大功率DX型中波发射机射频放大器故障案例分析与处理

国家新闻出版广电总局916台 高 峰

大功率DX型中波发射机射频放大器故障案例分析与处理

国家新闻出版广电总局916台 高 峰

本文主要对大功率DX型中波发射机射频放大器工作原理进行介绍，并对兄弟单位在维护中遇到的射频放大器故障进行分析和总结。

DX型中波发射机；PB200单元；射频放大器；场效应管；保险

1.前言

大功率DX型中波发射机是美国哈里斯公司生产的全固态数字调幅中波发射机，按功率等级可分为DX-200、DX-400、DX-600、DX-1000、DX-1200等机型，这些发射机均由不同数量的PB200功放单元组成，每部PB200都相当于一个单机，具有数字化、智能化、自动化、指标高、效率高等优点，工作线路较为复杂，由成千上万只元器件组成，倘若一只元器件不稳定，可能造成发射机停播。在发射机运行十多年中，发生故障和异态比较多，并具有复杂性与多样性。下面对兄弟单位PB200单元射频放大器故障查找、判断、分析、处理过程进行阐述。

2.射频放大器工作原理

PB200功放单元共有239块射频放大器，包括1块预驱动级射频放大器、14块驱动级射频放大器、4块二进制射频放大器、220块大台阶射频放大器，它们结构都是一样的，可以进行互换。射频放大器是插件式，主要包含初级电路、次级电路、MOS场效应管桥式开关放大电路、接通/关断控制开关电路、电缆内锁、电源电压和保险丝熔断检测器等电路组成。图1所示射频放大器模块原理图。

射频放大器工作原理：两路独立的且相位和幅度一样的射频激励正弦波信号进入射频放大器，每一路都加在一个射频变压器上。每个射频变压器轮流地为一对MOS场效应管开关供给相位彼此相差180°的输入信号，MOS场效应管对射频信号放大至合成变压器输出。

(1)初级电路

A部分射频激励从P1-49进入射频放大器，B部分的射频激励从P1-53进入射频放大器。每一部分都有各自保险F3、F4，以便当其中一个部分出故障，对应保险就断开，将出毛病的那部分从激励源中断开。

当射频放大器“关断”时，Q15基极为正电压。Q15饱和导通，将R7和C15接地，同时Q17关断。当射频放大器“接通”时，Q15基极为负电压。Q15截止，将R7和C15对地开路，而Q17饱和导通，将Q15基极接地。

在射频放大器“关断”和“接通”情况下，对激励源所呈现的射频阻抗是一样的。对于B部分电路中的Q16、Q18、R8和C6也是完全相同的。

(2)次级电路

每个射频激励变压器都有两对次级绕阻，它们为每部分上面和下面MOS场效应管对提供彼此相差180°的两对激励信号。齐纳二极管CR1、CR2、CR3和CR4用于防止MOS场效应管的门极过电压和包括可能出现的瞬态电压起保护作用。如果跨在这些二极管两端电压超过20V，不管是正还是负电压都导通。

(3)MOS场效应管桥式开关放大电路

桥式开关放大电路主要由Q1～Q8共8只MOS场效应管组成，功放模块被从模块中间分成A（Q1/Q3、Q5/Q7）和B（Q2/Q4、Q6/Q8）两部分。A部分中包括一对MOS场效应管开关(两只MOS场效应管并联)，串接在电源到地之间。B部分与A部分一样，只是激励信号相位与A部分相差180°。功率合成变压器初级跨接在两对管子上，处在MOS场效应管开关之间。形成了一个四边形桥式组态。每一个MOS场效应管开关由来自射频变压器信号的相位被交替地激励为关断或导通，因此其作用就像一个开关。这些MOS场效应管的门极需要一个对应电源的正的电压的导通。因此，对应输入信号的一半周期MOS场效应管导通，另一半周期就截止。

