脈沖階梯調(diào)制發(fā)射機(jī).ppt

1、第五節(jié)脈沖步進(jìn)調(diào)制發(fā)射機(jī)是中國媒體大學(xué)信息工程學(xué)院，一、概述脈沖步進(jìn)調(diào)制(PSM )是80年代初研制的一種新的調(diào)制技術(shù)，PSM發(fā)射機(jī)在全球得到廣泛應(yīng)用。 PSM發(fā)射器具有較高的效率和可靠性。 所述發(fā)射機(jī)的調(diào)制系統(tǒng)采用PSM技術(shù)，高頻系統(tǒng)與乙類板調(diào)和PDM發(fā)射機(jī)相同。 脈沖步進(jìn)調(diào)制發(fā)射器的特征是使面板調(diào)制發(fā)射器的高壓直流饋電電源為零，以及通過許多直流電壓源的串聯(lián)疊加獲得電子管所要求的瞬時(shí)面板電壓。 例如，一個(gè)500KW PSM發(fā)射機(jī)具有32組875V的低壓整流器。 在載波狀態(tài)下，16組低壓整流器提供14KV的串聯(lián)電壓，在100%幅度調(diào)制峰值的時(shí)刻，32組低壓整流器提供28KV的串聯(lián)電壓，在100

2、%幅度調(diào)制谷的時(shí)刻，所有低壓整流器都提供0V的電壓，而不是串聯(lián)的。 在該載波狀態(tài)下，由一個(gè)發(fā)射機(jī)確定串聯(lián)疊加的電壓源的數(shù)量、由經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)控制固定直流電壓。 因此，人為調(diào)整該固定直流電壓使得能夠改變載波狀態(tài)串聯(lián)疊加的電壓源的數(shù)量。 在調(diào)制狀態(tài)下，音頻調(diào)制信號(hào)疊加在上述的固定直流信號(hào)上，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成為控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)于音頻，在不同的定時(shí)疊加不同數(shù)量的直流電壓源，分別被賦予不同的直流電壓。 因此，串聯(lián)疊加的電壓具有直流電壓分量、變化分量的包絡(luò)線是與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)則相同的步進(jìn)波。 階梯波經(jīng)過低通濾波后，提供與高頻調(diào)制電平所需的直流板壓對(duì)應(yīng)的調(diào)制電壓，最后進(jìn)行通常的板極振幅調(diào)制。 另外

3、，將步進(jìn)電壓波形與PSM發(fā)送器與高壓主整流電源或幅度調(diào)制器相組合，并且用于提供步進(jìn)電壓的設(shè)備被稱為PSM調(diào)制器，步進(jìn)電壓的直流分量將變換為高頻載波功率，而語音分量將變換為高頻邊帶功率。 因此，載波功率和邊帶功率都來自PSM調(diào)制器。 二、基本原理，PSM發(fā)射器構(gòu)成原理圖，PSM開關(guān)放大器由n個(gè)獨(dú)立的電壓源(例如，N=32 )組成，并在高頻的最后一級(jí)(經(jīng)調(diào)制級(jí))供應(yīng)載波電壓和調(diào)制電壓。 在載波狀態(tài)下，當(dāng)半數(shù)的電壓源N/2=16以串聯(lián)形式導(dǎo)通，存在輸出Ea=EaT=14KV的調(diào)制信號(hào)時(shí)，PSM開關(guān)放大器的輸出電壓的變化范圍為0-28 KV，PSM開關(guān)放大器的原理圖，PSM開關(guān)放大器的原理圖， 由32

