浅谈全固态化PDM中波发射机关键技术

hc360慧聪网广电行业频道 2003-07-31 11:30:07

原作者： 孔祥伟李修武(山东日照转播台，山东省日照市276800)
   
   　　摘要：对全固态PDM中波广播发射机的关键技术予以概括的介绍和探讨。
   
   　　关键词：脉宽,调制,全固态化
   
   　　脉宽调制(Pulse-Duration Modulation，PDM)发射机与乙类屏调机比较，脉宽调制机更具有高效率、高质量、高稳定、数字化、固态化、自动化等优点。
   
   　　脉宽调制机与乙类屏调机一样都属于屏调机。其调制原理没有原则性的区别，两者的区别仅在于调制器。乙类屏调机的调制器是用工作于乙类(甲乙类)的电子管推挽功放将音频信号放大到所需的功率电平，然后通过调幅变压器、调幅阻流圈将其叠加到高末级功放的屏极电源电压上，从而实现对高末级的屏极调制。而脉宽调制机是先将音频信号的幅度对脉冲副载频进行脉冲宽度调制，所得调宽脉冲串经高效率的开关放大器放大后再经低通滤波器滤除脉冲副载频及其谐波成分，还原出音频和直流信号，加到被调功放进行通常的屏极调制。之所以要大费周折地对音频信号进行变换与反变换，其目的是为了利用高效率的开关放大器。其实PDM全固态发射机高效率的两大关键技术是：在低频通道中采用工作于开关状态的脉冲宽度调制器代替工作于乙类(甲乙类)的调幅器；在高频通道中以场效应管丁类功放(PDM固化机普遍采用丁类桥式功放电路)代替电子管丙类功放。
   
   　　1桥式功放
   
   　　桥式功放的典型电路如图1所示。全固态化中波发射机的功率放大，无论是PDM机还是DM机都是采用这种桥式功放。由图1可以看出，桥式电路是由两个半桥电路组合而成的。电路的激励方式是这样设计的：激励信号正半周时，左半桥的上管导通、下管截止，而右半桥的下管导通、上管截止；激励信号负半周时，左半桥的上管截止、下管导通，而右半桥的上管导通、下管截止。图2是该电路的等效电路及波形。图2
   
   　　图1桥式功放典型电路图图2桥式功放等效电路及波形图(a)是其等效电路，S1～S4 4只开关受高频推动电压控制。正半周期间，S1、S3闭合，S2、S4开路，把A、B两端接入电源正负极之间，A为正、B为负；负半周期间相反，A为负、B为正。可见，UAB是一个双向矩形波。与变压器串联的电容器在工作频率下容抗很小，因而变压器的一次电压也是如图2(b)所示的双向矩形波。变压器的二次电压波形同样是矩形波，其幅度和相位视变压器的变化和绕向而定。
   
   　　丁类桥式功放也工作在开关状态。它和脉冲放大的根本区别是：栅极输入信号是正弦波，源漏间的负载是调谐电路。当电路处于谐振状态时，效率最高，且随着管子饱和管内阻越小、回路损耗越小、效率越高。图3PDM脉宽调制器原理图另外，在变压器一次绕组上串一发生故障时保护用的隔直电容器，当功放桥正常工作时，该电容无作用，当功放桥发生故障(如某管短路)时，不能再像正常时那样轮流充放电，残桥不再工作，保护了其他未受损坏的管子。
   
   　　桥式功放输出信号只有奇次谐波没有偶次谐波。这一特点对滤除高次谐波很有好处。因此，功放电路中普遍采用桥式电路。
   
   　　2PDM脉宽调制器
   
   　　21PDM脉宽调制器的组成脉宽调制器由调宽脉冲发生器(PDM发生器)、PDM放大器、PDM滤波器3个部分组成，如图3所示。PDM发生器亦称脉持头，是脉宽调制器的第一部分。它由方波发生器、积分电路、音频处理电路、音频直流叠加电路、比较器及附属电路等部分组成。现代的脉持头都是由集成电路组成的。图4PDM发生器产生的矩形脉冲串图4是PDM发生器产生的受音频信号调宽的矩形脉冲串。PDM放大器通常由集成电路、晶体管放大器和MOSFET放大器组成，其末级称为脉宽调制级，有时也简称调制级，而前级则称为激励级。PDM滤波器是由L、C组成的低通滤波器，其功能是取出脉宽波中的被放大了的音频信号分量，而将脉冲载频及其谐波分量抑制到规定电平以下，也称为解调器。
   
   　　22PDM脉宽调制器的工作原理从图3比较器的输出端开始，直到脉宽调制级的各放大级，其工作状态只有导通和截止，脉宽调制的各放大级(包括比较器)，在载波情况下的电压和电流都是等幅等宽的矩形脉冲波(起始占空系数K0＝05)。其脉冲宽度在整个周期内约占一半时间。当比较器输入音频调制信号时，该比较器及其以后的各放大级，矩形脉冲串的脉冲宽度均被音频信号所调制。以开关频率重复矩形脉冲波的脉冲宽度将随音频调制信号的振幅而变化(故称为脉宽调制)。例如，以比较器而论，当输入的音频调制信号电压为正时，将使输出端的矩形脉冲波的持续时间加长，即矩形脉冲波比载波时加宽。反之，当输入的音频调制信号电压为负时，将使输出端的矩形脉冲波的持续时间变短，相应的电压脉冲波的宽度变窄，其波形如图4所示。比较器以后的各放大级把调宽的矩形脉冲波电压放大到额定的电平，以满足被调级实现振幅调制的需要。3PDM发射机的监控系统
   
   　　PDM发射机的监控系统包括配电电路、程序控制、状态监视、越限调控和保安电路。
   
   　　该系统具有严密的控制、保护、监测、调整和显示功能，与一般屏调机相比更具有先进、简单、可靠、操作容易、维护方便等特点。
   
   　　31PDM发射机的控制功能
   
   　　控制功能主要有两个方面：一方面是发射机正常工作时的开关机程序控制功能；另一方面是过载、越限时使发射机工作状态作相应调整的功能。此外，还有主备机切换控制、遥控、本控选择、自动控制、手动控制等功能。
   
   　　32PDM发射机电控系统的保护功能
   
   　　PDM发射机电控系统的保护功能，包括对功率放大器的保护，对电源的保护，对人身安全的保护。当发射机的某一部分出现故障或发生危及设备和工作人员安全的情况时，电控系统能迅速、准确地切断相应电源，封锁PDM或信号源，调整输出功率状态，以避免故障进一步扩大，同时发出告警信号，提
   
   　　
   
   　　
   
   　　醒操作人员注意。对某些随机性过荷，当过荷消失时，能自动或手动恢复发射机的正常运行。发射机还装有开门加不上电，使电容放电等保护电路。
   
   　　33PDM发射机的测量及显示功能
   
   　　为随时监测发射机的工作状态，PDM发射机的面板上装有各种电压、电流表，以便直观监视主整电压、电流，功放电压、电流，激励、PDM电平，发射、反射功率等发射机运行时的主要参数。
   
   　　显示功能主要包括工作正常显示和故障显示。正常显示绿色，红色为故障及遥控显示。
   
   　　34PDM发射机的遥控功能
   
   　　发射机除本地控制外，还有遥控和遥测的功能接口。遥控功能一般包括开关机遥控、功率遥控、恢复遥控。遥测功能一般包括电压、电流、发射和反射功率等遥测。此外，还有工作信号及越限等遥控接口。▲
   

信息来源：西部广播电视