淺析PSM短波發射機循環調制器工作原理

李希才　國家新聞出版廣電總局七三一臺　364021

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淺析PSM短波發射機循環調制器工作原理

李希才國家新聞出版廣電總局七三一臺364021

【文章摘要】

脈沖階梯調制（PSM）是當前短波發射機采用的主要調制方式，一般配備48級屏壓PSM開關。為使48級開關能夠得到最優化的利用，延長其使用壽命，PSM加入循環調制器實現其目的。以我臺甲機房SW100-Ⅱ型發射機為例，本文重點分析循環調制器中判別電路和J-K移位寄存器的工作原理。

【關鍵詞】

PSM；循環調制器工作原理

0　引言

我臺甲機房短波發射機為航天部的SW100-Ⅱ機型，原為脈寬調制（PDM）式調幅發射機，后經升級改造為脈沖階梯調制（PSM）式調幅發射機，兩者的射頻系統完全一致，其主要區別在于調制器部分。脈沖階梯調制器把主整和調幅器合二為一并把主整電流化整為零，即其主整由48套低壓整流器串聯組成。每套整流器一般為三相全波整流電路，其輸出電壓分別受由絕緣門雙極晶體管（Insulated Gates Bipolar Transistor，以下簡稱IGBT）組成的電子開關所控制。IGBT電子開關則受控于直流控制信號和音頻調制信號，從而使射頻被調級獲得載波點的直流屏壓和高電平的音頻調制電壓。一套低壓整流器的直流輸出電壓和電子開關及其并聯的空轉二極管，這三者組成一級屏壓PSM開關，一共48級。其中，載波時由20級PSM開關供電，100%調幅的正峰時由40級開關供電，所剩8 級PSM開關作為備份。

為了降低開關管的損耗，必須通過減少開關管的開關頻率來實現。為此，引入循環調制器來來管理48級PSM開關循環通斷：需要合開關時，自動選擇拉開時間最長的那一級;需要拉開一級開關時，自動選擇合上時間最長的那一級。

1　循環調制器工作原理

循環調制器主要包括判別電路（含專用清零電路）、J-K移位寄存器和48個J-K觸發器等三個部分，工作原理框圖見圖1，判別電路負責判斷是否需要“拉”、“合”或者保持，J-K移位寄存器負責實現“先拉先合、先合先拉”，48個J-K觸發器經過相關電路并聯后輸出信號反映合上的PSM開關數。本文主要分析判別電路和J-K移位寄存器的工作原理。

圖1　循環調制器原理框圖

1.1判別電路

判別電路主要部分見圖2，同時判別電路還設有專用清零電路，清零電路主要是為了防止誤動作，負責每合或者拉一級PSM開關后，將D觸發器立即清零并為后面J-K觸發器提供時鐘，在此不再贅述。判別電路由LM318N構成減法器、NE527構成的比較器和與非門組合器和D觸發器74HC174等3個部分組成，其中74HC174為6個D觸發器，實際應用中將其改用為2D觸發器。將3,4,6腳并聯和11,13,14腳并聯作為2D觸發器的輸入端，2,5,7腳并聯和10,12,15腳并聯作為2D觸發器的輸出端。這樣使用有利于提高電路可靠性，不會因為某個D觸發器故障而引起整個電路故障。

圖2　判別電路原理圖

如圖2所示，A信號是由直流、音頻和三角波合成的復合信號，經快速變換器再加工而成，反映要求合上多少級PSM開關，Z信號則反映實際合上多少級PSM開關，兩者分別接入LM318N的同相端3和反相端2。當要求大于實際時，輸出高電平、正電壓;當要求小于實際時，輸出低電平、負電壓。同理，該輸出分別接入兩個NE527N，一個為同相端，一個為反相端，如此經過比較器后，再經過與非門，從而形成2個高、低電平信號，分別送入由74HC174改成的2D觸發器，最后輸出X信號（高電平時，表示拉開）和Y信號（高電平時，表示合上），如果兩者皆為低電平，則表示需要保持原狀，不做拉合動作。

1.2J-K移位寄存器

J-K移位寄存器是循環調制器的核心，是實現“先合先拉，先拉先合”的關鍵，使用74HC164來實現。74HC164是高速硅門CMOS器件，是8位邊沿觸發式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。如圖3和表1所示，將74HC164的兩個輸入數據端并接為一個輸入端，上升沿時數據右移一位，輸入到QA。為控制48級開關，由6塊74HC164組成J移位寄存器，負責“合”開關，如圖4所示，把第一塊的的輸入端作為公共輸入端，第一塊的輸出端QH接第二塊的輸入端，第二塊的輸出端QH接第三塊的輸入端，依次接至第六塊。K移位寄存器負責“拉”開關，也是由6塊74HC164組成，原理同J移位寄存器。兩者區別在于J移位寄存器的時鐘采用Y信號（即有多少次上升沿代表需要合幾級PSM開關），K移位寄存器的時鐘采用X信號（即有多少次上升沿代表需要拉幾級PSM開關）。如圖4所示，OPERATE經過兩級非門接入RESET，如果具備上高壓條件時，OPERATE為高電平信號，最終RESET也是高電平，J-K移位寄存器工作;如果不具備上高壓條件，則送入低電平，J-K移位寄存器不工作。以J移位寄存器為例，OPERATE信號經一個非門后，再經由2個或非門74HC02組成的基本R-S觸發器，再接一個或非門，再接入一個或非門改成的非門，最后接入并接的74HC164輸入端，其中J1、J48的接法如圖3所示。

表1　74HC164的功能表

圖3　J-K移位寄存器原理圖

接下來具體重點分析J-K移位寄存器的工作原理：

以負責“合”開關的J移位寄存器部分為例，工作指令信號OPERATE（簡稱O）信號經非門74HC14后作為基本R-S觸發器74HC02的S端，J1作為基本R-S觸發器74HC02的R端。由特性方程Qn+1=S+，當O=0，S=1，R=J1=0，Q=1;當O=1時，具備上高壓條件，S=0，R=J1=0，Q=1，J-K移位寄存器工作，74HC164的A、B端短接作為輸入端，合信號Y=1作為CLK時鐘輸入端，每當有上升沿時，移位寄存器輸出移位一次，上升沿來n次，則Jn=1，則對應的J-K觸發器對應端輸出高電平，合上一級PSM開關。到Y=1來第49次時，重復Y=1時的操作，往復循環。

負責“拉”動作的K移位寄存器原理同J移位寄存器。兩套移位寄存器按照“先拉先合，先合先拉”的原理密切配合，保護48級PSM開關能夠正常循環工作。

2　小結

PSM調制技術自80年代發展至今，在全世界范圍內得到了廣泛的應用，是短波發射機普遍采用的調制技術，除了其高效率外，還有一個原因就是可靠性高。筆者認為，循環調制器的加入是提高PSM調制技術可靠性的重要保證，雖然循環調制器的整體電路不算復雜，但是其思路、原理非常具有研究價值，可供我們在其他電路設計中參考。

【參考文獻】

[1]脈階調制設備. 魏瑞發陳錫安。

[2]廣播電視發送與傳輸維護手冊第三分冊.李天德。

[3]SW100-Ⅱ型發射機圖紙。

【作者簡介】

李希才，1988年3月生，男，福建長汀人，漢族，助理工程師，學歷：大學本科，現任國家新聞出版廣電總局七三一臺甲機房副主任。