廣播電視發(fā)送技術(shù)脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機

廣播電視發(fā)送技術(shù)脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機第1頁/共47頁

脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機的特點是，把板調(diào)發(fā)射機的高壓直流供電電源化整為零，通過許多直流電壓源的串聯(lián)疊加得到電子管要求的瞬時板壓。例如某500KWPSM發(fā)射機有32組875V的低壓整流器。第2頁/共47頁

在載波狀態(tài)，有16組低壓整流器相串聯(lián)給出14KV,在100%調(diào)幅峰點瞬間，32組低壓整流器相串聯(lián)給出28KV的電壓,在100%調(diào)幅谷點瞬間，所有的低壓整流器均不參與串聯(lián)，給出0V的電壓。第3頁/共47頁

在載波狀態(tài)，串聯(lián)疊加的電壓源數(shù)量對某一部發(fā)射機來說是確定的，它受一固定直流電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號控制。因此，人為調(diào)整該固定直流電壓，就能改變載波狀態(tài)串聯(lián)疊加的電壓源數(shù)量。第4頁/共47頁

在調(diào)制狀態(tài)，音頻調(diào)制信號與上述的固定直流信號相疊加，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)榭刂菩盘枺c音頻對應(yīng)，在不同的時刻，有相應(yīng)不同數(shù)量的直流電壓源相疊加，給出相應(yīng)不同的直流電壓。因此，串聯(lián)疊加后的電壓是具有直流電壓分量、變化分量的包絡(luò)與調(diào)制信號變化規(guī)律相同的階梯波。

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階梯波經(jīng)低通濾波器濾波后，為高頻被調(diào)級提供所需的直流板壓和相應(yīng)的調(diào)制電壓，最后進行如常的板極調(diào)幅。

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階梯電壓波形

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PSM發(fā)射機將高壓主整電源與調(diào)幅器合二為一，提供階梯電壓的裝置稱為PSM調(diào)制器，

階梯電壓的直流分量轉(zhuǎn)化為高頻載波功率，音頻分量轉(zhuǎn)化為高頻邊帶功率。因此，載波功率和邊帶功率全部來源于PSM調(diào)制器。

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二、基本原理

第9頁/共47頁PSM發(fā)射機構(gòu)成原理圖

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PSM開關(guān)放大器由N個獨立的電壓源組成（例如N=32），為高頻末級（被調(diào)級）提供載波電壓與調(diào)制電壓。在載波狀態(tài)，有半數(shù)的電壓源N/2=16以串聯(lián)形式接通，輸出Ea=EaT=14KV；在有調(diào)制信號時，PSM開關(guān)放大器輸出電壓的變化范圍為0-28KV

第11頁/共47頁PSM開關(guān)放大器原理圖

第12頁/共47頁PSM開關(guān)放大器原理圖

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經(jīng)整流和濾波后得到的32個獨立電壓源的接通或斷開，受32個電子開關(guān)控制，而電子開關(guān)的通斷受固定直流和音頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及邏輯電路產(chǎn)生的控制信號控制。

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每個電壓源的電位是懸浮的，串聯(lián)疊加后多數(shù)PSM開關(guān)放大器處于高電位。為了使PSM開的高電位與低電位的控制電信號相互隔離，低電位的控制信號要通過電-光-電的轉(zhuǎn)換。

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每個電壓源的電壓為US，（又稱級電壓或階電壓），在t=T0時刻，全部開關(guān)斷開，因此空轉(zhuǎn)二極管FD鏈的輸出端A對地的電壓等于0（相當于100%調(diào)幅的谷點）；

當t=T1時，只有一級PSM開關(guān)接通（它可以是N個PSM開關(guān)中的任一個），由該級產(chǎn)生的電流通過其他未接通的PSM開關(guān)級的二極管FD流向負載；第16頁/共47頁

當t=T2時，再接通一級PSM開關(guān)（它可以是除已接通的PSM開關(guān)外的N-1個PSM開關(guān)個中的任一個），此時輸出端電壓為2US，每接通一級PSM開關(guān)，輸出端的電壓就提高一個級電壓。當所有的N個PSM開關(guān)都接通時，輸出端的電壓為NUS，相當于100%調(diào)幅的峰點（等于載波狀態(tài)電壓的2倍）。

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調(diào)制度與PSM開關(guān)放大器輸出電壓的關(guān)系

調(diào)制度（%）調(diào)制峰點輸出電壓調(diào)制谷點輸出電壓0（1/2）NUS（1/2）NUS100NUS0任意m（1/2）NUS(1+m)（1/2）NUS(1-m)第18頁/共47頁

為了使每個PSM開關(guān)級負擔均勻，提高元器件的壽命，PSM開關(guān)接通與斷開的原則是：如果要求接通一級，選擇未接通的且斷開時間最長的一級；在需要斷開一級時，選擇已接通的且接通時間最長的一級。這個原則可通過邏輯電路予以保證。

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不論在載波狀態(tài)還是調(diào)制狀態(tài)N級PSM開關(guān)級都是以開關(guān)頻率fc循環(huán)通斷的。例如N=32，在載波狀態(tài)，開通16個PSM開關(guān)級，如先接通按1-16號，，那么，每隔1/fc的時間后2-17號，3-18號，、、、，16-31號，17-32號，18-1號，、、、，31-14號，32-15號，1-16號的規(guī)律開通。第20頁/共47頁

任一級PSM開關(guān)從本次開通到斷開，到下次再接通，都要經(jīng)歷32個fc相應(yīng)的周期，即32/fc=32TC，每個開關(guān)級的實際工作頻率為fc/32。第21頁/共47頁

