DF100A 型发射机宽频带放大器工作原理及故障分析

2014-11-28陈青松

山西电子技术 2014年2期

陈青松

(国家新闻出版广电总局五五四台，河南荥阳 450100)

FD100A 型PSM100 kW 短波发射机的宽频带放大器是由美国Thermo Voltek 公司生产的200 W 宽放。主要参数，频率范围:0.3～40 MHz;输入最大功率:20 mW;输出最大功率:200 W;工作状态:甲类和甲乙类;输入/输出阻抗:50 Ω;电源:+28 V DC;冷却方式:强制风冷(最高温度60 ℃)。

宽频带放大器安装在高前小箱位置，地方狭窄更换麻烦需要将高前小箱拆装后方可进行。通风冷却不够理想，长时间高温工作容易造成设备损坏。其输入信号来自1A9(自动增益控制)的J2 端口，通过50 Ω 射频电缆送入宽放输入端3A1－J9。最大输入信号为20 mW(频率合成器输出最大电压1 V，输出阻抗50 Ω，送入1A9 的最大功率为1/50=0.02 W即20 mW)。

1 宽频带放大器供电电源

其供电电源是由1PS7 提供+28 V DC，接入负载后电源下降为22 V DC～25 V DC 之间，两根电源引线焊接到宽放电源端子上，穿芯电容端子为电源正极，宽放外壳为电源负极。1PS7 供电原理如图1 所示。

图1 1PS7 供电原理图

三相230 V AC 电源经CB10(型号:AD－25A)和CB14(型号:AD－16A)空开，再经1K15 宽放接触器，送入1PS7 电源端子排TB1 的1、2、3 端子。T1 变压器初级为三角形接法，次级为星型接法。经三相桥式整流(整流桥二极管耐压150 VC，最大电流40 A)变为+28 V 的直流电压，经C1 滤波后变为纹波系数更小的直流电压满足宽放所需。R1 为阻值很小的分流器为宽放电流表提供取样;R2 与宽放电压表串联，宽放电压表分得极少量电压用于指示;R3 为负载电阻;1PS7 同时为1A9 提供+28 V 电源。

2 宽频带放大器内部稳压电路(见图2)

图2 稳压电路图

1PS7 输出+28 V 电压经穿芯电容送入VR1 的VIN 端，电容C10、C11、C12、C13 起滤波稳压作用。VR1 输出端VOT电压12 V，经可调电阻R29 适当调整后送入Q3 栅极，为其提供大小合适的电压。当E1 端有BIAS 信号时Q4 导通，使VR1 输出端VOT 经R22 电阻和Q4 的漏、源两端通地;Q3 栅极通地无电压，Q3 管截止不工作起到保护重要器件的作用，预防了故障扩大化的发生。

3 宽频带放大器前置级放大电路(见图3)

图3 前置级放大电路图

1)射频信号(最大功率Pmax=20 mW)由J1 端送入宽放，经线圈L5 送到由R11、C27、R12、C28 组成的高通滤波器，防止过低频率信号串入输入回路。

2)Q1 晶体管工作于甲类状态，其偏置电压R13 和R14串联分压为其提供。计算可得:V(Q1)b=28 ×R14/(R13 +R14)=1.6 V;又因为R14 为可调电阻，调整后加至Q1 的偏置电压为1.2 V 左右即可，过高电压在长时间工作中会将Q1损坏。R15 为直流负反馈电阻(其电压0.5 V)，用来提高晶体管的输入阻抗，稳定管子的工作状态。

3)输出电路分析:T5 为9∶1 自耦变压器式输出网络，起到阻抗变换作用，使输出阻抗得到匹配，输出功率达到最大，减少功率损耗。C31 耦合电容，通高频交流信号，阻断低频直流信号，使前后两级得到很好的隔离作用。R1、R2、R3 组成T 型电阻网，使输入输出之间得到很好的衔接作用，阻抗匹配变得简单容易。T1、T2 为4∶1 型传输线变压器，分别合成16∶1 阻抗匹配，与Q2 的输入阻抗匹配。之所以采用传输线变压器其优点有:传输线变压器适合工作于射频频段，最高可达几百兆赫兹至上千兆赫兹。由于传输线变压器有两根导线紧密缠绕在一起，因此，任意点的线电容都是很大的，整个线上是均匀分布的，导线又绕在高U 磁芯上，故导线每一小段的电感可以看成有许多电感、电容组成的耦合链。正是利用电感和电容之间的耦合，完成了能量的传输，线间分布电容不但不会影响高频能量的传输，相反却是电磁能量传输的必要条件;也使磁芯的损耗对信号传输的影响大大减少。

4)VSWR 驻波比保护电路，当E3 端送来驻波比信号(低电平)时，将Q1 基极偏置电压箝位为零电位，Q1 管子截至，致使所有后级放大电路截至。起到快速保护后端设备的目的。

