功率放大器的應用及故障兩例

訥河市廣播電視服務中心 張春艷

?

功率放大器的應用及故障兩例

訥河市廣播電視服務中心 張春艷

【摘要】隨著科學技術的提高，新型材料的應用，涌現出一些高科技的新興產物。例如；廣播、電視發射機各級功率放大器都采用全固態功率合成放大器。它應用場效應管的串、并聯技術，獲得高功率輸出的新一代功率放大器。它具有性能穩定、低壓供電、自動調節功率輸出、故障率低等優點，深受廣大用戶喜愛。

【關鍵詞】模塊；場效應管；甲乙類放大器；微帶線；衰減器；熱敏電阻；駐波比；陣列邏輯電路

功率放大器被廣泛應用在各類功率輸出的設備中，廣播電視發射機的各級輸出都采用不同的功率輸出放大器。前置級用小功率放大器，推動級用中功率放大器，末級用大功率放大器。經逐級放大的電信號被送到發射單元，完成放大功能。功率放大器應用的是場效應管的串并聯技術來獲得高功率輸出，場效應管采用N溝道場效應管或者相同類型的放大組件組成。它具有使用壽命長、線性好、熱傳導性良、直流低壓供電等優點，工作在甲類或乙類工作狀態。

一、功率放大器在固態電視發射機中的應用

全固態電視發射機的功率放大模塊是根據發射機使用的波段的不同而設計不同，其工作原理大同小異。一般前置級功率放大模塊50W，驅動級功率放大模塊525W，末級功率放大模塊1KW。功率放大模塊設計有+50V直流電源輸入口、射頻輸入口RF IN、模塊復位/啟動口和輸出口。功率放大模塊在維修與更換過程中，不需要關閉發射機可直接拔下或者插上。它有保護、控制和檢測電路，有效地監控各個功率放大模塊的工作狀態，在面板顯示屏上及時體現出來。如有故障，控制單元發出故障代碼并進行報警。

1、低波段功率放大模塊

它采用前級驅動模塊，它是由一級甲類放大器和第二級并聯甲類放大器。原理圖如圖1所示。

工作原理：射頻信號送入射頻輸入口，再到衰減器，它的作用是提高增益使反射損耗得以改善，達到35dB。射頻信號經同軸電纜送入2路分配器；一路經微帶線到定向耦合器產生射頻取樣信號，另一路經微帶線環路的射頻相位調整再經合成視頻信號到輸出口。低波段功率放大模塊輸出功率達到50W，音頻達到200W。通常低波段功率合成器經過四個功率放大器合成輸出，可以將圖像和伴音同步峰值功率放大到1KW以上。

2、功率放大模塊

它是由四個并聯的甲乙類功率放大器合成的，其增益根據工作波段的不同而不同。低波段增益18.5dB，高波段增益13.7dB。從模塊后面傳輸的射頻驅動信號用微帶線分成兩路分配器，取出射頻取樣信號，進行驅動保護或者相位調整的微帶環路和兩路分配器。微帶線之間有隔離電阻，起到端口隔離作用。射頻信號被送到兩個兩路分配器，變成四路信號又分別送到四個甲乙類放大器進行放大。其工作流程是驅動模塊輸出的視頻信號，經過相位調整同軸電纜傳輸到衰減器。校正后的射頻信號繼續送到兩路功率分配器，進行阻抗轉換。

功率放大模塊工作在甲乙類狀態，作為中間放大和末級放大。其偏置電壓是+15V直流供電，通過保護、控制和監控系統產生降壓和穩壓，開通與關斷來控制模塊+50V直流電源。功率放大器的場效應管是安裝在散熱片上進行散熱，利用熱敏電阻作為取樣電壓。其原理是熱敏電阻隨散熱片溫度變化阻值也隨之變化，導致場效應管柵極電流發生變化。柵極電壓由調整電位器進行精確調整，維護其靜態電流。散熱片溫度不能超過25度，調整電壓為5.3V。

3、保護、控制與監測

功率放大模塊在正常工作的情況下，必須有保護、控制和檢測電路，才能達到理想的工作狀態。這樣必須在功率放大模塊電路中設計傳感系統和邏輯電路，分析功率放大模塊的工作狀態，時時顯示在控制面板上，其核心是功率放大模塊控制系統。

