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DF100型PSM100kW短波发射机宽频带放大器工作原理

DF100型PSM100kW短波发射机宽频带放大器工作原理

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  DF100型PSM100kW短波发射机的宽频带放大器是由美国Themo VoLTEk公司生产的200W宽放。主要参数:频率范围0.3MHz~40MHz;输入功率2mW;输出功率200W:工作状态甲乙类。
  
  宽频带放大器安装在高前小箱位置,地方狭窄地,更换麻烦,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50Ω射频电缆送人宽放输入端3A1-J9。
  
  一、宽频带放大器供电电源
  
  其供电电源是由1PS7提供+28VDC,接人负载后电源下降为22VDC~25VDC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电源原理图如下图所示。三相230VAC电源经CB10和CB14空开,再经1K15宽放接触器,送入1PS7电源端子排的1、2、3端子。变压器Tl初级为三角形接法,次级为星型接法的变压器。经三相桥式整流变为+28V的直流电压源,经C1滤波后变为纹波系数更小的直流电压源满足宽放所需。R1阻值很小的分流器为宽放电流表提供取样电压;R2与宽放电压表串联,宽放电压表分得极少量电流用于指示;R3为负载电阻:IPS7同时为IA9提供+28V电源。
  
  二、宽频带放大器内部稳压电路
  
  如下图所示.1PS7输出+28V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12V,经可调电阻R29适当调整后送人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经电阻R22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。

   三、宽频带放大器前置级放大电路
  
  如下图所示,射频信号由Jl端送入宽放,经线圈L5送到由R11、C27、R12、C28组成的二阶高通滤波器。低频信号将会被截止,以防止过低频率串入输入回路。Q1晶体管工作于甲类状态,其偏置电压由R13和R14串联分压为其提供。计算可得:V (Q1)b=28xR14/(R13+R14)=1.6V;又因为R14为可调电阻,调整后加至Q1的偏置电压为0.7V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,用来提高晶体管的输入阻抗,稳定管子的工作状态。
    
  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。C3 1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:传输线变压器由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μ磁芯上,故导线每一小段的电感可以看成由许多电感、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。
  
  VSWR驻波比保护电路分析:当E3端送来驻波比信号(低电平)时,将Q1基极偏置电压钳位为零电位,Q1管截止,致使所有后级放大电路截止,起到快速保护后端设备的目的。
  
  四、驱动级放大电路
  
  其原理图如下图所示。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=28xR5/(R4+R5)=2V;又因为R5为可调电阻,调整后加至Q2的偏置电压为0.7V左右即可,过高电压在长时间工作中会将Q2损坏。
  
  其他电路分析:L1、C5、C6组成1T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,防止过压产生失真信号。L3为射频阻流圈阻止射频信号串扰28V电源和偏置电压。
  
  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。其交、直流通路如Q1图示类似,在这里不描述。
  
  五、推挽放大级电路
  
  此电路是宽放电路中的重要环节,Q3管价格昂贵市而稀少,所以使用中要格外小心以防损坏。其电路原理如下图所示。Q3管工作于甲乙类状态,由两只N沟道耗尽型MOSFET管构成,在正极性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VRI的VOT端经R29调整后提供,其正常电压为3.36V左右即可,切不可调整过高电压而损坏贵重MOS管。
  
  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,防止过压产生失真信号的作用。LA自耦式阻流圈阻止射频信号串扰电源,并分别为两MOS管漏极提供电压。C17-C122和C34为高频滤波电容。
  
  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。

  六、宽放故障分析
  
  正常时宽放电流为,无激励时,I=2.4A,正常激励低频段时,I=5A~6A,正常激励高频段时,I=8A—11A。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15MHz以上时,宽放电流I已经远大于10A,高末栅流小于0.4A,而15MHz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.-般情况下,宽放输出功率不足都是由Q3管造成的,更换时注意事项:
  
  (1)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Ql、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。
  
  (2)更换管子时必须用防静电电烙铁焊接。
  
  (3)将Q3栅极脱开电源供电端,调整直流电压源为28V给宽放加静态电压,测量Q3栅极供电端电压为3.36V左右,观察电压源电流显示应为1.12A,电流相差较大时,说明此管性能已经较差不可使用。重新焊接Q3栅极电源供电端,加静态电压观察。
  
  (4)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0.2V左右,最大调整电压至3.7V即可,切勿再增大电压,否则有烧坏Q3管的可能。
  
  (5)断开Q3栅极控制电压,调整Q1或Q2基极电压为0.7V,并同时观察直流电压源电流为0.2A。
  
  (6)动态测试宽放,宽放外壳接地线并接直流电源的负极,频率合成器的输出端经10dB衰减器后接入宽放的输入端,并置频率合成器电平于0dB。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50Ω的连接线,以保证输入输出间的阻抗匹配。假负载是由4根3R13(220Ω)纯阻并联成55Ω负载电阻,并安装于铁皮箱内,铁皮箱外壳接地线(见图6),四周用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28V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。




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