在射频激励输入信号的第一个半周期时，如果上面开关为A部分导通，下面开关就截止。B部分则完全相反，即下面的开关导通而上面的开关处于截止。在射频激励输入信号的下半周期，在A部分中下面的开关将导通，上面的开关将截止。B部分则相反，上面开关导通，而下面开关则截止。跨在功率合成变压器初级两端的输出信号，在一个射频的周期中半个周期就在地(大约为0V)和正电源之间进行一次切换。因为放大器是桥式组态，跨在合成变压器初级两端的有效电压大约为两倍的电源电压。

①MOS场效应管开关全桥式组态

射频激励信号相位情况是当射频放大器“接通”时，使得这些开关中只有两个组合起来。在射频周期一半周期内，Q1/Q3和Q6/Q8截止(开路)，而Q2/Q4和Q5/Q7饱和导通(闭合)。在另一半周期内，Q1/Q3和Q6/Q8饱和导通的，Q2/Q4和Q5/Q7截止。

每个部分都产生一个方波输出，但是两个方波相差180°。这个开关作用就是有效地将整个电源电压跨接在合成变压器初级绕组上，在射频激励信号的每半个周期极性是反相的。作为一种桥式放大器，给出两倍电源电压的有效射频输出。在TP1端，A部分的输出是通过P1-1将射频放大器脱开，在TP2端，B部分输出通过P1-7断开。功率合成器母板将变压器连在这两点上。为防止直流电压通路直接通过变压器的绕组对地，用电容C15与每部分射频输出串在一起。在MOS场效应管Q5、Q6、Q7和Q8漏极引线上安装小铁氧体磁环(RFC1、RFC2、RFC3和RFC4)，防止高频电流或振荡。

②MOS场效应管开关半桥式单边组态

射频放大器采用单独电源和射频激励输入，使A部分和B部分可独立工作。射频放大器工作下，Q1、Q3源极和Q5、Q7漏极连接处，射频方波输出波形大约为0V到电源电压。在这种组态方式下，射频输出电压大致为桥式方式的一半。这就提供了一定的冗余度，这就保证了当一个全桥式射频放大器只出现A部分故障或B部分故障下仍可继续工作。在这种情况下，变成了一个半桥式模块，降低了射频输出电压情况下工作。

(4)接通/关断控制开关

从相应的调制编码板来的接通/关断控制信号进入到P1-45和P1-46端上。加在控制开关上，这些开关将激励信号接在下面一对场效应管和地之间。当接通/关断信号为高电平时(正电压)，射频放大器“关断”，控制开关就闭合。当到下面一对MOS场效应管开关的激励去掉时，它们就依然保持为开路状态。当接通/关断信号为低电平时(负电压)，模射频放大器“接通”，那些控制开关就开启。这时就允许对下面一对MOS场效应管开关进行激励。

①射频放大器被“接通”

一个负的控制信号输入(大约-2～-5V)将使PNP晶体管Q11和Q13饱和导通（短路），NPN晶体管Q9将被截止(开路)。因此将地加在T1两次级绕组下部分，然后射频激励就加到Q5和Q7上，因此，当门极驱动电平为正时接通。二极管CR7和CR9将正的射频门极激励信号进行整流，使DS3“射频放大器接通”指示灯变为绿色。

②射频放大器被“关断”

图1 射频放大器原理图

图2 模块/电缆连锁通路图

一个大约为+4.5V控制电压使Q11和Q13截止（开路），并使Q9饱和导通（短路），由于将Q11和Q13关断，T1的地也就去掉了，对MOS场效应管Q5和Q7门极的射频激励由Q9通过CR7和CR9被箝位在二极管对地的管压降上。这时接通MOS场效应管所需要的正电压(门极相对于源极大约为+2V～+4V)被去掉了，因此它们仍然为开路电路。当射频放大器为“关断”状态时，从电源到合成器变压器初级就没有电流流过。因此没有向合成器提供任何功率。但电流仍然流经合成器的次级，并在环形变压器的那些初级绕组中为所有没有工作的射频放大器感应出射频电压。当在功率合成器变压器中感应出的电压的极性时，电流通过Q1/Q3内部的反向二极管、旁路电容C1、C3、C4和C2，通过处于导通状态的Q2/Q4和通过C15构成一个低阻抗的电流通路。当在变压器绕组上感应电压的极性相反时，Q1/Q3一定导通，这时的电流将通过Q2/Q4内部的反向二极管。

