DAM 10kW中波发射机射频功率放大器的原理和维护

【摘要】DAM中波发射机是一款采用数字技术进行调幅的发射机，DM-10型发射机共用了52块射频功率放大器模块。本文以陕西广播通讯设备厂生产的AM103S-2型发射机为例，介绍了中波广播发射机射频功率放大器的工作原理和电路分析方法，同时也举例说明了在维修过程遇到的若干问题及解决办法，为同行业在维修时提供参考。

【关键字】中波发射机；射频功率放大器；功放模块；场效应管；维护

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.08.014

DM-10系列發射机共用了52块射频放大器模块，其中48块用在功率放大器，1块用在预推动级，另外3块用在推动级。所有功放模块均可用在功放级、预推动级、推动级，功放模块互相交换不影响发射机的正常工作。功率放大器部分由48块射频功率放大模块组成。来自调制编码板上的音频信号根据载波加调制信号开启所需要的功放模块数量。48个射频功率放大模块称作“台阶”，包括有42个相等的射频电压的“大台阶”和6个分数射频电压的“二进制台阶”。功放模块是DAM发射机的核心部件，因此掌握功放模块的故障分析和检测在我们发射机维护工作中尤为重要。

1. 功放模块工作原理

每个射频放大器模块都是有4个功率MOS场效应管按电桥形式连接，工作方式为以丁类开关放大，这种连接称做桥式功放。它由两个半桥组成：A半桥包括V1和V3，B半桥分包括V2和V4。V1源极和V3漏极的连接点、V2源极和V4漏极的连接点分别是两个半桥的输出端。

1.1 基本工作原理

如图1所示，功放模块的每个半桥的都有两个场效应管组成，每对场效应管轮流导通或截至，两个场效应管的输入射频推动信号相位相差180度，这样输出在地电位与供电电压之间转换。功率放大器的工作效率主要由场效应管的过渡时间决定。场效应管在导通和截止两种状态下，功率耗散很低，过渡时间内场效应管工作在线性区的功率耗散很高，但因过渡时间非常短，其平均功率耗散仍很低。

1.2 半桥式功放

射频功率放大器由独立电源系统供电，电桥A、B两部分各自独立输入射频推动信号，射频功放模块的这个特性被利用于推动级A、B两部分独立工作。来自低压电源的＋60VDC通过缓冲放大器板上的F1、F2分别供给A、B两部分。场效应管作为开关，仅使用V1及V3，射频输出波形为方波，可用示波器在V1的源极与V3的漏极交汇处观察到方波频率是工作频率。

1.3 全桥式功放

射频放大器模块除预推动级之外的全都以全桥方式工作。A、B两部分的输出与相对应的变压器初级线圈首尾相连，这种结构与传统推挽电路形式类同。在射频推动信号的相位决定下4个场效应管只能有两个同时通或断。

在一个射频信号的上半周期，V1和V4截止而V2和V3导通，在下半周期，V1和V4导通而V2和V3截止。开关动作通过电容C8将供电电压送到变压器的初级线圈，每个推挽放大器输出一个方波信号，两组推挽放大器产生相位差180度的方波信号，方波峰峰值幅度通过变压器初级后是原供电电压的两倍。由于是电抗性负载其波形可能会出现振铃。电容C8接在变压器线圈外，可防止场效应管发生短路时电流直接流向地，这时电容C8起到隔直流通交流的作用。

1.4 射频放大器模块开关控制电路

发射机在工作时，推动级和预推动级上的射频放大器模块总是工作在开状态，功放级上的射频放大器模块会随着不同的输出功率及调幅度有开和关两种工作状态。图2是射频放大器控制电路的工作原理简化图，模块上的控制部分三极管V5、V6和V7可以使射频功放V3和V4发生改变。来自调制编码板的低电平控制信号会使PNP三极管V5导通，NPN三极管V7截止。而高电平控制信号会使V5截止，V7导通。

射频放大器在工作状态下，三极管V5导通，通过变压器T1次级线圈接射频地，为场效应管V3栅极提供射频推动信号，同样三极管V6导通，通过变压器T2次级线圈接射频地，为场效应管V4栅极提供射频推动信号。射频放大器关断状态下，三极管V7导通，把变压器T1和T2的射频推动信号箝住，电平略高于地电位，可有效防止场效应管V3和V4导通。

2. 电路分析

2.1 供电电压

如图3所示，是射频功率放大器电路图，模块A、B部分分别供电，由每个电桥射频放大器的下面返回到地。＋230VDC供给功放模块“大台阶”， ＋115VDC和＋30VDC供给功放模块“小台阶”，供给推动级模块的是＋115VDC，供给预推动级模块的是＋60VDC。电源电压通过射频扼流线圈L1、L2，过保险管F1、F2保险。如果电桥中半部分保险管烧断，另外半部分还会继续工作。对于用全桥结构形式的射频放大器模块，此时只是输出功率减小了，仍可放大输出。A半桥旁路电容C1、C3及B半桥旁路电容C2、C4，将多余的射频成分旁路到地。DS1、DS2为红色发光二极管，在保险管熔断时通过限流电阻R1和R2点亮。

2.2 射频推动电压

射频放大器模块的射频推动电压馈送到两个射频推动变压器T1和T2，分别用于电桥A、B部分。即XT1-49/50为模块A部分提供射频推动电压，模块B部分的射频推动电压来自XTI-53/54。通过另外来自射频分配器的同轴电缆，将射频推动电压馈送到每个射频放大器模块的A、B部分，这样一来两部分推动信号就互不产生影响，不会因一部分推动信号的故障而影响模块另一部分正常工作。

