500KW發(fā)射機(jī)模擬信號處理板設(shè)計(jì)分析

鄒坤英

【摘 要】本文結(jié)合瑞士進(jìn)口的大功率500KW短波發(fā)射機(jī)，對其順序控制的原理進(jìn)行簡單介紹，并著重對控制系統(tǒng)中的模擬信號處理板（YCS06）的設(shè)計(jì)思路、組成和工作原理進(jìn)行分析，該板對發(fā)射機(jī)的很多重要參數(shù)信號進(jìn)行采集和處理，是控制系統(tǒng)中重要的組成部分之一，對其全面的了解和掌握有利于對該發(fā)射機(jī)的維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)；順序控制；模擬信號處理

1 500KW發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)是用戶和發(fā)射機(jī)相互聯(lián)系的橋梁，它一方面按照正確的順序開、關(guān)發(fā)射機(jī)；另一方面在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行必要的開、關(guān)動作。它還控制著發(fā)射機(jī)自動換頻時(shí)的執(zhí)行順序和調(diào)諧。

順序控制系統(tǒng)由YCS 04順序控制器板和相關(guān)的接口板組成。YCS系列的數(shù)據(jù)采集單元作為一個(gè)I/O擴(kuò)展；24V直流輸入輸出板與二進(jìn)制信號電氣隔離（型號YCS 01 和YCS 02），并作為與傳感器相聯(lián)系的接口電路；SCI 01和SCI 02型濾波器板利用繼電器提供一個(gè)直流24 V或交流220 V輸出的選擇；模擬信號的采集則是用YCS 06 和YCS 07型模擬板完成；SCI 03型濾波器板提供模擬信號的濾波。

YCS 06板用來進(jìn)行發(fā)射機(jī)運(yùn)行模擬參數(shù)的采樣和處理，如所有的電壓和電流等，并將處理結(jié)果通過發(fā)射機(jī)顯示器進(jìn)行顯示。所有測量值通過該板都被轉(zhuǎn)換到10伏的滿刻度值。該板還包含了一些額外的測量電路：用于燈絲調(diào)壓器控制THYRO-P？誖的緩沖放大器、24VDC電池監(jiān)測以及±15V直流電源監(jiān)測。YCS06的作用就是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換這個(gè)目的，因此它包含一些附加測量電路。YCS06板主要對發(fā)射機(jī)采樣過來的信號進(jìn)行處理，所處理信號如表1所示：

2 模擬控制板的設(shè)計(jì)分析

所有模擬量輸入信號靠取樣電路、分壓器、分流器獲得，經(jīng)A151、A161板濾波和限幅后送至YCS06（用來進(jìn)行發(fā)射機(jī)運(yùn)行模擬參量的采樣和處理，如所有的電壓和電流等，并將處理結(jié)果通過發(fā)射機(jī)顯示器進(jìn)行顯示，所有測量值通過該板被轉(zhuǎn)換到10V的滿刻度值）、YCS07（用于發(fā)射機(jī)自動調(diào)諧的相位信號處理及發(fā)射功率瞬時(shí)檢測，有計(jì)算功能）、YCS08板（馬達(dá)位置信號）進(jìn)行處理，處理后的信號分兩路，一路經(jīng)低通、濾波、衰減到ECAM顯示，另一路經(jīng)快速通道去YCS04板，先起保護(hù)作用。

所有測量電阻（如分流器、分壓器中的電阻）的選取都是按以下方式進(jìn)行的：在測量電路輸入端獲得的取樣電壓范圍為0.9～1.2V。

所有電路都采用平衡輸入的方式來避免接地環(huán)路對取樣信號造成影響，除了IaV2取樣電路的輸入阻抗Rin= 1kΩ外，所有電流取樣電路的輸入阻抗都為100Ω，而所有電壓取樣電路的輸入阻抗為1kΩ。由于部分信號是調(diào)制信號，因此采用了濾波電路以得到一個(gè)穩(wěn)定的平均值，并顯示在顯示屏上。

系統(tǒng)采用了補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)對分壓器測量值和分流器測量值進(jìn)行誤差補(bǔ)償，電路的調(diào)整是通過插在濾波器和輸出緩沖器中間的各電位器完成的。模擬輸出信號須送往幾個(gè)部分，因此每個(gè)輸出通過電壓跟隨器退耦以避免彼此影響。信號被送往以下系統(tǒng)（電路）：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器（極限值獲?。⒛M參數(shù)顯示（選件，Imax= 10mA）、信號記錄器（選件）和馬達(dá)控制器。電流測量電路帶有瞬態(tài)檢測器，這樣能迅速判斷過流。這些瞬態(tài)檢測器的輸入信號都沒有經(jīng)過相應(yīng)的濾波器。去信號記錄器（選件）的信號也不經(jīng)過濾波處理。