1/4功率放大模塊隔離電阻檢測：每個廣泛的模塊都經過兩路合成變壓器，用來合成功放模塊上面和下面兩功放放大器的功率，確保輸出阻抗的匹配。如果上下兩功率放大器輸出的相位或者幅度出現偏差，在隔離電阻上會產生一個電位差，這個不平衡的信號送到檢波器，經整流后產生一個與上下兩路不平衡信號成比例的直流電壓，這個直流信號叫做功率電阻電壓取樣。

1/4功率放大模塊溫度監測：每個功放模塊上都有熱敏電阻安裝在散熱片上。當散熱片溫度升高設時，熱敏電阻的阻值變小。熱敏電阻阻值的變化來控制功放模塊內部場效應管偏壓的變化。利用+15V直流電源和地之間電阻產生的電壓降作為取樣信號，來調節場效應管的靜態工作點和維持各自的靜態電流。要求工作溫度25度以下，電壓調整在5.3 V。

駐波比保護與主電源+50V監控：合成功率經定向耦合器，取得反射功率取樣電壓送入監測控制電路，檢測反射功率，反射功率過高時會燒毀模塊。保護原理是：電位器在+15V直流電源分壓，在電壓比較放大器上形成一個故障門限電壓。如果取樣電壓超過故障門限電壓，檢測控制電路發出故障報警，駐波比高故障指示燈亮，設備會自動降功率、停機等手段保護設備。為了防止直流電壓過高或過低損壞功放模塊，檢測控制電路時刻檢測直流電壓。其原理是：經電阻在+15V直流電源上分壓，作為最高電壓參考值。+50V直流電源經電阻降壓，作為取樣電壓，送到電壓比較放大器，進行比較。如果取樣電壓值超過參考電壓值，出現電壓過高故障顯示并報警。如果電壓過低，顯示電壓過低故障報警。

啟動大功率開關場效應管：可編程序的陣列邏輯電路產生一個信號，控制場效應管N溝道開關管的開通與關閉。每個模塊都有一對大功率場效應管來控制1/4模塊上的+50V直流電源的導通與關閉。在控制電路中有兩種+15V直流電源：一種是+50V直流電源經電阻降壓后在用三端穩壓器產生一個+15V直流電源，服務于檢測控制電路。另一種+15V直流電源是當開關場效應管導通后，源極上的+50V直流電源經電阻降壓和三端穩壓器位穩壓，得到+15V直流電源，送到1/4模塊，用于柵極偏置和溫度監測取樣。可編程序的陣列邏輯電路有兩個功能：一是給大電流開關管發出導通指令，把+50V直流電源加到功率放大場效應管。通過面板顯示屏顯示出當前的工作狀態。其二是產生一個模塊啟動信號，當電源電壓到達44V時，控制邏輯電路指令大功率場效應管導通。

二、實例故障

實例故障一：功放模塊不啟動，指示燈不亮，+50V直流電源正常。

經查：用萬用表測量+15V直流電源的輸出口電壓為零，與地之間電阻阻值為零，證明輸出口與地短路。功放模塊內部控制電路的保險絲熔斷，處于開路狀態。原因是+15V直流電源短路電源丟失造成的。

處理：更換一個新的+15V直流電源，開機，一切正常，故障排除。

實例二：沒有功率輸出，指示燈都亮。

分析：可能是監測控制電路出現異常；驅動電源切換場效應管電路異常；+50V直流電源沒有加到1/4功放模塊上；沒有驅動信號。

經查：1/4功放模塊的電壓和電流，有電壓但無電流。測量+15V直流電源出現異常。

處理：更換+15V直流電源穩壓器，故障排除。

思考：這類故障還要考慮到AGC電路、信號的相位和增益調整電路、前置放大電路等因素。

三、結束語

在廣播電視發射機中，各級功率放大器起至關重要的作用。不但價格昂貴，而且維護和維修非常耗時。特別是在更換場效應管時要非常小心謹慎，人體靜電會擊穿場效應管，必須在穿有防靜電衣服和防靜電工作臺上的情況下工作。