鑒相器電路在TBH-522型短波發射機中的應用

李萍

(國家新聞出版廣電總局951臺,河北平山 050407)

鑒相器電路在TBH-522型短波發射機中的應用

李萍

(國家新聞出版廣電總局951臺,河北平山 050407)

本文主要介紹了TBH-522型短波發射機高末級鑒相器電路的原理及其在自動調諧中的應用和典型故障解析。

短波發射機 調諧 鑒相器 諧振 相位差

1 引言

大功率短波發射機是完成運載音頻信息的一種工具,它主要由音頻系統、射頻系統、供電系統、冷卻系統、控制系統和調諧系統構成。因為短波發射機工作在3.9-26.1MHz的載波頻率范圍內,在從一個載波頻率更換到另一個載波頻率工作時,高末級功率放大器的陽極回路要對于發射機所工作的載波頻率進行調諧。在老式短波發射機上,由于沒有自動調諧系統,調諧工作完全由人工根據表值進行調整,經常出現功率放大器工作在非正調諧狀態。而帶自動調諧系統的短波發射機則可以通過控制驅動電機系統,經過粗調諧、細調諧,最終使功率放大系統工作在正調諧狀態。例如在TBH-522型短波發射機中,調諧工作分為兩步:第一步對陽極回路中的可調元器件按照EEPROM中存儲的數據進行大范圍調整,亦即進行粗調,此時陽極回路中的可調元器件并未達到正調諧位置,第二步由鑒相器電路將陽極回路中的可調元器件調整到正調諧位置,亦即細調,此時陽極回路中的可調元器件達到正調諧位置,高末級功率放大器的陽極回路處于諧振狀態,此時發射機的效率最高。

2 鑒相器電路的簡要工作原理

鑒相器電路是發射機自動調諧回路中的核心電路,它是使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關系的電路,通過輸出電壓控制電機對其功率放大器的可調元件進行調諧。在大功率短波發射機中的末級功放使用大功率電子管高頻調諧放大器,當電子管陽極調諧回路工作于諧振狀態時,電子管陽極電壓與柵極電壓的相位相差180°,當電子管陽極調諧回路處于失諧狀態時,其相位差則大于180°或小于180°。鑒相器電路就是對這種相位差進行鑒別,180°相位差時鑒相器輸出誤差電壓為0,否則輸出的誤差電壓為正電壓或負電壓信號。在相位差不十分大時(亦即粗調位置正常),輸出電壓的絕對值與相位差的絕對值成比例,恰好與伺服放大器相適應。輸出電壓極性的改變控制電機改變轉動方向,輸出電壓幅值的改變控制電機改變轉動速度,鑒相器輸出誤差電壓為0時電機停止轉動,此時電子管陽極調諧回路處于諧振狀態。

圖1 高末級鑒相器電路圖

3 鑒相器電路在TBH-522型短波發射機自動調諧中的應用

下面對TBH-522型短波發射機中末級功放電子管陽極調諧回路中鑒相器電路的元器件、原理和的作用分別進行介紹。

高末級鑒相器電路圖如圖1所示。

3.1 高末級鑒相器電路圖中的元器件介紹

T1:高頻電流互感器,T1的次級電流在C1上產生的電壓做為高末電子管柵極電壓ug1的取樣信號;C1:用于頻率補償的電容;R1、R2:高頻無感電阻,R1=R2=22Ω;V1、V2:檢波二極管,型號為2AP30E;C2:被銀云母電容,用于高頻信號取樣,此電容幾乎沒有引線電感。L1:并聯在電容C2兩端用于給二極管V1、V2提供直流通路。C3、C4、C5、C6:組成π型濾波網絡的電容,用于濾除高頻信號。L2、L3:組成π型濾波網絡的電感,用于濾除高頻信號。R3、R4:直流輸出電阻。W:電位器,安裝在自動調諧伺服放大器套箱的檢測單元中,用于輸出平衡調整,當發射機高末級處于調諧狀態時,通過調整電位器W,使輸出電壓為0。3C7:高末級鑒相器中高末電子管陽極電壓ua的取樣電容,容量為0.5pF。

3C3:50pF真空可調電容,它與調諧元件聯動,保證在工作頻率范圍內高末柵極高頻取樣電流比較均勻。

3.2 鑒相器電路原理分析

圖2 電壓向量疊加示意圖

(1)鑒相器電路中的高末電子管陽極電壓U˙a的取樣信號是從電子管陽極上耦合出電壓信號,再經過3C7和C2分壓所得,所以有:為常數,因此U˙a與U˙c2同相。

(2)鑒相器電路中的高末電子管柵極電壓U˙g1的取樣信號就是電流互感器T1的次級電流在C1上產生的電壓。

假設電流互感器的互感系數為M,且僅存在于磁場耦合的情況下,設電流互感器T1的電感量為L,初級電流為I˙1,次級電流為I˙2,

則:電流互感器的感抗XL=jωL。

次級電流

式(1—1)中 jω M ·I˙ 1為互感電壓。

因為ωL＞＞R1+R2,因此R1+R2可忽略不計。

得出:I˙

因M/L為常數,因此電流 I˙2 與 I˙1 同相。

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

電流互感器T1初級串接在電子管柵極,因此T1初級電流I˙1與柵極電流 I˙g1 同相,U˙R1 與 I˙g1 同相。可知,U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°,也就有U˙g1 相位由滯后U˙R1 相位90°。

