鉴相器电路在TBH-522型短波发射机中的应用

李萍

(国家新闻出版广电总局951台,河北平山 050407)

鉴相器电路在TBH-522型短波发射机中的应用

李萍

(国家新闻出版广电总局951台,河北平山 050407)

本文主要介绍了TBH-522型短波发射机高末级鉴相器电路的原理及其在自动调谐中的应用和典型故障解析。

短波发射机 调谐 鉴相器 谐振 相位差

1 引言

大功率短波发射机是完成运载音频信息的一种工具,它主要由音频系统、射频系统、供电系统、冷却系统、控制系统和调谐系统构成。因为短波发射机工作在3.9-26.1MHz的载波频率范围内,在从一个载波频率更换到另一个载波频率工作时,高末级功率放大器的阳极回路要对于发射机所工作的载波频率进行调谐。在老式短波发射机上,由于没有自动调谐系统,调谐工作完全由人工根据表值进行调整,经常出现功率放大器工作在非正调谐状态。而带自动调谐系统的短波发射机则可以通过控制驱动电机系统,经过粗调谐、细调谐,最终使功率放大系统工作在正调谐状态。例如在TBH-522型短波发射机中,调谐工作分为两步:第一步对阳极回路中的可调元器件按照EEPROM中存储的数据进行大范围调整,亦即进行粗调,此时阳极回路中的可调元器件并未达到正调谐位置,第二步由鉴相器电路将阳极回路中的可调元器件调整到正调谐位置,亦即细调,此时阳极回路中的可调元器件达到正调谐位置,高末级功率放大器的阳极回路处于谐振状态,此时发射机的效率最高。

2 鉴相器电路的简要工作原理

鉴相器电路是发射机自动调谐回路中的核心电路,它是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路,通过输出电压控制电机对其功率放大器的可调元件进行调谐。在大功率短波发射机中的末级功放使用大功率电子管高频调谐放大器,当电子管阳极调谐回路工作于谐振状态时,电子管阳极电压与栅极电压的相位相差180°,当电子管阳极调谐回路处于失谐状态时,其相位差则大于180°或小于180°。鉴相器电路就是对这种相位差进行鉴别,180°相位差时鉴相器输出误差电压为0,否则输出的误差电压为正电压或负电压信号。在相位差不十分大时(亦即粗调位置正常),输出电压的绝对值与相位差的绝对值成比例,恰好与伺服放大器相适应。输出电压极性的改变控制电机改变转动方向,输出电压幅值的改变控制电机改变转动速度,鉴相器输出误差电压为0时电机停止转动,此时电子管阳极调谐回路处于谐振状态。

图1 高末级鉴相器电路图

3 鉴相器电路在TBH-522型短波发射机自动调谐中的应用

下面对TBH-522型短波发射机中末级功放电子管阳极调谐回路中鉴相器电路的元器件、原理和的作用分别进行介绍。

高末级鉴相器电路图如图1所示。

3.1 高末级鉴相器电路图中的元器件介绍

T1:高频电流互感器,T1的次级电流在C1上产生的电压做为高末电子管栅极电压ug1的取样信号;C1:用于频率补偿的电容;R1、R2:高频无感电阻,R1=R2=22Ω;V1、V2:检波二极管,型号为2AP30E;C2:被银云母电容,用于高频信号取样,此电容几乎没有引线电感。L1:并联在电容C2两端用于给二极管V1、V2提供直流通路。C3、C4、C5、C6:组成π型滤波网络的电容,用于滤除高频信号。L2、L3:组成π型滤波网络的电感,用于滤除高频信号。R3、R4:直流输出电阻。W:电位器,安装在自动调谐伺服放大器套箱的检测单元中,用于输出平衡调整,当发射机高末级处于调谐状态时,通过调整电位器W,使输出电压为0。3C7:高末级鉴相器中高末电子管阳极电压ua的取样电容,容量为0.5pF。

3C3:50pF真空可调电容,它与调谐元件联动,保证在工作频率范围内高末栅极高频取样电流比较均匀。

3.2 鉴相器电路原理分析

图2 电压向量叠加示意图

(1)鉴相器电路中的高末电子管阳极电压U˙a的取样信号是从电子管阳极上耦合出电压信号,再经过3C7和C2分压所得,所以有:为常数,因此U˙a与U˙c2同相。

(2)鉴相器电路中的高末电子管栅极电压U˙g1的取样信号就是电流互感器T1的次级电流在C1上产生的电压。

假设电流互感器的互感系数为M,且仅存在于磁场耦合的情况下,设电流互感器T1的电感量为L,初级电流为I˙1,次级电流为I˙2,

则:电流互感器的感抗XL=jωL。

次级电流

式(1—1)中 jω M ·I˙ 1为互感电压。

因为ωL＞＞R1+R2,因此R1+R2可忽略不计。

得出:I˙

因M/L为常数,因此电流 I˙2 与 I˙1 同相。

由式(1—3)知 U˙R1 与 I˙2 同相,因为 I˙2 与 I˙1 同相,因此 U˙R1 与 I˙1同相。

电流互感器T1初级串接在电子管栅极,因此T1初级电流I˙1与栅极电流 I˙g1 同相,U˙R1 与 I˙g1 同相。可知,U˙g1 相位滞后 I˙g1相位90°,也就有U˙g1 相位由滞后U˙R1 相位90°。