(5)电缆连锁

射频放大器电路板上单独一条连线将相应接头的两只脚连在一起。如果射频放大器没插或与插座没接触好，电缆内锁开路，PB200单元就不能接通。发光二极管板上模块/电缆连锁指示灯将点亮。电缆连锁控制信号是经过射频放大器的P1-35/36和P1-37/38环接起来的。

(6)电源电压

A部分电源电压经过P1-23端子，B部分电源经过P1-29。电阻R27和R28是串在电源中的用以滤波，Q1/Q3和Q2/Q4漏极通过C1和C3，以及C2和C4旁路到地。每个部分都有一个单独的6A的保险和一个跨在保险两端的红色发光二极管指示灯。DS1、R1是保险丝F1指示电路，DS2、R2是保险丝F2指示电路。R1和R2是在+250V上限制发光二极管的电流。当发生短路(MOS场效应管故障)而使保险熔断后，发光二极管灯亮。

(7)直流电源开路保险检测器

在射频放大器上的电源保险是用来保护功放单元其它电路的。保险开路检测电路由F1、F2、CR11、CR12、组成。如果A部分中MOS场效应管短路造成F1熔断，P1-35处的电压(正常为+15V)将经过R11和CR11通地。使加到调制编码板的电压降低，触发故障比较器，发光二极管板上射频放大器保险指示灯发红光。F2与F1电路的工作一样。如果CR11或CR12短路，将由R31和CR25把+250V电压箝位到使保险开路检测器线(P1-35)上F1和F2端电压降到20V，保护调制编码板。

(8)射频激励保险丝开路检测器

F3、F4、CR17、CR18构成射频保险开路检测电路，射频激励信号经F3到CR19对C11充电大约+20V，CR17被反向偏置，编码板中的电路在P1-35建立起电压约+15V，如果F3熔断，C11不能充电，CR17和R19将20kΩ电阻接地。使加到调制编码板上的电压降低，触发故障比较器，使得发光二极管板上射频放大器保险指示灯发红光。F4与F3电路的工作一样。

3.射频放大器案例分析与处理

3.1 故障一

3.1.1 故障现象

调机前，对所有射频放大器进行目测检查和处理后，分别插在各PB单元中，合电，开低功率，PB2发光二极管板显示功放保险故障。

3.1.2 故障查找

打开PB2四个机柜门，进行查找，发现右机柜右侧6A6B射放上，6A侧红灯亮，此射放有故障。关机，把此射放拔出，进行查找故障，发现A边250V 6A保险熔断，并且还发现A边散热片与印刷板之间有一打火痕迹，散热片上打火痕迹为一小坑。同时也发现A边散热片与印刷板之间无绝缘纸垫，造成耐压不足打火。因为场效应管工作时，漏极有+250V高压，散热片为地电位，造成高压对地放电打火，导致A边250V 6A保险熔断，对其进行保护。

3.1.3 故障处理

把 故障射放A边管子与散热片一同拆下，对打火点用酒精擦拭，并换上绝缘纸垫，将A边管子与散热片进行恢复安装，并焊接管脚后，上机加电，一切正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障现象

把一些备份射频放大器检查完毕后，分别安装在PB1、PB2单元左机柜低序号位，开并机低功率试验时，突然，PB2单元发光二极管板射频放大器保险故障红灯亮，且机箱内散发出一股烧焦气味，打开PB2各机柜门，发现1A29调制编码板上DS6（保险）红灯亮，且左侧32块射频放大器没有显示保险故障。