4、個(gè)電子開關(guān)控制經(jīng)由整流和濾波獲得的32個(gè)獨(dú)立電壓源的接通和關(guān)斷，并且電子開關(guān)的接通和音頻信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換部和邏輯電路控制。 各電壓源的電位浮置，串聯(lián)疊加的多個(gè)PSM開關(guān)放大器處于高電位。 低電位控制信號(hào)通過光電轉(zhuǎn)換，以便將PSM導(dǎo)通的高電位和低電位控制電信號(hào)相互隔離。 各電壓源的電壓為US (也稱為級(jí)電壓或級(jí)電壓)，由于在t=T0時(shí)全部開關(guān)斷開，所以空轉(zhuǎn)二極管FD鏈的輸出端a對(duì)地的電壓相當(dāng)于100%振幅調(diào)制的谷點(diǎn))。 當(dāng)t=T1時(shí)，僅一級(jí)PSM開關(guān)導(dǎo)通(在這可以是n個(gè)PSM開關(guān)的任何一個(gè))，而在此級(jí)產(chǎn)生的電流通過PSM開關(guān)級(jí)的其它未導(dǎo)通的二極管FD而流向負(fù)載。 此外，在t=T2的情況下，如果進(jìn)

5、一步接通一級(jí)PSM開關(guān)(可以是除接通的PSM開關(guān)之外的N-1個(gè)PSM開關(guān))，則輸出端子電壓變?yōu)?US，并且輸出端子電壓每當(dāng)接通一級(jí)PSM開關(guān)時(shí)，輸出端子電壓上升一級(jí)。 所有n個(gè)PSM開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸出端的電壓為NUS，相當(dāng)于100%振幅調(diào)制的峰值點(diǎn)(等于載波狀態(tài)電壓的2倍)。 而且，調(diào)制度與PSM開關(guān)放大器的輸出電壓之間的關(guān)系在于，在要求接通等級(jí)時(shí)，PSM開關(guān)的接通和關(guān)斷原理為未接通且選擇關(guān)斷時(shí)間最長的等級(jí)，以便均衡每一PSM開關(guān)電平的負(fù)擔(dān)并且增加部件的壽命需要關(guān)閉1段時(shí)，選擇開啟且開啟時(shí)間最長的1段。 這個(gè)原則可以用邏輯電路來保證。 無論是載波狀態(tài)還是調(diào)制狀態(tài)，n級(jí)的PSM開關(guān)級(jí)都以開關(guān)頻率f

6、c循環(huán)地接通斷開。例如N=32，在載波狀態(tài)下使16個(gè)PSM開關(guān)電平導(dǎo)通，先使116號(hào)導(dǎo)通，則每隔1/fc的時(shí)間使2-17號(hào)、3-18號(hào)、16-31號(hào)，任一級(jí)的PSM開關(guān)從此次的導(dǎo)通到截止，下次的導(dǎo)通對(duì)于調(diào)制，以調(diào)制頻率為f的正弦信號(hào)、m=100%振幅調(diào)制的一個(gè)周期為例，在調(diào)制信號(hào)的正中間，在接通了第1-16號(hào)PSM開關(guān)的基礎(chǔ)上(在該時(shí)刻相當(dāng)于載波點(diǎn))，前后17、18、31再次接通，然后，1、2、3、 在任何調(diào)制幅度m的情況下，開關(guān)管理器的主要操作可在前后關(guān)斷第16個(gè)PSM開關(guān)(此時(shí)對(duì)應(yīng)于載波點(diǎn))且在調(diào)制信號(hào)的負(fù)半周前后關(guān)斷第17、18、31和32個(gè)PSM開關(guān)(此時(shí)對(duì)應(yīng)于100%幅度調(diào)制谷點(diǎn))

7、因?yàn)榭紤]粗細(xì)的幅度調(diào)制同時(shí)存在，所以開關(guān)管理器的主要操作頻率為f=fc /32 mF，其隨著幅度調(diào)制信號(hào)的頻率和幅度而變化。 另一方面，步進(jìn)電壓的補(bǔ)償、PSM開關(guān)級(jí)輸出的步進(jìn)電壓一般被稱為粗調(diào)電壓，與理想的調(diào)制電壓不同，包含大的非線性失真。 可以利用低通濾波器去除主要的階躍莫爾條紋，但是對(duì)于低音高振幅、中音低振幅和高音極低振幅，因?yàn)殡A躍莫爾條紋的主要頻率分量處于低通濾波器的通帶內(nèi)，所以無法去除，從而產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)失真。 并且，為了使經(jīng)由低通濾波器獲得的調(diào)制電壓接近理想，減小失真，階躍電壓根據(jù)PDM的原理進(jìn)行微調(diào)。 使用PDM原理對(duì)步進(jìn)電壓進(jìn)行微調(diào)，而PDM補(bǔ)償脈沖的寬度等于步進(jìn)電壓US，而補(bǔ)償脈

