中波發射機調幅檢波器簡述

徐 進 唐 昭 張 捷

安全播出是發射臺工作的第一要務，如何提高發射臺的安全播出工作水平成為發射臺技術工作者思考的問題。而建立直觀、可靠的發射設備監控、檢測、顯示設施成為十分必要的工作。

總局對發射臺提出的要求是雙滿（滿功率、滿調幅度），這就要求實時掌握發射機狀態。使用檢波器調幅度檢測顯示系統，能夠直觀并及時地觀察到輸出調幅度的變化。

檢波器在發射機系統的位置如圖1所示。

圖1 信號流程圖

1 新檢波器設計思路及要求

陜西廣播電視臺第一發射臺原自主設計制作的檢波器是一個無源的設備，功能比較簡單，只負責提供控制桌彩條儀信號，無信號放大功能、無隔離功能、抗干擾程度低，無法調整信號強度，只有主備機兩路輸入接口。原檢波器基本滿足原先的工作條件，但在機房自動化控制程度提高后，就需要進行必要的升級改造。

在臺領導的要求及支持帶領下，本臺技術骨干經過仔細研究和討論，決定對原檢波器進行改造，自主研發新的檢波器系統，并決定加入音頻調幅度顯示功能。

新檢波器設計要求如下。

①本臺有2套頻率，均為一主用兩備用3部發射機，所以新檢波器每個工作頻率的采樣輸入接口必須改為3路輸入接口。②需采用有源的信號放大及信號調整線路。③機房自動化程度提高后，需對其他設備及信號有隔離作用，并具有較高的抗干擾能力。④新檢波器將安裝于信號柜中，需設有音頻調幅度顯示功能，便于值班員直觀地觀測到發射機的工作情況。⑤便于升級，可應用于多套頻率、多部發射機的取樣檢波及音頻顯示。

2 兩個關鍵IC的選擇

新的檢波器，主要分為兩大部分，一是放大電路，二是音頻調幅度顯示電路。放大電路決定采用較為成熟的TL082兩路放大集成電路，其內部線路如圖2所示。

TL082是一通用的J-FET雙運算放大器，有較低輸入偏置電壓和偏移電流；輸出設有短路保護，輸入級具有較高的輸入阻抗，內建頻率補償電路，較高的壓擺率。最大工作電壓為±18 V。

音頻調制度顯示電路決定采用LM3914。其內部線路如圖3所示。

圖2 TL082的內部框圖

圖3 LM3914內部框圖

如圖3所示，利用集成電路LM3914及少量元件即可制成一個通用的電平顯示器[1]，靠10個LED作為輸入端電平變化規律的即時顯示，非常直觀和方便。它內部含有10個相同的電壓比較器，其輸出端可以分別直接驅動外接的10只發光二極管（LED1—LEDl0）作條狀顯示或點狀顯示。它們的反相輸入端并聯在一起，并通過一個緩沖器接到輸入端5腳。而10個同相輸入端分別接到由10個精密電阻串聯而成的多級分壓器上。而這個分壓器的兩端在內部沒有與其他電路或公共端相連，而是直接由4腳/6腳引出，通常將之稱為懸浮式，這樣使得應用電路的設計更加靈活和方便。此集成電路內部還包含一個懸浮式1.25 V的標準電壓源，直接由7腳/8腳引出。分壓器兩端4腳/6腳即可直接接1.25 V的標準電壓源，也可外接設定的其他電壓值。點狀或條狀顯示的選擇方式為：9腳懸空為點狀顯示，9腳/3腳相接為條狀顯示。LM3914的電源電壓范圍很寬，可在3～18 V范圍內選擇。模擬信號由5腳輸入，并經內部高輸入阻抗緩沖器后加至內部10級電壓比較器的反相輸入端，每級電壓比較器的同相輸入端被一串分壓電阻偏置在不同的比較電平上，由于分壓電阻均為1 kΩ，故10級比較器的進位電平呈線性變化。當4腳接地，6腳相連內部的1 250 mV的基準電壓輸出端7腳，每級分壓器上的電壓均為1/10 U0，逐級比較電平分別為1/10 U0、2/10 U0、3/10 U0……10/10 U0。當輸入模擬信號小于1/10 U0時，10級比較器均輸出高電平；當輸入信號高于1/10 U0時，則第一比較器輸出低電平，超過2/10 U0時，第二比較器輸出低電平……當信號超過U0時，第10級比較器輸出低電平。若在這10個輸出端接上發光二極管LED，即可線性地顯示輸入模擬信號的大小， 10個LED的亮度可由7腳/8腳兩腳的外接電阻R來調節。通過每一個LED的電流大致等于R中電流的10倍。1.25 V標準電壓源的最大輸出電流約為3 mA，故通過LED的最大電流為30 mA。例如當由7腳/8腳的外接電阻R=1.25 kΩ時，流過R的電流為1 mA，則每個LED在其發光時的電流為10 mA。當LED的發光效率較高時，電流可以小一些，以降低功耗。

3 電路設計圖

選定核心電路后，對具體線路開始論證、設計，最終確定線路圖，如圖4所示。

按設計要求將電路設計圖分為4部分。

3.1 3路采樣、檢波、濾波及幅度調整電路

3路采樣信號在正常工作時只有一路信號輸入，且通過VD01—VD06進行檢波，同時又相互隔離3路輸入信號，輸入信號的幅度不應超過30 VPP（可通過調整發射機的輸出取樣或調整R01/R02/R03阻值獲得）[2]，VR05對檢波后的信號幅度進一步調整，使送入C02的信號幅度不超過10 V。

