功率放大器的应用及故障两例

2016-07-01讷河市广播电视服务中心张春艳

电子世界 2016年10期

讷河市广播电视服务中心张春艳

功率放大器的应用及故障两例

讷河市广播电视服务中心张春艳

【摘要】随着科学技术的提高，新型材料的应用，涌现出一些高科技的新兴产物。例如；广播、电视发射机各级功率放大器都采用全固态功率合成放大器。它应用场效应管的串、并联技术，获得高功率输出的新一代功率放大器。它具有性能稳定、低压供电、自动调节功率输出、故障率低等优点，深受广大用户喜爱。

【关键词】模块；场效应管；甲乙类放大器；微带线；衰减器；热敏电阻；驻波比；阵列逻辑电路

功率放大器被广泛应用在各类功率输出的设备中，广播电视发射机的各级输出都采用不同的功率输出放大器。前置级用小功率放大器，推动级用中功率放大器，末级用大功率放大器。经逐级放大的电信号被送到发射单元，完成放大功能。功率放大器应用的是场效应管的串并联技术来获得高功率输出，场效应管采用N沟道场效应管或者相同类型的放大组件组成。它具有使用寿命长、线性好、热传导性良、直流低压供电等优点，工作在甲类或乙类工作状态。

一、功率放大器在固态电视发射机中的应用

全固态电视发射机的功率放大模块是根据发射机使用的波段的不同而设计不同，其工作原理大同小异。一般前置级功率放大模块50W，驱动级功率放大模块525W，末级功率放大模块1KW。功率放大模块设计有+50V直流电源输入口、射频输入口RF IN、模块复位/启动口和输出口。功率放大模块在维修与更换过程中，不需要关闭发射机可直接拔下或者插上。它有保护、控制和检测电路，有效地监控各个功率放大模块的工作状态，在面板显示屏上及时体现出来。如有故障，控制单元发出故障代码并进行报警。

1、低波段功率放大模块

它采用前级驱动模块，它是由一级甲类放大器和第二级并联甲类放大器。原理图如图1所示。

工作原理：射频信号送入射频输入口，再到衰减器，它的作用是提高增益使反射损耗得以改善，达到35dB。射频信号经同轴电缆送入2路分配器；一路经微带线到定向耦合器产生射频取样信号，另一路经微带线环路的射频相位调整再经合成视频信号到输出口。低波段功率放大模块输出功率达到50W，音频达到200W。通常低波段功率合成器经过四个功率放大器合成输出，可以将图像和伴音同步峰值功率放大到1KW以上。

2、功率放大模块

它是由四个并联的甲乙类功率放大器合成的，其增益根据工作波段的不同而不同。低波段增益18.5dB，高波段增益13.7dB。从模块后面传输的射频驱动信号用微带线分成两路分配器，取出射频取样信号，进行驱动保护或者相位调整的微带环路和两路分配器。微带线之间有隔离电阻，起到端口隔离作用。射频信号被送到两个两路分配器，变成四路信号又分别送到四个甲乙类放大器进行放大。其工作流程是驱动模块输出的视频信号，经过相位调整同轴电缆传输到衰减器。校正后的射频信号继续送到两路功率分配器，进行阻抗转换。

功率放大模块工作在甲乙类状态，作为中间放大和末级放大。其偏置电压是+15V直流供电，通过保护、控制和监控系统产生降压和稳压，开通与关断来控制模块+50V直流电源。功率放大器的场效应管是安装在散热片上进行散热，利用热敏电阻作为取样电压。其原理是热敏电阻随散热片温度变化阻值也随之变化，导致场效应管栅极电流发生变化。栅极电压由调整电位器进行精确调整，维护其静态电流。散热片温度不能超过25度，调整电压为5.3V。

3、保护、控制与监测

功率放大模块在正常工作的情况下，必须有保护、控制和检测电路，才能达到理想的工作状态。这样必须在功率放大模块电路中设计传感系统和逻辑电路，分析功率放大模块的工作状态，时时显示在控制面板上，其核心是功率放大模块控制系统。

1/4功率放大模块隔离电阻检测：每个广泛的模块都经过两路合成变压器，用来合成功放模块上面和下面两功放放大器的功率，确保输出阻抗的匹配。如果上下两功率放大器输出的相位或者幅度出现偏差，在隔离电阻上会产生一个电位差，这个不平衡的信号送到检波器，经整流后产生一个与上下两路不平衡信号成比例的直流电压，这个直流信号叫做功率电阻电压取样。

1/4功率放大模块温度监测：每个功放模块上都有热敏电阻安装在散热片上。当散热片温度升高设时，热敏电阻的阻值变小。热敏电阻阻值的变化来控制功放模块内部场效应管偏压的变化。利用+15V直流电源和地之间电阻产生的电压降作为取样信号，来调节场效应管的静态工作点和维持各自的静态电流。要求工作温度25度以下，电压调整在5.3 V。

驻波比保护与主电源+50V监控：合成功率经定向耦合器，取得反射功率取样电压送入监测控制电路，检测反射功率，反射功率过高时会烧毁模块。保护原理是：电位器在+15V直流电源分压，在电压比较放大器上形成一个故障门限电压。如果取样电压超过故障门限电压，检测控制电路发出故障报警，驻波比高故障指示灯亮，设备会自动降功率、停机等手段保护设备。为了防止直流电压过高或过低损坏功放模块，检测控制电路时刻检测直流电压。其原理是：经电阻在+15V直流电源上分压，作为最高电压参考值。+50V直流电源经电阻降压，作为取样电压，送到电压比较放大器，进行比较。如果取样电压值超过参考电压值，出现电压过高故障显示并报警。如果电压过低，显示电压过低故障报警。

启动大功率开关场效应管：可编程序的阵列逻辑电路产生一个信号，控制场效应管N沟道开关管的开通与关闭。每个模块都有一对大功率场效应管来控制1/4模块上的+50V直流电源的导通与关闭。在控制电路中有两种+15V直流电源：一种是+50V直流电源经电阻降压后在用三端稳压器产生一个+15V直流电源，服务于检测控制电路。另一种+15V直流电源是当开关场效应管导通后，源极上的+50V直流电源经电阻降压和三端稳压器位稳压，得到+15V直流电源，送到1/4模块，用于栅极偏置和温度监测取样。可编程序的阵列逻辑电路有两个功能：一是给大电流开关管发出导通指令，把+50V直流电源加到功率放大场效应管。通过面板显示屏显示出当前的工作状态。其二是产生一个模块启动信号，当电源电压到达44V时，控制逻辑电路指令大功率场效应管导通。