全固态PDM1kW中波发射机功放单元故障分析与处理

陈雅玲

内蒙古新闻出版广电局锡林浩特广播发射中心台 内蒙古 锡林浩特市026000

在全固态PDM1kW发射机的日常工作中，由于功放单元处于高电压、大电流的工作状态，加之功放单元处在发射机的末端，受天馈线参数变化的影响较大，因此功放单元发生故障的概率相对发射机的其它部分较高，同时也是日常维修的重点。因此，全面深入的了解造成功放单元告警的原因及逻辑，对提高现场判断和应急处理能力、确保发射机的安全运行是有益的。

在对故障产生的原因具体分析之前，应简单了解功放单元的故障指示电路工作原理。图1是功放盒中三个功放单元功放盒调制和功放告警指示电路其中一个工作示意图。图1可以看出，引发功放单元告警的故障有两类，一是在功放单元无调制信号输入，也就是在3脚检测不到直流或直流+音频调制信号引发的无调制故障告警，另一个则是功放部分故障告警。本文结合发射机功放单元的告警电路，对功放单元两种类型故障告警产生的原因及处理方法做简要阐述。

图1功放盒功放与调制故障告警电路原理示意图

1 调制告警

对于调制信号故障告警，先明确输入到调制告警电路的调制信号的性质：在有音频信号的情况下，从功放单元脚3输出的信号是一个在负的直流电平上叠加音频信号，其幅度是在0V～-72V之间变化的信号；在没有音频信号调制的情况下，其输出是一个负的直流信号。具体电路的告警原理按发射机使用说明的相关分析引述如下：DS4（DS5、DS6）分别指示功放单元1（2、3）的调制故障。三个比较器是由（U1）四比较器LM339及周边电路构成的比较判别及告警输出电路。当调制信号正常时，U1的5（7、9）脚电位为-1V左右，U1的4（6、8）脚电位为-1.5V，U1的2（1、14）脚输出为0V，DS4（DS5、DS6）不亮。当三个功放单元其中一路出现调制故障，U1的5（7、9）脚电位不变，U1的4（6、8）脚电位为0V，U1的2（1、14）相对应的输出脚电位变为-12V，相应的故障指示灯亮。为便于分析，将此告警界定为发射机可正常开机，但无功率输出，功放单元出现调制告警指示。一般如果能正常开机，基本可以确定发射机的电源控制板、继电器控制板、功放电路及其负载等是正常的，且基本可以确定故障是由其调制板及其调制信号通路的有关电路故障所引起，处理此类故障一般使用示波器在调制通路有关功能板的测试点上进行检测来确定故障点。

应该说明的是：常见的故障点大致有两个，一个是调制器板上有一个控制调制信号输出的继电器，当该继电器损坏或+15V工作电源没有加上，再或调制信号的占空比大于55%时，设在该板的脉冲宽度检测电路将通过该继电器断掉调制信号的输出。此外，在测试时最好断掉音频信号，同时要仔细观察测出信号的波形，看脉冲串是否存在尖冲等变形情况，要观察占空比是否稍小于50%，因为当占空比大于50%后，有可能在高调幅时出现窄脉冲丢失和宽脉冲连片的情况，此时图1的3脚输出就不是正常的直流+音频信号了，可能会引发调制告警。另一个是由于功放单元中的调制驱动集成块ICL7667的损坏而形成的告警，这种告警常常与功放告警同时出现，出现这种情况最好先处理功放告警的问题，功放告警问题解决后，如果调制仍在告警，此时再将ICL7667更换，一般情况下基本可以排除故障。

2 功放告警

功放单元的故障指示由图1中的DS1（DS2、DS3）及对应的电路构成。功放故障判别是由图2中的电流不平衡检测电路完成。有两种情况能使功放单元故障出现告警指示。一是功放单元小盒内的温度达到80℃时，热敏开关2RT1的常开接点闭合，三极管2Q1导通并经1R2接地，此时图1中功放单元4脚所外接的+24V经DS1，再经图2的稳压二极管2CR1、三极管2Q1及电阻1R2对地构成回路，其产生的电流将功放故障指示LED二极管DS1点亮，这时在图1的“功放故障”端电压将变为+12V。