3.2 TL082放大電路

TL082為兩路信號放大器[3]，一路用于彩條儀，一路用于LED顯示線路，放大倍數通過VR01、VR02的調整獲得，輸出信號幅度通過調整VR03、VR04獲得。

3.3 LM3914音頻 LED顯示電路（如圖3所示）

輸入信號送入LM3914集成線路5腳，3腳/9腳并接+12 V電源，即LED指示燈為條狀顯示，7腳接地電阻可調整LED燈的亮度，1腳/18腳/17腳/16腳/15腳/14腳/13腳/12腳/11腳/10腳順序接10只LED顯示燈，隨輸入信號的變化順序發生變化。

3.4 電源電路

根據工作要求，電源并聯使用2套0.8A/±12V開關電源，用IN4007二極管隔離并聯工作，保證電源的工作穩定（一套開關電源出現故障后，另一套還可持續工作）?？紤]到抗干擾問題，外接220 V電源使用電源濾波器。

圖4 調幅度顯示功能的檢波器原理

4 電路原理解析

如圖4所示，3路取樣信號，即發射機的調制輸出信號，送至R01/R02/R03，經過R01/R02/R03的限流保護，通過VD01—VD03二極管對高頻取樣信號的負電平信號進行濾除，正電平信號經過VD04—VD06、C01進行檢波，濾除高頻分量，解調出音頻信號，VD07二極管起保護作用，其正端的電壓可根據R01/R02/R03與C01、VR05的阻抗分壓關系算出，由VR05調整輸入電平后統一送至C02；C02將檢波出的音頻信號送至TL082進行隔離放大處理，TL082/4腳接-12 V電源、TL082/8腳接+12 V電源，通過TL082的隔離及外圍電路調整放大倍數后由1腳/7腳輸出至C05/C09，實際發射機取樣電平信號足夠大時，即VD07正端檢波出的電壓大于8 V時，TL082放大倍數可設置為1∶1，（VR01+R04）/VR01=1∶1；（VR02+R05）/VR02=1∶1，即R04/R05短路工作，此時TL082只作為跟隨器起隔離緩沖使用：若實際發射機取樣電平信號小，即VD07正端檢波出的電壓小于8 V時，調整放大倍數，即VR01與R04的阻值；通過VR02與R05的阻值來獲得適當的放大量。C03、C04、C07、C08（220PF） 對高頻信號的干擾起抑制作用。C06、C10（220PF）進一步對高頻信號濾除，對應實際調幅度，通過調整VR03與VR04獲得與調幅度變化一致的電平提供給彩條儀及LM3914 LED顯示電路，VD08/VD09為12 V穩壓二極管，起到穩壓保護作用，避免大的干擾信號對彩條儀及LM3914LED顯示電路的損壞。輸出的電平信號由VR04調整后送至LM3914/5腳，10個LED的亮度可由電阻R06來調整，本電路選用510 Ω電阻，使LED顯示燈達到適當的亮度。LM3914/3腳與9腳并接+12 V電源，LM3914/1腳及LM3914/10腳—18腳接10只LED顯示燈，隨5腳電平信號的增大，LM3914/1腳至LM3914/10腳—18腳，依次變化為低電平，并依次點亮10只LED燈，達到10只LED燈隨調幅度的變化而實時變化。

5 調試

在兼顧性能及工藝要求的情況下，安裝完成后的效果圖如圖5所示。

圖5 安裝示意圖

調試步驟：①測量±12 V電源電壓正常；②向發射機送入1 kHz固定音頻信號，取樣調制信號分別接入R01/R02/R03，測量取樣調制電平幅度VPP約為10 V，調制度100%；③調整VR05電位器，使VD07正端檢波后電平VPP約為8 V左右；④調整VR01電位器，使TL082/1腳輸出電平VPP約為10 V左右；⑤調整VR02電位器，使TL082/7腳輸出電平VPP約為10 V左右；⑥此時發射機輸出調幅度為100%，配合彩條儀的電平設置，不可超過彩條儀的最大輸入電平，調整VR03電位器，使去彩條儀信號電平為3～10 V，即彩條儀調幅度顯示為100%；⑦此時發射機輸出調幅度為100%，對應調整VR04電位器，使去調幅度LED顯示信號電平為3～10 V，即LED10只顯示燈正好全部點亮，與此時調幅度100%一致；⑧調整向發射機送入的1 kHz固定音頻信號，在調制度25%、50%、75%、100%時反復測試，校準調整，即LED點亮燈的數量和彩條儀顯示的調幅度直至與實際調幅度一致[4]。

整機工作時的效果圖如圖6所示。

圖6 整機實時工作示意圖

完成調試后，接入信號柜監測系統，經過長時間工作考驗，新檢波器系統穩定可靠，音頻指示反應準確、實時、快速，達到了設計要求。

6 結語

在發射臺領導的支持和參與人員堅持不懈的努力下，新檢波器從設計到安裝調試均自主完成，現已投入使用，性能穩定可靠實用，音頻指示反應快速，能反映出實時的音頻變動情況，成果得到了上級領導的肯定，同時鍛煉了技術人員思考問題和解決實際問題的能力，收到了很好的效果。

[1]陜西數字廣播通訊設備有限公司.AM103S5-Ⅲ型10kWDAM中波廣播發射機技術說明書[Z].2008:3-7.

[2]美國哈里斯公司.Harris 3DX100 AM TRANSMITTER 100kW3DX中波廣播發射機技術說明書[Z].2010:31-36.

[3]上海市廣播科學研究所.10kW中波全固態數字調幅（DAM）發射機說明書[Z].1998:12-14.

[4]OPTIMOD-AM 9300 Ope rating Manual美國奧本音頻處理器技術說明書[Z].2007:15-17.