8、沖的寬度根據(jù)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而調(diào)制，即，PDM脈沖寬度與理想調(diào)制電壓和粗調(diào)制步進(jìn)電壓的電壓差成比例。 在注意中，這些補(bǔ)償脈沖仍然出現(xiàn)于上述32個(gè)開關(guān)電平。 通常，PDM補(bǔ)償脈沖的重復(fù)頻率(或開關(guān)頻率) fc為30-40KHz，其諧波可由所述PSM開關(guān)級(jí)輸出端子的低通濾波器濾波。 四、PSM開關(guān)級(jí)電路、PSM開關(guān)級(jí)電路原理圖、電源開關(guān)剛接通后，由變壓器二次電路內(nèi)的延遲繼電器控制的兩個(gè)開關(guān)S10處于斷開狀態(tài)，限流電阻R2與變壓器二次中的兩相電路串聯(lián)連接，啟動(dòng)電流不會(huì)過大哦經(jīng)過一定的延遲后，S10導(dǎo)通，電阻R2短路，成為正常的供電狀態(tài)。 三相全波整流器的輸出電壓通過由LC構(gòu)成的電源濾波器進(jìn)行濾波。

9、 當(dāng)發(fā)送機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，電容器c的積蓄通過電阻器r和另一關(guān)機(jī)時(shí)接通的開關(guān)S10來構(gòu)成接地端子和電路并且進(jìn)行放電。 另一級(jí)PSM開關(guān)級(jí)的整流電壓是否涉及總輸出電壓的疊加，其通過控制那一級(jí)的GTO (可斷開的晶閘管或可斷開的晶閘管)來實(shí)現(xiàn)。 用于控制GTO的導(dǎo)通/關(guān)斷的信號(hào)首先由場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET )放大。 在FET放大級(jí)原理圖中，當(dāng)輸入FET為高電平的“1”的控制信號(hào)時(shí)，F(xiàn)ET將15V的電壓輸出至GTO的柵極以導(dǎo)通GTO，因此開關(guān)級(jí)輸出級(jí)電壓US。 當(dāng)輸入FET為低電平的“0”的控制信號(hào)時(shí)，F(xiàn)ET將-15V的電壓輸出至GTO的柵極，使GTO截止，開關(guān)電平不輸出級(jí)電壓(或輸出電壓為0V )。 如果某一

10、級(jí)PSM開關(guān)的GTO接通，則該級(jí)的FD反向偏置而斷開。 如果發(fā)射機(jī)的PSM開關(guān)放大器共享n個(gè)級(jí)(載波狀態(tài)為N/2級(jí)接通)，否則破壞n個(gè)級(jí)，這將僅影響可實(shí)現(xiàn)正峰值的失真的調(diào)制度。 在這種情況下，沒有容許失真的調(diào)制度m可以用下面的公式校正： m，=(n-n)-n/。關(guān)閉GTO后，負(fù)載電流以D1對(duì)C1進(jìn)行充電，電容兩端的電壓不能急劇變化，因此duc/dt在安全范圍內(nèi)，保護(hù)GTO GTO開通后，C1的儲(chǔ)存被R1和GTO放電，儲(chǔ)存在R1上被消耗。 5、如果發(fā)射機(jī)的載波功率為PC，高頻調(diào)制級(jí)的板效率為a，板電路效率為k，調(diào)制幅度為m，則PSM調(diào)制器提供的功率PM為PM=PC(1 m2 /2 )/ak，n級(jí)PSM開關(guān)的輸出電壓完全平衡然而，實(shí)際上n類PSM開關(guān)的輸出電壓不能完全平衡(主要原因是變壓器的許多次級(jí)線圈的漏電感不相等)，在載波狀態(tài)下輸出電壓中包含開關(guān)頻率的分頻分量，有可能不能在低通濾波器的