徐 進(jìn) 唐 昭 張 捷

安全播出是發(fā)射臺工作的第一要務(wù)，如何提高發(fā)射臺的安全播出工作水平成為發(fā)射臺技術(shù)工作者思考的問題。而建立直觀、可靠的發(fā)射設(shè)備監(jiān)控、檢測、顯示設(shè)施成為十分必要的工作。

總局對發(fā)射臺提出的要求是雙滿（滿功率、滿調(diào)幅度），這就要求實時掌握發(fā)射機(jī)狀態(tài)。使用檢波器調(diào)幅度檢測顯示系統(tǒng)，能夠直觀并及時地觀察到輸出調(diào)幅度的變化。

檢波器在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的位置如圖1所示。

圖1 信號流程圖

1 新檢波器設(shè)計思路及要求

陜西廣播電視臺第一發(fā)射臺原自主設(shè)計制作的檢波器是一個無源的設(shè)備，功能比較簡單，只負(fù)責(zé)提供控制桌彩條儀信號，無信號放大功能、無隔離功能、抗干擾程度低，無法調(diào)整信號強(qiáng)度，只有主備機(jī)兩路輸入接口。原檢波器基本滿足原先的工作條件，但在機(jī)房自動化控制程度提高后，就需要進(jìn)行必要的升級改造。

在臺領(lǐng)導(dǎo)的要求及支持帶領(lǐng)下，本臺技術(shù)骨干經(jīng)過仔細(xì)研究和討論，決定對原檢波器進(jìn)行改造，自主研發(fā)新的檢波器系統(tǒng)，并決定加入音頻調(diào)幅度顯示功能。

新檢波器設(shè)計要求如下。

①本臺有2套頻率，均為一主用兩備用3部發(fā)射機(jī)，所以新檢波器每個工作頻率的采樣輸入接口必須改為3路輸入接口。②需采用有源的信號放大及信號調(diào)整線路。③機(jī)房自動化程度提高后，需對其他設(shè)備及信號有隔離作用，并具有較高的抗干擾能力。④新檢波器將安裝于信號柜中，需設(shè)有音頻調(diào)幅度顯示功能，便于值班員直觀地觀測到發(fā)射機(jī)的工作情況。⑤便于升級，可應(yīng)用于多套頻率、多部發(fā)射機(jī)的取樣檢波及音頻顯示。

2 兩個關(guān)鍵IC的選擇

新的檢波器，主要分為兩大部分，一是放大電路，二是音頻調(diào)幅度顯示電路。放大電路決定采用較為成熟的TL082兩路放大集成電路，其內(nèi)部線路如圖2所示。

TL082是一通用的J-FET雙運算放大器，有較低輸入偏置電壓和偏移電流；輸出設(shè)有短路保護(hù)，輸入級具有較高的輸入阻抗，內(nèi)建頻率補(bǔ)償電路，較高的壓擺率。最大工作電壓為±18 V。

