率放大管，更换过输出调谐线圈等都未能排除故障；最后在更换稳压电源集成块LM350后，故障排除，检查换下的集成稳压块直流电阻，与正常相比无异态，估计是内部性能不好。

4.4 前置放大管BG4、BG6极间开路的故障

工作中出现主用激励器停振无输出，故障检修时，发现前置电压放大级BG3输出高频电压10 V正常，而经过BG4射级输出后，电压下跌为约1 V，输出不正常。按射级输出器放大倍数约为1，输出应在10 V左右。检查BG4放大管时，发现是管子集电极与发射极和基极间全开路，失去放大作用所致，更换一个3DG12B管后工作正常。

在备份激励器的运行中也出现过因射极输出放大级BG6管子的发射极与基极间开路的故障而引起无输出，通过更换管子后工作正常。

4.5 集成块CD4046、CD4518击穿故障

激励器中任意一个集成块损坏时，都会造成无信号输出，作为固定分频器CD4518损坏时，测量IC2的14脚无基准频率1 kHz输出。锁相环CD4046损坏时，其4脚无765 kHz信号输出。在通电检査时，用手触摸其损坏的集成块可以发现特别烫手，更换后故障即可排除。

4.6 输出槽路电容C24失效故障

运行中发现主用激励器中右路输出指示电压表严重偏小，为几V，而正常输出值应在88 V左右。在对故障的检査中，从前向后逐级追查中，查到末级功放输入倒相变压器初级端输入高频电压均正常，变压器次级的两级输入3端和6端也正常。检査功放BG7和BG8中心点输出高频峰值为40 V，偏小。经过调谐线圈后主备路B端输出明显偏小仅为几V。怀疑输出回路内有短路现象。在对照检査主备路B端对地直流电阻值时，左路正常的阻值为100 Ω，右路异态的阻值为50 Ω。再拆下电容C23和C24时，发现C24电容阻值为110 Ω左右，用DL-6243数字式电感电容测试表检查电容量全无，判定电容失效。处理时换上一个220 pF电容重新调谐L1线圈后激励器右路工作正常。

由于数字频率合成激励器中使用的集成块，半导体管、阻容器件多，线路结构紧密复杂，故障检查不易。检查中工作人员一般先用眼直观判断器件有无变色变形或烧痕，用手触摸管子和集成块等温度有无过热，然后再用示波器和三用表检查各级的输入输出波形和直流工作点，最终查出故障予以排除。

5 结语

本文介绍了中波发射机中频率合成技术的应用，并对数字频率合成激励器出现的故障原因和维护经验进行分析[6]，可以有效缩短排查处理故障的时间，保障安全播音。