廣播電視發(fā)送技術(shù)脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機(jī)

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

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

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(diǎn)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(diǎn)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(yè)/共47頁(yè)

在載波狀態(tài)，串聯(lián)疊加的電壓源數(shù)量對(duì)某一部發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)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(hào)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(yè)/共47頁(yè)

在調(diào)制狀態(tài)，音頻調(diào)制信號(hào)與上述的固定直流信號(hào)相疊加，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)榭刂菩盘?hào)，與音頻對(duì)應(yīng)，在不同的時(shí)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(hào)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(jí)提供所需的直流板壓和相應(yīng)的調(diào)制電壓，最后進(jìn)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(jī)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(chēng)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(lái)源于PSM調(diào)制器。

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二、基本原理

第9頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)SM發(fā)射機(jī)構(gòu)成原理圖

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PSM開(kāi)關(guān)放大器由N個(gè)獨(dú)立的電壓源組成（例如N=32），為高頻末級(jí)（被調(diào)級(jí)）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(hào)時(shí)，PSM開(kāi)關(guān)放大器輸出電壓的變化范圍為0-28KV

第11頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)SM開(kāi)關(guān)放大器原理圖

第12頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)SM開(kāi)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(gè)獨(dú)立電壓源的接通或斷開(kāi)，受32個(gè)電子開(kāi)關(guān)控制，而電子開(kāi)關(guān)的通斷受固定直流和音頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及邏輯電路產(chǎn)生的控制信號(hào)控制。

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

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每個(gè)電壓源的電壓為US，（又稱(chēng)級(jí)電壓或階電壓），在t=T0時(shí)刻，全部開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，因此空轉(zhuǎn)二極管FD鏈的輸出端A對(duì)地的電壓等于0（相當(dāng)于100%調(diào)幅的谷點(diǎn)）；

當(dāng)t=T1時(shí)，只有一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)接通（它可以是N個(gè)PSM開(kāi)關(guān)中的任一個(gè)），由該級(jí)產(chǎn)生的電流通過(guò)其他未接通的PSM開(kāi)關(guān)級(jí)的二極管FD流向負(fù)載；第16頁(yè)/共47頁(yè)

當(dāng)t=T2時(shí)，再接通一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)（它可以是除已接通的PSM開(kāi)關(guān)外的N-1個(gè)PSM開(kāi)關(guān)個(gè)中的任一個(gè)），此時(shí)輸出端電壓為2US，每接通一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)，輸出端的電壓就提高一個(gè)級(jí)電壓。當(dāng)所有的N個(gè)PSM開(kāi)關(guān)都接通時(shí)，輸出端的電壓為NUS，相當(dāng)于100%調(diào)幅的峰點(diǎn)（等于載波狀態(tài)電壓的2倍）。

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調(diào)制度與PSM開(kāi)關(guān)放大器輸出電壓的關(guān)系

調(diào)制度（%）調(diào)制峰點(diǎn)輸出電壓調(diào)制谷點(diǎn)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(yè)/共47頁(yè)

為了使每個(gè)PSM開(kāi)關(guān)級(jí)負(fù)擔(dān)均勻，提高元器件的壽命，PSM開(kāi)關(guān)接通與斷開(kāi)的原則是：如果要求接通一級(jí)，選擇未接通的且斷開(kāi)時(shí)間最長(zhǎng)的一級(jí)；在需要斷開(kāi)一級(jí)時(shí)，選擇已接通的且接通時(shí)間最長(zhǎng)的一級(jí)。這個(gè)原則可通過(guò)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(jí)PSM開(kāi)關(guān)級(jí)都是以開(kāi)關(guān)頻率fc循環(huán)通斷的。例如N=32，在載波狀態(tài)，開(kāi)通16個(gè)PSM開(kāi)關(guān)級(jí)，如先接通按1-16號(hào)，，那么，每隔1/fc的時(shí)間后2-17號(hào)，3-18號(hào)，、、、，16-31號(hào)，17-32號(hào)，18-1號(hào)，、、、，31-14號(hào)，32-15號(hào)，1-16號(hào)的規(guī)律開(kāi)通。第20頁(yè)/共47頁(yè)

任一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)從本次開(kāi)通到斷開(kāi)，到下次再接通，都要經(jīng)歷32個(gè)fc相應(yīng)的周期，即32/fc=32TC，每個(gè)開(kāi)關(guān)級(jí)的實(shí)際工作頻率為fc/32。第21頁(yè)/共47頁(yè)

在調(diào)制情況下，以調(diào)制頻率為

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

然后先后關(guān)斷1、2、3、、、16號(hào)PSM開(kāi)關(guān)（此時(shí)刻相當(dāng)于載波點(diǎn)），在調(diào)制信號(hào)的負(fù)半周，先后關(guān)斷17、18、、、31、32號(hào)PSM開(kāi)關(guān)（此時(shí)刻相當(dāng)于100%調(diào)幅谷點(diǎn)），然后，再先后開(kāi)通1、2、3、、、、、、、16號(hào)PSM開(kāi)關(guān)（此時(shí)刻相當(dāng)于載波點(diǎn)）。第23頁(yè)/共47頁(yè)