音頻調(diào)制度顯示電路決定采用LM3914。其內(nèi)部線路如圖3所示。

圖2 TL082的內(nèi)部框圖

圖3 LM3914內(nèi)部框圖

如圖3所示，利用集成電路LM3914及少量元件即可制成一個通用的電平顯示器[1]，靠10個LED作為輸入端電平變化規(guī)律的即時顯示，非常直觀和方便。它內(nèi)部含有10個相同的電壓比較器，其輸出端可以分別直接驅(qū)動外接的10只發(fā)光二極管（LED1—LEDl0）作條狀顯示或點狀顯示。它們的反相輸入端并聯(lián)在一起，并通過一個緩沖器接到輸入端5腳。而10個同相輸入端分別接到由10個精密電阻串聯(lián)而成的多級分壓器上。而這個分壓器的兩端在內(nèi)部沒有與其他電路或公共端相連，而是直接由4腳/6腳引出，通常將之稱為懸浮式，這樣使得應(yīng)用電路的設(shè)計更加靈活和方便。此集成電路內(nèi)部還包含一個懸浮式1.25 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，直接由7腳/8腳引出。分壓器兩端4腳/6腳即可直接接1.25 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，也可外接設(shè)定的其他電壓值。點狀或條狀顯示的選擇方式為：9腳懸空為點狀顯示，9腳/3腳相接為條狀顯示。LM3914的電源電壓范圍很寬，可在3～18 V范圍內(nèi)選擇。模擬信號由5腳輸入，并經(jīng)內(nèi)部高輸入阻抗緩沖器后加至內(nèi)部10級電壓比較器的反相輸入端，每級電壓比較器的同相輸入端被一串分壓電阻偏置在不同的比較電平上，由于分壓電阻均為1 kΩ，故10級比較器的進(jìn)位電平呈線性變化。當(dāng)4腳接地，6腳相連內(nèi)部的1 250 mV的基準(zhǔn)電壓輸出端7腳，每級分壓器上的電壓均為1/10 U0，逐級比較電平分別為1/10 U0、2/10 U0、3/10 U0……10/10 U0。當(dāng)輸入模擬信號小于1/10 U0時，10級比較器均輸出高電平；當(dāng)輸入信號高于1/10 U0時，則第一比較器輸出低電平，超過2/10 U0時，第二比較器輸出低電平……當(dāng)信號超過U0時，第10級比較器輸出低電平。若在這10個輸出端接上發(fā)光二極管LED，即可線性地顯示輸入模擬信號的大小， 10個LED的亮度可由7腳/8腳兩腳的外接電阻R來調(diào)節(jié)。通過每一個LED的電流大致等于R中電流的10倍。1.25 V標(biāo)準(zhǔn)電壓源的最大輸出電流約為3 mA，故通過LED的最大電流為30 mA。例如當(dāng)由7腳/8腳的外接電阻R=1.25 kΩ時，流過R的電流為1 mA，則每個LED在其發(fā)光時的電流為10 mA。當(dāng)LED的發(fā)光效率較高時，電流可以小一些，以降低功耗。

3 電路設(shè)計圖

選定核心電路后，對具體線路開始論證、設(shè)計，最終確定線路圖，如圖4所示。

按設(shè)計要求將電路設(shè)計圖分為4部分。

3.1 3路采樣、檢波、濾波及幅度調(diào)整電路

3路采樣信號在正常工作時只有一路信號輸入，且通過VD01—VD06進(jìn)行檢波，同時又相互隔離3路輸入信號，輸入信號的幅度不應(yīng)超過30 VPP（可通過調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出取樣或調(diào)整R01/R02/R03阻值獲得）[2]，VR05對檢波后的信號幅度進(jìn)一步調(diào)整，使送入C02的信號幅度不超過10 V。

3.2 TL082放大電路

TL082為兩路信號放大器[3]，一路用于彩條儀，一路用于LED顯示線路，放大倍數(shù)通過VR01、VR02的調(diào)整獲得，輸出信號幅度通過調(diào)整VR03、VR04獲得。

3.3 LM3914音頻 LED顯示電路（如圖3所示）

輸入信號送入LM3914集成線路5腳，3腳/9腳并接+12 V電源，即LED指示燈為條狀顯示，7腳接地電阻可調(diào)整LED燈的亮度，1腳/18腳/17腳/16腳/15腳/14腳/13腳/12腳/11腳/10腳順序接10只LED顯示燈，隨輸入信號的變化順序發(fā)生變化。

3.4 電源電路

根據(jù)工作要求，電源并聯(lián)使用2套0.8A/±12V開關(guān)電源，用IN4007二極管隔離并聯(lián)工作，保證電源的工作穩(wěn)定（一套開關(guān)電源出現(xiàn)故障后，另一套還可持續(xù)工作）?？紤]到抗干擾問題，外接220 V電源使用電源濾波器。