3.2.2 故障查找

关机，将左机柜左侧新换上的射频放大器，一一拔出，进行检查，发现10A10B位置射频放大器，R27、R28（0.1Ω 5W）限流电阻烧断，检查F1、F2（250V 6A）保险正常。又发现此板上R13、R14应该为50Ω、5W电阻，实际标称为0.1Ω 5W。因R27、R28限流电阻烧断，看不见标称，但是可以断定此电阻是50Ω 5W。

射频放大器工作电流很大，每块射放工作时平均功率为1.4kW。工作电压为+250V，电流为5.6A，半边工作电流为2.8A。通过50Ω电阻产生的损耗功率为，此电阻额定功率为5W，很快烧断。故障原因是厂家将这两种电阻的位置安装错误造成的。

3.2.3 故障处理

把此射 放R13、R14（0.1Ω 5W电阻）焊下，换上两只50Ω 5W电阻，又把R27、R28烧坏的电阻焊下，换上0.1Ω 5W限流电阻后，上机加电，开机，一切正常。

3.3 故障三

3.3.1 故障现象

某台A03机(DX-200)播出中，发射机突然关机，发光二极管板上电缆/连锁红灯亮，射频封锁红灯亮，左柜内部有大团烟火冒出，且有浓重的焦味。

3.3.2 故障分析

射频放大器输出电容C15开路，导致该合成器母板中射频输出变压器初级开路，造成高频感应电压无泄放回路，引起射频放大器金手指和母板插槽起明火烧焦。

3.3.3 故障处理

短路损坏合成器母板的射频输出变压器初级，并将调制编码板上的JP2与2A30上的JP2对调，将合成器母板上烧焦部分全部挖开。

3.4 故障四

3.4.1 故障现象

某台A02机，发射机在工作中，经常发生一些射频放大器保险熔断和场效应管击穿故障，经过对射频放大器检修，大部分故障都是场效应管烧坏，一般只须更换新场效应管，并对激励作简单的测试后就能重新上机使用，也有一部分情况较为特殊，上机后，再次烧坏保险。

3.4.2 故障分析

经多次实践，更换射频放大器后，用示波器检查+250V射频放大器输出方波，有时方波的波形不太好，它本身的功耗就大，容易再烧保险。

3.4.3 故障处理

在修理射频放大器时，对烧坏保险这一侧场效应管要同时更换，这样管子开关性能才能基本一致，保证输出方波波形较好。

3.5 故障五

3.5.1 故障现象

播音中，某台A01机（DX-600）播出中，PB2单元故障关机，发光二极管板显示模块/电缆连锁故障。

3.5.2 故障分析

经查发现1A25调制编码板连锁2 DS4红灯亮，检查电缆正常，测J2-9对地电压偏低，对该组8块射频放大器逐块更换试验，发现一块射频放大器内部故障造成连锁故障，检查为CR25击穿，更换后正常，该二极管系稳压管，阻值发生变化后使连锁电压降低，造成该故障发生。图2所示模块/电缆连锁通路图。

CR25正常时在线正向电阻为7.5k，反向电阻为17.5M以上，若CR25击穿后，致使连锁故障比较器正端电压低于负端电压时，就会出现该故障。当J2-9至J2-19只间出现断路，也会出现该故障。

4.结束语

射频放大器在DX型中波发射机中处于比较重要地位，具有数量多，工作电流较大，故障率较高，理解其工作原理对发射机维护检修和缩短故障处理时间有重要的作用。希望本篇文章能给同行在维护中带来一些帮助。

[1]广播电视设备维护图册(一):DX系列发射机[M].北京:国家广播电影电视总局无线电台管理局,2000.

[2]广播电视发送与传输维护手册DX型大功率中波发射机[M].北京:国家广播电影电视总局无线电台管理局,2000,6.

高峰（1979—），男，河北平山人，国家新闻出版广电总局916台总工程师，研究方向：广播电台维护管理。