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

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三、階梯電壓的補(bǔ)償

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PSM開(kāi)關(guān)級(jí)輸出的階梯電壓一般稱(chēng)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(xiàn)性失真。雖然通過(guò)低通濾波器可以將主要階梯波紋予以濾除，但對(duì)于低音高調(diào)幅、中音低調(diào)幅以及高音極低調(diào)幅來(lái)說(shuō)，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(wú)法濾除，會(huì)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)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(jìn)行細(xì)調(diào)。

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用PDM原理對(duì)階梯電壓進(jìn)行細(xì)調(diào)

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PDM補(bǔ)償脈沖的幅度等于級(jí)電壓US，而補(bǔ)償脈沖的寬度是按照調(diào)制信號(hào)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(bǔ)償脈沖仍然是由前述的32個(gè)開(kāi)關(guān)級(jí)產(chǎn)生的。通常，PDM補(bǔ)償脈沖的重復(fù)頻率(或稱(chēng)開(kāi)關(guān)頻率)fc為30-40KHz，fc及其諧波可以被PSM開(kāi)關(guān)級(jí)輸出端的低通濾波器濾除。第30頁(yè)/共47頁(yè)

四、PSM開(kāi)關(guān)級(jí)電路

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一個(gè)PSM開(kāi)關(guān)級(jí)電路原理圖第32頁(yè)/共47頁(yè)

當(dāng)電源開(kāi)關(guān)剛合上后，變壓器次級(jí)回路內(nèi)的由延時(shí)繼電器控制的兩個(gè)開(kāi)關(guān)S10處于斷開(kāi)狀態(tài)，限流電阻R2串聯(lián)接入變壓器次級(jí)其中兩相的回路中，以防止啟動(dòng)電流過(guò)大。經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，S10接通，將電阻R2短路，處于正常的供電狀態(tài)。第33頁(yè)/共47頁(yè)

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(dāng)發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，電容C的儲(chǔ)能通過(guò)電阻R和另一個(gè)在關(guān)機(jī)時(shí)才接通的開(kāi)關(guān)S10，與接地端構(gòu)成回路而放電。

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某一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)級(jí)整流電壓是否參與總輸出電壓的疊加，是通過(guò)控制該級(jí)的GTO（可關(guān)斷的可控硅或可關(guān)斷晶閘管）實(shí)現(xiàn)。而控制GTO通斷的信號(hào)要先經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管（FET）放大。第35頁(yè)/共47頁(yè)FET放大級(jí)原理圖

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當(dāng)FET輸入高電平的“1”的控制信號(hào)時(shí)，F(xiàn)ET輸出+15V電壓至GTO的門(mén)極促使GTO導(dǎo)通，因而開(kāi)關(guān)級(jí)輸出級(jí)電壓US；當(dāng)FET輸入低電平的“0”的控制信號(hào)時(shí)，F(xiàn)ET輸出-15V電壓至GTO的門(mén)極，促使GTO斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)級(jí)不輸出級(jí)電壓（或輸出電壓為0V）。

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當(dāng)某一級(jí)PSM開(kāi)關(guān)的GTO處于接通的情況下，該級(jí)的FD處于反偏而截止。

如果發(fā)射機(jī)的PSM開(kāi)關(guān)放大器共有N級(jí)（載波狀態(tài)接通N/2級(jí)），如損壞n個(gè)，其后果只影響正峰可能達(dá)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(jì)算：

m，=[(N-n)-N/2]/N/2

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GTO的保護(hù):

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GTO的保護(hù):

C1、R1和D1構(gòu)成GTO的保護(hù)電路。當(dāng)關(guān)斷GTO時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)D1對(duì)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(hù)；當(dāng)GTO開(kāi)通時(shí)C1的儲(chǔ)能通過(guò)R1和GTO放電，使儲(chǔ)能在R1上消耗掉。第40頁(yè)/共47頁(yè)

五、PSM調(diào)制器提供的功率

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如果發(fā)射機(jī)的載波功率為PC，高頻被調(diào)級(jí)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(jī)的主要雜音

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為了使N級(jí)PSM開(kāi)關(guān)的負(fù)擔(dān)均勻及降低開(kāi)關(guān)管的實(shí)際工作頻率，無(wú)論在載波狀態(tài)還是調(diào)制狀態(tài)，N級(jí)PSM開(kāi)關(guān)都按照PDM補(bǔ)償脈沖頻率循環(huán)通斷。

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當(dāng)N級(jí)PSM開(kāi)關(guān)的輸出電壓完全平衡時(shí)，載波狀態(tài)包含的殘波頻率成分只有開(kāi)關(guān)頻率及其諧波。然而實(shí)際上N級(jí)PSM開(kāi)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(jí)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(kāi)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，