由上式知 U˙R2 與 I˙2 相位差為180°,又因 I˙2 與 I˙1 同相,因此 U˙R2與 I˙1 相位差也為180°;由 I˙1 與 I˙g1 同相可得,U˙R2 與 I˙g1 相位差也為180°。由U˙g1 相位滯后 I˙g1相位90°可得,U˙g1 相位超前U˙R2 相位90°。因此電子管陽極調諧回路諧振時,要達到電子管陽極調諧回路U˙g1與U˙a 相位相差180°,就可以通過鑒相器電路比較U˙c2 相位U˙R1超前相位90°或滯后U˙R2 相位90°來實現。

3.3 高末級鑒相器電路的作用

(2)當U˙c2 相位超前U˙R1 相位小于90°并且滯后U˙R2 相位大于90°時,亦即U˙g1相位滯后U˙a相位小于180°時,鑒相器輸出誤差信號電壓大于0,此時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓大于0,驅動電機升,并且相位差越大時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓的絕對值也越大,電機轉動也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號電壓為0,驅動電機停止轉動,電子管陽極調諧回路達到諧振狀態。當前狀態如圖2-B所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較大,則U˙Rc1通過二極管整流后的正直流電壓絕對值相對較大,鑒相器輸出電壓為正電壓值。

(3)當U˙c2 相位超前U˙R1 相位大于90°并且滯后U˙R2 相位小于90°時,亦即U˙g1相位滯后U˙a相位大于180°時,鑒相器輸出誤差信號電壓小于0,此時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓小于0,驅動電機降,并且相位差越大時電位器W中心端輸出的誤差信號電壓的絕對值也越大,電機轉動也越快,一直到鑒相器輸出的誤差信號電壓為0,驅動電機停止轉動,電子管陽極調諧回路達到諧振狀態。當前狀態如圖2-C所示,U˙c2 與U˙R1或U˙R2疊加后,明顯U˙c2 與U˙R1 的疊加電壓向量U˙Rc1幅值較小,則U˙Rc1通過二極管整流后的正直流電壓絕對值相對較小,鑒相器輸出電壓為負電壓值。

4 鑒相器電路常見故障及分析

根據我臺長期發射機維護經驗,總結分析常見檢相器故障如下:

故障一:現象:自動調諧時找不到調諧點。分析:被調元件偏離預定的位置太遠,高末電子管柵極和屏極高頻電壓相位相差太大,超出了鑒相器“捕捉”范圍,鑒相器不能正常工作。

故障二:現象:調諧元器件只向一個方向轉動一直調到限位。分析:鑒相器內燒壞一個檢波二極管或電阻。此種情況時,鑒相器的輸出誤差信號電壓,反映的將不再是兩個電壓的相位差的關系,而是其中的某一個輸入電壓的相位,為一固定值,因此導致電機帶動調諧元器件只向一個方向轉動,一直調到限位。

故障三:現象:鑒相器能夠找到調諧點,但發射機表值卻與正常表值相差很多。分析:從電子管陽極上耦合出的鑒相器電路中的高末電子管陽極電壓U˙a的連接銅皮被擰成了螺旋狀,呈現電感性,從而導致高末電子管陽極取樣電壓產生了相移,電子管陽極電壓與柵極電壓U˙a相位差的基礎上又疊加了一個附加相位。因此鑒相器輸出的誤差信號電壓中也存在一個附加電壓,鑒相器找到的調諧點不是真正的調諧點,使發射機表值與正常表值相差很多。

5 結語

短波廣播發射機的頻率倒換(即為換頻)是短波發射機的一項常態化工作,要求在3分鐘之內完成換頻工作,高前高末陽極調諧回路達到調諧狀態就是倒換頻率工作中的重要一項操作,利用鑒相器電路實現電子管陽極回路的快速自動調諧,既縮短了倒換頻率的時間,又將人從頻繁的手動調諧操作中解放出來,因此對鑒相器原理的分析和故障總結是短波廣播發射機自動控制系統維護中的一項關鍵知識的技術積累。

[1]TBH-522型短波廣播發射機技術說明書 北京北廣數字廣播電視股份有限公司.