射频推动变压器带有并联匹配网络，增宽了输入回路范围，使得在任何频率下无需更换元件参数。L3、R3、R5组成变压器T1的匹配网络，L4、R4、R6组成T2的匹配网络。射频推动变压器的次级线圈可提供两对相位相差180°的推动电压信号。4个齐纳二极管VD1、VD2、VD3、VD4是为了防止场效应管控制栅受过激损坏。由于射频分配器提供射频推动电压，要求所有射频推动电缆长度一致，达到所有模块射频推动信号相位一致。

2.3 控制部分

功放级的控制信号来自调制编码板，用一个高电平和一个较小的负电压控制射频放大器导通和关断。负电压是由直流稳压电路B-提供，由于模块具有开关特性，依据在某段时间内工作的模块数量，负电压会随调制度大小而取值不同，同时会改变射频放大器模块导通和关断的时间。而用于预推动级和推动级的控制信号是一个固定控制电压，该电压来自电源分配板A39上的－8VDC，经稳压后模块总能保持在开状态。

当射频功率放大器导通时，三极管V5、V6及二极管VD5、VD6为射频推动信号提供通道，而当放大器被关断时，三极管V7导通，二极管VD7、VD8把射频推动信号箝位于地电位，而场效应管要想导通所需要电压有几伏，大大超过了二极管的结电压。

2.4 射频输出

半桥的输出端在两对场效应管交汇处，A部分的输出经XT1-1/2/3/4接出模块，B部分的输出经XT1-7/8/9/10接出模块，然后送到匝数比17：1的射频变压器，输出二者之间接电容C8，C8在这里起直流隔离的作用。

3. 维护要点

3.1 保险管熔断

射频功率放大器保险管熔断的主要原因是场效应管短路，保险管熔断说明可能有一个或两个场效应管有故障，但此时发射机仍可继续工作，到常规停机检修时更换。保险管熔断缓解了发射机其它器件严重损坏，不需关机，可用U形跨接线替换下不能正常工作的模块。

3.2 场效应管的维护

因为场效应管的控制栅输入阻抗非常大，在对其进行操作时要格外注意，因人体所带的静电会损坏场效应管栅极部分，除了使用和测试外，场效应管也必须长期置于防静电的包装袋中。

维修或测量场效应管时，应先取下，再测试，最后更换。通常状况下场效应管是粘在冷却散热片上的，先拆下连接冷却散热片和场效应管中间的螺丝，轻轻将场效应管从冷却散热垫片上撬下，从最外面场效应管散热片开始逐一取下，之后再从射频放大器模块板上焊下场效应管。

检测场效应管使用电池3～18V的万用表，此检测方法是利用控制栅进行充电和放电，判断场效应管能否导通和关断。具体方法是将万用表正表笔接漏极，负表笔接源极，在栅极与源极之间作一个触及，使场效应管打开导通，再将栅极与漏极中间触及，则关断场效应管，此万用表欧姆档在场效应管截至时应为无穷大，而当场效应管导通时欧姆档读数应小于100kΩ，在测试过程中不要用手触碰管脚。更换场效应管时，先将冷却散热片固定在模块板上，接着再用螺丝紧固场效应管，点焊场效应管管脚，最后剪去过长管脚，注意不要忘记换掉已熔断的保险管。

修理射频放大器模块时，建议最好一次换掉所有场效应管，只要场效应管在不能工作模块上的半桥部分，即使其自身在路测量是好的，也要同坏掉的场效应管一起更换。但A半桥损坏不会影响B半桥工作，同样B半桥损坏不会影响A半桥工作。如果没有新的配件，没有损坏的场效应管也可继续使用。

3.3 功放模块受损

发射机功放模板损坏或击穿一般有两种情况，即同一位置的功放模板连续故障和不同位置的同一功放模板重复故障。对于同一位置功放模板连续故障，其可能原因是漏极相位不正确或者是射频推动信号不正确。所有功放模块的推动电平在23V左右，模块间推动信号的相位差不要超过5度，如果模块中的射频信号不能控制在合理范围内，主要原因可能是射频推动电缆故障，模块接触不良，射频分配合成母板插头接触不良，这样会造成功放模块不能正常工作，甚至会造成射频输出环形变压器故障，功放模块在损坏前的温度会明显升高，进而对发射机的整机效率产生阻碍。

用在功放级的48块功放模块是完全可以互换的。更换步骤如下：按下“开关”机钮，打开中间控制面板门，就可以看到已损坏的模块，记住模块编号，拔出有故障的功放模块将其更换。关上互锁屏蔽门，则发射机就可返回正常工作状态。如果在拔出故障的功放模块时，低压电源开关S11未关断，则显示板上的电缆互锁灯显示红色，应按下复位钮清除。如果发射机仍不能工作，且电缆互锁灯仍为红色，多是功放模块板未插到位。

一般把新修好的功放模块置于正常工作级或使其工作在故障出现之处，如此虽然不太安全保障，但可以很搞弄清楚是射频放大器自身或者其外围电路出现故障情况。在功放模块损坏后，通过更换电子元器件后重新安装即可，在功放模块重新工作之前也应搞清楚故障情况产生的主要因素，虽然功放模块损坏的主要原因是场效应管的损坏，但认真检查检测会减小损坏另一个新换的模块产生再次损坏的几率。

4. 结束语

对发射机功放模块的检修维护，要保证场效应管在更换、使用中不破坏，更要积极利用发射机面板各指示和示波器进行检测，对比判断。结合图纸资料一定要查清楚功放模块发生故障的原因，完全处理以后再上机，杜绝人为损坏现象。

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作者簡介：王应稳，山东济宁，中级工程师，研究方向，中波广播发射.