在調(diào)制情況下，以調(diào)制頻率為

FΩ的正弦信號、m=100%調(diào)幅一周期為例，在調(diào)制信號的正半周，在1-16號PSM開關(guān)接通的基礎(chǔ)上（此時刻相當于載波點），先后再接通17、18、、、31、直到32號PSM開關(guān)（此時刻相當于100%調(diào)幅峰點），第22頁/共47頁

然后先后關(guān)斷1、2、3、、、16號PSM開關(guān)（此時刻相當于載波點），在調(diào)制信號的負半周，先后關(guān)斷17、18、、、31、32號PSM開關(guān)（此時刻相當于100%調(diào)幅谷點），然后，再先后開通1、2、3、、、、、、、16號PSM開關(guān)（此時刻相當于載波點）。第23頁/共47頁

在任意調(diào)幅度m的情況下，開關(guān)管的主要工作頻率為mFΩ?？紤]到粗細調(diào)幅是同時存在的，因此，開關(guān)管的主要工作頻率應(yīng)為f=fc/32+mFΩ，是隨調(diào)幅信號的頻率和幅度而變化的。

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三、階梯電壓的補償

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PSM開關(guān)級輸出的階梯電壓一般稱為粗調(diào)電壓，與理想的調(diào)制電壓是有區(qū)別的，它含有較大的非線性失真。雖然通過低通濾波器可以將主要階梯波紋予以濾除，但對于低音高調(diào)幅、中音低調(diào)幅以及高音極低調(diào)幅來說，階梯波紋的主要頻率成分都處于低通濾波器的通帶之內(nèi)而無法濾除，會產(chǎn)生調(diào)制信號失真。

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為了使經(jīng)低通濾波器后得到的調(diào)制電壓接近于理想，減小失真，階梯電壓還要按照PDM原理進行細調(diào)。

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用PDM原理對階梯電壓進行細調(diào)

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PDM補償脈沖的幅度等于級電壓US，而補償脈沖的寬度是按照調(diào)制信號的變化規(guī)律被調(diào)制的，即PDM脈沖寬度正比例于理想調(diào)制電壓與粗調(diào)階梯電壓之間的電壓差值。

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需要指出的是，這些補償脈沖仍然是由前述的32個開關(guān)級產(chǎn)生的。通常，PDM補償脈沖的重復頻率(或稱開關(guān)頻率)fc為30-40KHz，fc及其諧波可以被PSM開關(guān)級輸出端的低通濾波器濾除。第30頁/共47頁

四、PSM開關(guān)級電路

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一個PSM開關(guān)級電路原理圖第32頁/共47頁

當電源開關(guān)剛合上后，變壓器次級回路內(nèi)的由延時繼電器控制的兩個開關(guān)S10處于斷開狀態(tài)，限流電阻R2串聯(lián)接入變壓器次級其中兩相的回路中，以防止啟動電流過大。經(jīng)過一定的延時后，S10接通，將電阻R2短路，處于正常的供電狀態(tài)。第33頁/共47頁

三相全波整流器的輸出電壓經(jīng)LC組成的電源濾波器濾波。當發(fā)射機關(guān)機時，電容C的儲能通過電阻R和另一個在關(guān)機時才接通的開關(guān)S10，與接地端構(gòu)成回路而放電。

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某一級PSM開關(guān)級整流電壓是否參與總輸出電壓的疊加，是通過控制該級的GTO（可關(guān)斷的可控硅或可關(guān)斷晶閘管）實現(xiàn)。而控制GTO通斷的信號要先經(jīng)過場效應(yīng)管（FET）放大。第35頁/共47頁FET放大級原理圖

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當FET輸入高電平的“1”的控制信號時，F(xiàn)ET輸出+15V電壓至GTO的門極促使GTO導通，因而開關(guān)級輸出級電壓US；當FET輸入低電平的“0”的控制信號時，F(xiàn)ET輸出-15V電壓至GTO的門極，促使GTO斷開，開關(guān)級不輸出級電壓（或輸出電壓為0V）。

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當某一級PSM開關(guān)的GTO處于接通的情況下，該級的FD處于反偏而截止。

如果發(fā)射機的PSM開關(guān)放大器共有N級（載波狀態(tài)接通N/2級），如損壞n個，其后果只影響正峰可能達到的不失真調(diào)制度，在這種情況下，允許的不失真調(diào)制度m，可按下式計算：

m，=[(N-n)-N/2]/N/2

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GTO的保護:

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GTO的保護:

C1、R1和D1構(gòu)成GTO的保護電路。當關(guān)斷GTO時，負載電流通過D1對C1充電，由于電容兩端的電壓不能突變，duc/dt處于安全范圍，使GTO得到保護；當GTO開通時C1的儲能通過R1和GTO放電，使儲能在R1上消耗掉。第40頁/共47頁

五、PSM調(diào)制器提供的功率

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如果發(fā)射機的載波功率為PC，高頻被調(diào)級的板極效率為ηa，板極回路效率為ηk，調(diào)幅度為m,那么PSM調(diào)制器提供的功率PM為：

PM=PC（1+m2/2）/ηaηk

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六、PSM發(fā)射機的主要雜音

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為了使N級PSM開關(guān)的負擔均勻及降低開關(guān)管的實際工作頻率，無論在載波狀態(tài)還是調(diào)制狀態(tài)，N級PSM開關(guān)都按照PDM補償脈沖頻率循環(huán)通斷。

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當N級PSM開關(guān)的輸出電壓完全平衡時，載波狀態(tài)包含的殘波頻率成分只有開關(guān)頻率及其諧波。然而實際上N級PSM開關(guān)的輸出電壓不可能做到完全平衡（主要原因是變壓器眾多次級繞組的漏感不相等引起），這樣，載波狀態(tài)下輸出電壓中便含有開關(guān)頻率的分頻成分，它可能處于低通濾波器的通帶之內(nèi)而不能濾除，