当桥式功放单元的IRF140或双向保护二极管PEK620C因某种原因损坏时，导致流过变压器1T1的两个初级线圈电流的大小出现差异，使次级产生的感应电压经二极管1CR1整流后在电容1C3上建立一个高电平并触发可控硅1Q1导通，其结果一是将调制驱动信号对地短接，形成对调制信号输入的封锁。二是将前述的+24V对地形成回路，产生的电流将功放故障指示LED二极管DS1点亮。综上所述，从电路工作逻辑来看，功放出现故障指示几乎一定是因功放管IRF140或双向保护二极管损坏所致。

功放单元故障告警可能产生的原因及相应的分析与处理办法简述如下：由于因温度升高引起的告警，基本是因桥式功放工作时失常所致，所以将分析的重点放在对功放管IRF140损坏原因上。实际上此类发射机因IRF140损坏造成的故障概率占故障的绝大部分，是常见故障。为什么IRF140如此易损，比较一下功能相近的场效应管的BVDS就大致可以了解。在VGS=0的测试条件下：IRF350的BVDSS为400V，IRF25的BVDSS为200V，IRF140的BVDSS为100V。显而易见，较低的BVDSS加之处在发射机末级且以开关状态工作是造成其易损的主要原因。换言之，造成IRF140损坏的主要因素就是其漏、源之间应该是有外部电压大于其击穿电压所致。

图2功放单元功率故障判别与指示电路工作原理示意图

依据实际维护经验重点从两个方面对此做简单探讨：

天馈系统的反射对功放元件的影响。理想天线调配网络的输入阻抗应该与发射机的输出阻抗是一致的，在实际工作中，受室外温差等气象因素、天线调配元件温度系数及Q值等影响使两者的阻抗不匹配成了常态。阻抗不匹配的结果就是在馈线的终端产生反射波。一般常用驻波比来衡量反射波的大小，驻波比越大，匹配越差，反射越大，被反射的电波在发射机输出口产生的迭加电压也越高。有资料显示：在驻波状态且当调制度为100%时，50Ω馈线的端口电压是其正常时的2倍。从这个意义上来说，保持天馈系统的稳定应该是发射台始终坚持的重点维护方向。如何提高天馈系统的稳定性，不外乎以下几点，一是在天线调配网络设计时，尽量避免使用过多的元件及谐振回路，回路的Q值也不要过大。二是要讲究安装工艺，如馈线头的安装、各接触点的接触面、电感线圈的相互避让等。三是至少按年度做好天线调配网络的反射情况的记录和数据分析工作，尽量找出其受季节、天气等影响形成的变化规律，并有针对性的加强维护工作。边频失配的现象也应引起注意，该现象的表现是发射机工作时，其反射指示表针不停的摆动，看似随调幅度变化，事实上这是天线调配网络对载波携带的音频频率选择性反射的结果，即在载频处，等效阻抗接近发射机输出的纯阻，而在±9kHz的边频处，通常就不是纯阻，当这样的阻抗偏离较大时，其反射不仅会造成发射机常常自保，当其反射值达到一定量时同样会将功放元件击穿造成故障。

高频反馈对功放元件的影响。天线有互逆性，特别是中波发射天线由于其在中波频段内的频率特性，其作为发射天线的同时，也是性能良好的接收天线，当发射台处在多塔、多频工作或距离较近的大功率电台也在工作时，天线就会接收来自本台或邻台较高的高频电压，从天线感应产生的高频电压将通过馈线逆向输回发射机的输出端口。事实上这个感生的高频电压对每部发射机来说都是存在的，只不过有强有弱。实践中常常采用观察疑受外部反射干扰的发射机反射表头表现的方法来确定发射机是否存在外部干扰及其大小。具体做法是：将本台发射机全部关机并将发射机相应的表头置于显示反射功率档，如果发射机有反射功率指示，则可确定存在邻台干扰，其干扰频率应与本台发射机反射功率指示最大的频率接近。台内发射机的相互干扰也是采用此方法来确定。高频反馈的危害主要有两个方面，一是反馈电压送到功放电路并与本机的工作电源迭加，直接造成功放元件的损坏。二是过大的反馈也会使发射机的驻波保护电路频繁动作，发射机会出现自保关机的情况。因此，必须采取措施抑制从天线方向反送回来的高频电压，无论这个电压是匹配不良所产生的反射，还是天线感应的高频电压。此外，因雷击造成的损坏占有相当的比例。