2.1 燈絲電壓

VfilV1和VfilV2的測量電路是相同的，它們都以一個(gè)真均方根值（TRUE RMS）運(yùn)算模塊作為核心電路，以保證直流和交流電壓都能被正確測量、校準(zhǔn)和顯示。

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=1）后，再被放大5倍并輸入到真均方根值運(yùn)算模塊中，其輸出送到一個(gè)fg = 3Hz的二階低通濾波器。濾波器放大倍數(shù)V=1，且在50Hz時(shí)最小衰減46dB。后級電路結(jié)合誤差補(bǔ)償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=1.38～2.8。之后通過4個(gè)緩沖器后分別連接到以下電路（系統(tǒng)）：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和信號記錄器。

2.2 電流測量

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=2）后，輸入到一個(gè)fg= 3Hz的三階低通濾波器。濾波器的放大倍數(shù)V=1，在40Hz時(shí)最小衰減值大于60dB。后級電路結(jié)合誤差補(bǔ)償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=4.15～5.8。之后先通過緩沖器連接到以下電路：中央控制系統(tǒng)（ECAM）、順序控制器和模擬參數(shù)顯示。另外Ig1V2和IaV2兩個(gè)信號還送到了馬達(dá)控制器，作為自動調(diào)諧控制信號。

IaV2電路還有一個(gè)無緩沖的額外輸出，送到模擬數(shù)據(jù)采集板YCS 07上的屏耗（APD）監(jiān)測電路。在進(jìn)行此處理的同時(shí)，信號在經(jīng)過輸入放大器之后經(jīng)過放大后（放大倍數(shù)V=2.5）給信號記錄器。這就確保了在有調(diào)制信號時(shí)，即使調(diào)制度m=1也可以獲得全部信息。當(dāng)過流（如達(dá)到2×In）時(shí)，也可以獲得更多信息。

在經(jīng)過輸入放大器之后信號直接送給瞬態(tài)檢測器。該電路不可調(diào)，且被設(shè)計(jì)成對已調(diào)制信號不響應(yīng)（m=1，梯形調(diào)制，調(diào)制頻率為5kHz）。當(dāng)瞬態(tài)檢測器響應(yīng)時(shí)電路發(fā)出一個(gè)3ms長的輸出脈沖。瞬態(tài)檢測器的輸出為晶體管放大級，為順序控制器提供一個(gè)5V的邏輯信號，0V表示故障。在出現(xiàn)接觸不良問題（或者模擬板未插入）時(shí)，通過在順序控制器上安裝的下拉電阻為順序控制器提供0V故障信號，從而確保安全。

Ig1V2電路提供了另一個(gè)瞬態(tài)檢測器，它能響應(yīng)負(fù)值瞬態(tài)值，例如在電子管控制柵極和陰極間有碰極現(xiàn)象。該電路的正值檢測器有著相同的響應(yīng)特征。

兩個(gè)瞬態(tài)檢測器通過一個(gè)比較電路結(jié)合在一起，并控制一個(gè)公共的輸出晶體管。

2.3 電壓測量

電壓測量電路除了VaV2外都采用了同樣的設(shè)計(jì)。

2.3.1 VaV2測量

信號通過平衡輸入緩沖放大器（放大倍數(shù)V=1）后，輸入到一個(gè)fg =3Hz的三階低通濾波器。濾波器的放大倍數(shù)V=1，且在40Hz時(shí)最小衰減值大于60dB。后級電路結(jié)合誤差補(bǔ)償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V = 8.3～11.5。之后通過緩沖器連接到以下四個(gè)電路：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和連在后面的馬達(dá)控制器。

測量電路提供一個(gè)無緩沖的額外輸出，送到模擬數(shù)據(jù)采集板YCS 07上的屏耗（APD）監(jiān)測電路。

在送往濾波電路的同時(shí)，還送往一個(gè)放大倍數(shù)V=5的無濾波功能的電路，該電路用于信號記錄器，其信號直接從輸入級之后取得。

2.3.2 其它電壓

這包括了VdcFET，VaV1，Vg1V2，Vg2V2和Vspare。

信號通過平衡輸入放大器（放大倍數(shù)V=1）后，輸入到一個(gè)fg= 4.8kHz的RC低通濾波器，用于抑制干擾。并結(jié)合誤差補(bǔ)償調(diào)整將信號放大到10V，其放大倍數(shù)V=8.3～11.5。之后通過緩沖器連接到以下四個(gè)電路：中央控制系統(tǒng)（ECOS2）、順序控制器、模擬參數(shù)顯示和連在后面的信號記錄器。

2.4 水導(dǎo)測量

被測值從電導(dǎo)測量元件獲取，并提供冷卻水電導(dǎo)的有關(guān)信息。這一輸入信號與電導(dǎo)計(jì)的電流輸出相對應(yīng)，其輸入阻抗為1kΩ。這個(gè)測量電路也帶有一個(gè)用于抑制干擾的RC低通濾波器。

