全固态中波发射机射频功放电路分析与故障剖析

丁兰兰福建省广播电视传输发射中心401台，福建泉州　　362000

全固态中波发射机射频功放电路分析与故障剖析

丁兰兰
福建省广播电视传输发射中心401台，福建泉州362000

摘要中波广播使用的固态机的功放模块是发射机中非常重要的部分，工作在大激励开关状态，周期性地工作于截止区、线性区和饱和区，本文通过分析全固态中波发射机射频功放电路以及高频部分的电路，结合故障现象分析因激励变化引起的一系列问题。

关键词MOSFET管；桥式功放；饱和区；截止区

我台的使用的全固态发射机的射频功放管都是MOSFET管，MOSFET管工作在开关状态时效率最高，输出电压也最高，在这种的工作状态下的MOSFET管绝大部分时间都工作在饱和或者截止状态，只有很短的时间工作在线性区。对于MOSFET管的工作方式我们做下面的分析。

1 射频功放电路MOSFET的三个工作区

激励开关状态的MOSFET的基本电路如图1（a），图1（b）是激励电压和输出电压、电流波形图。如果功放电源的电压值为E，电路的负载是纯电阻RD，激励信号是正弦信号并且足够大，在栅极激励电压从0逐步向正方向变化时，MOSFET将经过三个工作区。

1.1截止区

1.2线性区

1.3饱和区

当iD增加到后，电源电压几乎全部降在负载电阻上，尽管继续增加，iD却再也不能增加，这个区域称为饱和区，当管子工作在饱和区时，虽然管子流过的电流比较大，但由于管子的饱和电阻很小，如IRF350管的正向导通电阻仅为0.3Ω，远远小于功放电路的负载电阻，管子的饱和压降很小。

这可以这样理解，当激励电压为正且不断增大时，管子经历了截止、线性和饱和三个工作区，同样，当激励电压达到峰值后由大向小变化时，管子也要经历饱和、线性和截止三个工作。

同样都是图1（a）所示电路，当激励电压很低且峰值达不到开启电压时，在整个周期内源漏间没有电流，输出回路无信号；当激励电压增大并超过开启电压但又不能在激励电压达到最大值时使管子进入饱和时，漏极电流为正弦脉冲，随着激励的增大，漏极电流由正弦脉冲变成平顶正弦脉冲，而当激励足够大时，漏流脉冲才近似于矩形脉冲，我们称这种状态称为大激励开关状态，数字式调幅中波发射机和脉宽机的射频功放模块使用的都是桥式功放，他们都工作在大激励开关状态，控制场效应管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方波。其电路有也有两种型式，一种是电流开关型，另一种是电压开关型，中波固态机通常采用电压开关型电路，其电路又有两种，一种是半桥式电路，另一种是全桥式电路。中波固态化丁类功率放大器都是采用电压开关型全桥式功率放大电路。其电路虽与图1（a）不同，但三个工作区域及工作原理完全相同，不再赘述。

2 中波固态发射机射频功放效率分析

在理想情况下，场效应管丁类放大器的效率应达到100%，而实际只能做到90%左右，丁类桥式功放工作在开关状态，但它又不同于一般的脉冲放大器，它的控制栅输入信号是正弦波，左右两部分源漏极间的负载是LC调谐电路，因此对基波而言，把合成变压器次级回路等效到初级，简化电路如图2所示。

图中RDS1＝RDS2＝RDS3＝RDS4，分别是4个场效应管饱和导通时的内阻，r为电容器和变压器的损耗电阻，令R＝2RDS＋r，ZL＝RL＋jXL为负载等效到初级的阻抗，总负荷为R＋ZL。

桥式功放的合成变压器的初级电压为一方波，将它进行傅里叶级数分解，其基波分量只有奇次谐波，没有偶次谐波分量，而且基波的振幅最大，振幅为：

当回路串联谐振于工作频率时，负载里流过的高次谐波电流很小，RL两端的电压不是矩形波，而是接近于正弦波并且和电压矩形波同相，负载电流的振幅为：

负载上所获得功率为：

电源里流过的电流其直流分量为：

电源输出的功率：

桥式功放的效率为：

当电路处于和谐振状态时：

由此可见，当电路处于此谐振状态时，效率最高，管子饱和时电阻RDS越小（即饱和电压越小），回路损耗越小，效率越高，由于多方面因素的影响，全固态机功放电路整体的效率通常为90%左右[1]。

为了加大每个桥路的输出功率，丁类桥式功放的每臂的管子往往并联使用，将管子源极直接相连，漏极也直接相连，全固态化的功率放大器，为了维修方便，做成模块形式，即一组功率放大器为一模块。

3 故障案例分析

1）故障现象：机器遭受强雷击，发射机掉功率之后无法开机。

故障处理：首先排查保险丝，经查，功放级4个10A保险丝均已烧断，功放场效应管大多击穿，换新品IRF250管和保险丝后试机时，能开机，但推动电流明显变大至80以上，经逐个试验小盒，发现有一个小盒装上后会使推动电流变大，详细检查该小盒，发现有4个功放管的栅极防震电阻的阻值已变，分别由4.7Ω增大至10Ω、25Ω和180Ω等，更换新品电阻后，上机试用，此时推动电流已降至63，为正常值范围。证明推动电流明显变大是由于这几个栅极防震电阻阻值的改变造成的。

故障分析：由于射频功放小盒内的栅极防震电阻阻值的改变造成推动电流变大，今后凡遇上类似故障现象时，应重点检查各管的栅极防震电阻阻值或G、S间的限幅二极管的好坏。

2）故障现象：在发射机运行过程中，我台的发射机温度检测系统，检测到功放管的温度高，调制电流也变大。

故障分析：该固态发射机的调谐回路是中放与射频功放之间的电路，射频功放需要28Vpp的正弦波由此该电路获得，数字式调幅中波发射机使用IRF350管，激励电压在20～25VP-P都可正常工作，最佳值为21～24VP-P，低于20VP-P为欠激，高于25VP-P为过激。上广型脉宽机使用IRRF250管，激励电压要求在26～32之间[2]。通过测量发现激励信号偏低，通过微调调谐振回路的L2来使激励电压在合理的区间。

4 结论

发射机的故障有多种可能，每次检修后都要记录总结，给每一部发射机列一张表，才能对机器的变化了然于心，在出现故障后才能针对性的诊断。发射机使用的MOSFET管是一很精密的器件，它的保存、使用、测量、拆卸都要小心谨慎，以免扩大故障，给后继的维修工作带来麻烦。

参考文献

[1]张丕灶.全固态PDM中波发送系统原理与维护.北京：中国广播电视出版社，1999：10-12.

[2]TS 3KW全固态PDM中波广播发射机技术说明书.上海明珠广播电视科技有限公司.

作者简介：丁兰兰，助理工程师

中图分类号G2

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）140-0091-02