圖4 調(diào)幅度顯示功能的檢波器原理

4 電路原理解析

如圖4所示，3路取樣信號，即發(fā)射機(jī)的調(diào)制輸出信號，送至R01/R02/R03，經(jīng)過R01/R02/R03的限流保護(hù)，通過VD01—VD03二極管對高頻取樣信號的負(fù)電平信號進(jìn)行濾除，正電平信號經(jīng)過VD04—VD06、C01進(jìn)行檢波，濾除高頻分量，解調(diào)出音頻信號，VD07二極管起保護(hù)作用，其正端的電壓可根據(jù)R01/R02/R03與C01、VR05的阻抗分壓關(guān)系算出，由VR05調(diào)整輸入電平后統(tǒng)一送至C02；C02將檢波出的音頻信號送至TL082進(jìn)行隔離放大處理，TL082/4腳接-12 V電源、TL082/8腳接+12 V電源，通過TL082的隔離及外圍電路調(diào)整放大倍數(shù)后由1腳/7腳輸出至C05/C09，實際發(fā)射機(jī)取樣電平信號足夠大時，即VD07正端檢波出的電壓大于8 V時，TL082放大倍數(shù)可設(shè)置為1∶1，（VR01+R04）/VR01=1∶1；（VR02+R05）/VR02=1∶1，即R04/R05短路工作，此時TL082只作為跟隨器起隔離緩沖使用：若實際發(fā)射機(jī)取樣電平信號小，即VD07正端檢波出的電壓小于8 V時，調(diào)整放大倍數(shù)，即VR01與R04的阻值；通過VR02與R05的阻值來獲得適當(dāng)?shù)姆糯罅?。C03、C04、C07、C08（220PF） 對高頻信號的干擾起抑制作用。C06、C10（220PF）進(jìn)一步對高頻信號濾除，對應(yīng)實際調(diào)幅度，通過調(diào)整VR03與VR04獲得與調(diào)幅度變化一致的電平提供給彩條儀及LM3914 LED顯示電路，VD08/VD09為12 V穩(wěn)壓二極管，起到穩(wěn)壓保護(hù)作用，避免大的干擾信號對彩條儀及LM3914LED顯示電路的損壞。輸出的電平信號由VR04調(diào)整后送至LM3914/5腳，10個LED的亮度可由電阻R06來調(diào)整，本電路選用510 Ω電阻，使LED顯示燈達(dá)到適當(dāng)?shù)牧炼取M3914/3腳與9腳并接+12 V電源，LM3914/1腳及LM3914/10腳—18腳接10只LED顯示燈，隨5腳電平信號的增大，LM3914/1腳至LM3914/10腳—18腳，依次變化為低電平，并依次點亮10只LED燈，達(dá)到10只LED燈隨調(diào)幅度的變化而實時變化。

5 調(diào)試

在兼顧性能及工藝要求的情況下，安裝完成后的效果圖如圖5所示。

圖5 安裝示意圖

調(diào)試步驟：①測量±12 V電源電壓正常；②向發(fā)射機(jī)送入1 kHz固定音頻信號，取樣調(diào)制信號分別接入R01/R02/R03，測量取樣調(diào)制電平幅度VPP約為10 V，調(diào)制度100%；③調(diào)整VR05電位器，使VD07正端檢波后電平VPP約為8 V左右；④調(diào)整VR01電位器，使TL082/1腳輸出電平VPP約為10 V左右；⑤調(diào)整VR02電位器，使TL082/7腳輸出電平VPP約為10 V左右；⑥此時發(fā)射機(jī)輸出調(diào)幅度為100%，配合彩條儀的電平設(shè)置，不可超過彩條儀的最大輸入電平，調(diào)整VR03電位器，使去彩條儀信號電平為3～10 V，即彩條儀調(diào)幅度顯示為100%；⑦此時發(fā)射機(jī)輸出調(diào)幅度為100%，對應(yīng)調(diào)整VR04電位器，使去調(diào)幅度LED顯示信號電平為3～10 V，即LED10只顯示燈正好全部點亮，與此時調(diào)幅度100%一致；⑧調(diào)整向發(fā)射機(jī)送入的1 kHz固定音頻信號，在調(diào)制度25%、50%、75%、100%時反復(fù)測試，校準(zhǔn)調(diào)整，即LED點亮燈的數(shù)量和彩條儀顯示的調(diào)幅度直至與實際調(diào)幅度一致[4]。

整機(jī)工作時的效果圖如圖6所示。

圖6 整機(jī)實時工作示意圖

完成調(diào)試后，接入信號柜監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過長時間工作考驗，新檢波器系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，音頻指示反應(yīng)準(zhǔn)確、實時、快速，達(dá)到了設(shè)計要求。

6 結(jié)語

在發(fā)射臺領(lǐng)導(dǎo)的支持和參與人員堅持不懈的努力下，新檢波器從設(shè)計到安裝調(diào)試均自主完成，現(xiàn)已投入使用，性能穩(wěn)定可靠實用，音頻指示反應(yīng)快速，能反映出實時的音頻變動情況，成果得到了上級領(lǐng)導(dǎo)的肯定，同時鍛煉了技術(shù)人員思考問題和解決實際問題的能力，收到了很好的效果。

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[2]美國哈里斯公司.Harris 3DX100 AM TRANSMITTER 100kW3DX中波廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)說明書[Z].2010:31-36.

[3]上海市廣播科學(xué)研究所.10kW中波全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅（DAM）發(fā)射機(jī)說明書[Z].1998:12-14.

[4]OPTIMOD-AM 9300 Ope rating Manual美國奧本音頻處理器技術(shù)說明書[Z].2007:15-17.