2.5 控制電路

V-REF-RF-ATT和V-RE-AC-CTRL兩個(gè)電路是作為發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)與外圍設(shè)備之間的接口。

2.5.1 V-REF-RF-ATT

這個(gè)電路用來處理控制射頻衰減器輸出大小的控制電流值。為此，來自馬達(dá)控制器的控制電壓“V-REF-RF-ATT”（±10V）信號被成比例的轉(zhuǎn)換成0～20mA電流信號。

控制電壓在輸入時(shí)被取半壓并增加5伏，從而使電壓范圍在0到10伏之間。同時(shí)將這一電壓成比例的轉(zhuǎn)換為電流信號“RF-ATT”。用它來控制RF衰減器。

電壓與電流存在以下對應(yīng)關(guān)系：

U = +10 V → I=0 mA（射頻封鎖）

U = -10 V → I=20 mA（射頻允許）

衰減器的控制由發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)通過“RF-ENABLE”信號來封鎖或允許。由順序控制器控制的電壓加到輸入電路中，這樣它的輸入就是0V。數(shù)字控制信號為0 V對應(yīng)射頻封鎖，+5V對應(yīng)射頻允許。輸入設(shè)計(jì)成在任何干擾（=封鎖）的情況下狀態(tài)一直為0V的工作方式。

2.5.2 V-REF-AC-CTRL

電路實(shí)現(xiàn)10V電壓的隔離傳輸，放大系數(shù)V=1。

信號經(jīng)過一個(gè)放大系數(shù)V=0.1的高阻抗平衡輸入放大器，送往放大系數(shù)V=1的緩沖放大器，在緩沖放大器的輸入端裝有一個(gè)用于偏移補(bǔ)償?shù)碾娢黄?。在隨后的輸出放大器中電壓會再被升到10V?？刂齐妷悍秶?.25 V到10 V之間，去控制燈絲調(diào)壓器控制器THYRO-P？誖輸出相應(yīng)的電壓，且必須從相應(yīng)電源輸出將信號反饋回來。

2.5.3 電源

該電路板需要下列電源電壓：

±15V直流電源，用于運(yùn)算放大器。

+5V直流電源，用于來自于瞬態(tài)檢測器的故障顯示。

輸入電源在輸入端通過各種電容來進(jìn)行濾波，另外緊靠每個(gè)IC（集成電路）排列著一個(gè)100 nF的電容。電源電壓的情況通過前面板的發(fā)光二極管來指示。

用于整個(gè)發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)的電池電壓顯示和監(jiān)視（24 V直流）也位于這塊板上。

2.5.4 ±15V直流監(jiān)測

±15V直流電源電壓被監(jiān)測是否欠壓，以確保模擬參數(shù)測量的可靠性。該電路在±13.5V時(shí)反應(yīng)并有一個(gè)0.5V的滯后。兩個(gè)比較器的輸出信號通過另一個(gè)比較器合并為一個(gè)公共的故障信號。信號通過一個(gè)晶體管級和瞬態(tài)檢測器送到順序控制器。

2.5.5 +24 VBatt直流監(jiān)測

電池電壓被監(jiān)測是否出現(xiàn)大于30V的過電壓和小于20V及小于18V的欠壓，然后這三個(gè)信號通過晶體管級分別送到順序控制器?！?4V”電源指示發(fā)光二極管通過一個(gè)緩沖器直接從輸入級對輸入的24V進(jìn)行檢測指示。

平衡輸入電路的放大系數(shù)V=0.4，以便處理板上最高為30 V的直流電壓。輸入電路部分在每個(gè)模擬接口（濾波墻）裝有一個(gè)100kΩ的電阻以保護(hù)印刷電路模塊。在這個(gè)輸入級后并接有三個(gè)比較器并以晶體管驅(qū)動輸出。30V比較器的比較范圍為>32V，20V比較器的比較范圍為<19.7V。電池會在電壓降至18V以下時(shí)關(guān)閉，而在無負(fù)載時(shí)電壓又會升高，因此18V比較器的滯后范圍為4V以獲得安全的關(guān)閉。

3 小結(jié)

500KW發(fā)射機(jī)自動化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，自動化程度高，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該機(jī)型在我局已經(jīng)大范圍普及，成為我局現(xiàn)在的主力機(jī)型，對該機(jī)型的維護(hù)成為技術(shù)工作的重點(diǎn)，系統(tǒng)的、熟練的掌握模擬信號的采集、分析和處理，會更加有利于我們?nèi)粘５木S護(hù)工作，使發(fā)射機(jī)長期的處于良好的工作狀態(tài)。更好的進(jìn)行安全播音。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]