由上式知 U˙R2 与 I˙2 相位差为180°,又因 I˙2 与 I˙1 同相,因此 U˙R2与 I˙1 相位差也为180°;由 I˙1 与 I˙g1 同相可得,U˙R2 与 I˙g1 相位差也为180°。由U˙g1 相位滞后 I˙g1相位90°可得,U˙g1 相位超前U˙R2 相位90°。因此电子管阳极调谐回路谐振时,要达到电子管阳极调谐回路U˙g1与U˙a 相位相差180°,就可以通过鉴相器电路比较U˙c2 相位U˙R1超前相位90°或滞后U˙R2 相位90°来实现。

3.3 高末级鉴相器电路的作用

(2)当U˙c2 相位超前U˙R1 相位小于90°并且滞后U˙R2 相位大于90°时,亦即U˙g1相位滞后U˙a相位小于180°时,鉴相器输出误差信号电压大于0,此时电位器W中心端输出的误差信号电压大于0,驱动电机升,并且相位差越大时电位器W中心端输出的误差信号电压的绝对值也越大,电机转动也越快,一直到鉴相器输出的误差信号电压为0,驱动电机停止转动,电子管阳极调谐回路达到谐振状态。当前状态如图2-B所示,U˙c2 与U˙R1或U˙R2叠加后,明显U˙c2 与U˙R1的叠加电压向量U˙Rc1幅值较大,则U˙Rc1通过二极管整流后的正直流电压绝对值相对较大,鉴相器输出电压为正电压值。

(3)当U˙c2 相位超前U˙R1 相位大于90°并且滞后U˙R2 相位小于90°时,亦即U˙g1相位滞后U˙a相位大于180°时,鉴相器输出误差信号电压小于0,此时电位器W中心端输出的误差信号电压小于0,驱动电机降,并且相位差越大时电位器W中心端输出的误差信号电压的绝对值也越大,电机转动也越快,一直到鉴相器输出的误差信号电压为0,驱动电机停止转动,电子管阳极调谐回路达到谐振状态。当前状态如图2-C所示,U˙c2 与U˙R1或U˙R2叠加后,明显U˙c2 与U˙R1 的叠加电压向量U˙Rc1幅值较小,则U˙Rc1通过二极管整流后的正直流电压绝对值相对较小,鉴相器输出电压为负电压值。

4 鉴相器电路常见故障及分析

根据我台长期发射机维护经验,总结分析常见检相器故障如下:

故障一:现象:自动调谐时找不到调谐点。分析:被调元件偏离预定的位置太远,高末电子管栅极和屏极高频电压相位相差太大,超出了鉴相器“捕捉”范围,鉴相器不能正常工作。

故障二:现象:调谐元器件只向一个方向转动一直调到限位。分析:鉴相器内烧坏一个检波二极管或电阻。此种情况时,鉴相器的输出误差信号电压,反映的将不再是两个电压的相位差的关系,而是其中的某一个输入电压的相位,为一固定值,因此导致电机带动调谐元器件只向一个方向转动,一直调到限位。

故障三:现象:鉴相器能够找到调谐点,但发射机表值却与正常表值相差很多。分析:从电子管阳极上耦合出的鉴相器电路中的高末电子管阳极电压U˙a的连接铜皮被拧成了螺旋状,呈现电感性,从而导致高末电子管阳极取样电压产生了相移,电子管阳极电压与栅极电压U˙a相位差的基础上又叠加了一个附加相位。因此鉴相器输出的误差信号电压中也存在一个附加电压,鉴相器找到的调谐点不是真正的调谐点,使发射机表值与正常表值相差很多。

5 结语

短波广播发射机的频率倒换(即为换频)是短波发射机的一项常态化工作,要求在3分钟之内完成换频工作,高前高末阳极调谐回路达到调谐状态就是倒换频率工作中的重要一项操作,利用鉴相器电路实现电子管阳极回路的快速自动调谐,既缩短了倒换频率的时间,又将人从频繁的手动调谐操作中解放出来,因此对鉴相器原理的分析和故障总结是短波广播发射机自动控制系统维护中的一项关键知识的技术积累。

[1]TBH-522型短波广播发射机技术说明书 北京北广数字广播电视股份有限公司.