4 宽频带放大器的驱动级放大电路

宽频带放大器的驱动级放大电路原理如图4 所示。

图4 驱动级放大电路图

1)Q2 作为宽放的驱动放大级，工作于甲类状态。其偏置电压由R4 和R5 串联分压提供，计算可得:V(Q2)b=28 ×R5/(R4 +R5)=2 V;又因为R5 为可调电阻，调整后加至Q2的偏置电压为0.7 V 左右即可，过高电压在长时间工作中会将Q2 损坏。

2)其他电路分析:L1、C5、C6 组成π 型滤波网络，防止高频信号串扰电源，并作为向Q2 提供偏置电压的通路。R6 和R7 并联后与C4、L2 形成LCR 反馈式电路，稳定管子的工作状态，扩宽通频带，改善高频特性，防止过电压产生失真信号。L3 为射频阻流圈防止射频信号串扰28 V 电源和偏置电压。

3)输出电路分析:输出射频信号经C7 耦合至T3 传输线变压器，阻抗变比为4∶1，起到阻抗变换和功率均分器的作用。

5 推挽放大级电路

此电路是宽放电路中的重要环节，Q3 管价格昂贵市面稀少，所以使用中要格外小心以防损坏。其电路原理如图5所示。

1)Q3 管工作于甲乙类状态，由两只N 沟道MOSFET 管构成，在正极型或负极性信号时分别交替导通放大，在末级回路T4 传输线变压器中合成交替放大的正负两极信号。Q3栅极控制电压由VR1 的VOT 端经R29 调整后提供，其正常电压为3.36 V 左右即可，切不可调整过高电压而损坏贵重MOS 管。

2)其他电路分析:R16、R17、C14 和R18、R19、C15 分别组成RC 反馈电路，起到稳定管子的工作状态，扩宽通频带，改善高频特性，防止过电压产生失真信号的作用。L4 自藕式阻流圈防止射频信号串扰电源，并分别为两MOS 管漏极提供电压。C17～C22 和C34 为高频滤波电容。

3)输出电路分析:T4 为功率合成变压器，阻抗变比1∶9起到阻抗变换和功率合成器的作用。

图5 推挽放大级电路图

6 宽放故障分析

正常时宽放电流:(a)无激励时，I=2.4 A;(b)正常激励低频段时，I=5～6 A;(c)正常激励高频段时，I=8～11 A。当超出以上范围时，宽放即有可能存在故障，应尽快处理以免造成停播事故。

1)当设备工作于15 MHz 以上时，宽放电流I 已经远大于10 A，高末栅流小于0.4 A，而15 MHz 以下频率宽放电流和高末栅流均正常时，说明此时宽放已经输出功率不足，可适当增大频率合成器输出电平来弥补宽放输出功率不足的问题。

2)一般情况下，宽放输出功率不足都是由Q3 管造成的，更换时须注意事项:

◆宽放外壳接地，佩戴防静电手镯。用万用表先测量电源端对外壳有无短路现象;再用万用表测量Q1、Q2、Q3 集电极或漏极对宽放外壳电阻值，如果出现短路通壳现象说明此管已经击穿需要更换;并测量基极、集电极、发射极之间或栅极、漏极、源极之间有无击穿现象。

◆更换管子时切不可用烙铁直接焊接Q3 管和Q2 管，可用防静电烙铁拆除旧管子，同样的方法焊接新管子。

◆将Q3 栅极脱开电源供电端，调整直流电压源为28 V给宽放加静态电压，测量Q3 栅极供电端电压为3.36 V 左右，观察电压源电流显示应为1.2 A 左右，电流相差较大时，说明此管性能已经很差不可使用(如发现直流电压源电流特别大10～25 A，电压只有10 V 以下说明漏栅极击穿)。重新焊接Q3 栅极电源供电端，加静态电压观察。

◆调整内部电源VR1 输出端可调电阻R29 时，应注意每次调整电压最大范围为0.2 V 左右，最大调整至3.36 V 即可，切勿再增大电压否则有烧坏Q3 管的可能。

◆断开Q3 栅极控制电压，调整Q1 或Q2 基极电压为0.7 V，并同时观察直流电压源电流为0.2 A。

◆动态测试宽放，宽放外壳接地线并接直流电压源的负极，频率合成器的输出端经10 dB 衰减器后接入宽放的输入端，并置频率合成器电平于0 dB。宽放输出端经功率计后与假负载相连接，其间的连接线应使用特性阻抗为50 Ω 的连接线，以保证输入输出间的阻抗匹配。假负载是由四根3R13(220 Ω)纯阻并联成55 Ω 负载电阻，并安装在铁皮箱内(铁皮箱外壳接地线)，四周有大功率风扇进行冷却。将宽放外壳拆除并使用风机冷却。频综调整合适频率;合28 V直流电压电源，缓慢增加频综输出电平，观察直流电压源的输出电流大小和功率计的功率指示大小，依据两者的变化情况判断宽放的工作情况。可根据实际情况适当调整各管子的基极电压或栅极电压。更换频综频率观察电流指示和功率指示，用示波器在假负载测试口观察其波形变化情况。