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          射頻功率放大器實(shí)時(shí)檢測的實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2004-12-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          作者Email: lz01j@163.com

          廣播電視發(fā)射機(jī)是一個(gè)綜合的電子系統(tǒng),它不僅包括無線發(fā)射視音頻通道,而且還包括通道的和自動(dòng)控制電路,因此在設(shè)計(jì)時(shí),它除了必須保證無線通道的技術(shù)指標(biāo)處于正常范圍外,還必須設(shè)計(jì)先進(jìn)的取樣和保護(hù)報(bào)警等電路,以確保發(fā)射機(jī)工作正常,從而發(fā)射機(jī)在線自動(dòng)監(jiān)測和控制。近年來,隨著大功率全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)多路功率合成技術(shù)的發(fā)展,越來越多的廠家采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因此單個(gè)模塊是整個(gè)發(fā)射機(jī)的基本測單元,本文就著重討論單個(gè)模塊的和控制電路,從而發(fā)射機(jī)在線狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測。

          一、工作原理

          在功放模塊中,主要檢測和控制參數(shù)為電源電壓,各放大管的工作電流,輸出功率,反射功率,過溫度和過激勵(lì)保護(hù)等,圖1為上述檢測控制功能的方框圖,它由取樣放大電路,V/F變換,隔離電路,F(xiàn)/V變換,A/D轉(zhuǎn)換,AT89C51,顯示電路和輸出保護(hù)電路等組成。



          1、隔離電路

          在功放模塊中,由于大功率器件的應(yīng)用,往往單個(gè)模塊的輸出功率都比較大,因而對(duì)小信號(hào)存在較大的高頻干擾,如處理不好,就會(huì)影響后級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路工作,從而導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,顯示數(shù)據(jù)跳動(dòng)的現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)誤動(dòng)作。這里采用光電耦合器進(jìn)行隔離,由于光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)、無觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn),從而將模擬電路和數(shù)字電路完全隔離,保障系統(tǒng)在高電壓、大功率輻射環(huán)境下安全可靠地工作。

          2、LM331頻率電壓轉(zhuǎn)換器

          V/F變換和F/V變換采用集成塊LM331,LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片,可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。LM331采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路,在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬,可達(dá)100dB;線性度好,最大非線性失真小于0.01%,工作頻率低到0.1Hz時(shí)尚有較好的線性;變換精度高,數(shù)字分辨率可達(dá)12位;外接電路簡單,只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度?! ?/P>


          圖2是由LM331組成的電壓頻率變換電路,LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時(shí)比較器、R-S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路和電流開關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式,因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻,靈活改變輸出脈沖的邏輯電平,以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。
          當(dāng)輸入端Vi+輸入一正電壓時(shí),輸入比較器輸出高電平,使R-S觸發(fā)器置位,輸出高電平,輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通,輸出端f0為邏輯低電平,同時(shí)電源Vcc也通過電阻R2對(duì)電容C2充電。當(dāng)電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時(shí),定時(shí)比較器輸出一高電平,使R-S觸發(fā)器復(fù)位,輸出低電平,輸出驅(qū)動(dòng)管截止,輸出端f0為邏輯高電平,同時(shí),復(fù)零晶體管導(dǎo)通,電容C2通過復(fù)零晶體管迅速放電;電子開關(guān)使電容C3對(duì)電阻R3放電。當(dāng)電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時(shí),輸入比較器再次輸出高電平,使R-S觸發(fā)器置位,如此反復(fù)循環(huán),構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比,從而實(shí)現(xiàn)了電壓-頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關(guān)系為:fo=(VinR4)/(2.09R3R2C2) 由式知電阻R2、R3、R4、和C2直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果f0,因此對(duì)元件的精度要有一定的要求,可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波器,可減少輸入電壓中的干擾脈沖,有利于提高轉(zhuǎn)換精度。

          同樣,由LM331也可構(gòu)成頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路。

          3、數(shù)據(jù)處理電路

          數(shù)據(jù)處理電路包括A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC0809、 AT89C51單片機(jī)和顯示電路等組成。ADC0809是采用CMOS工藝制成的八位八通道單片A/D逐次逼近型轉(zhuǎn)換器,逐次逼近型轉(zhuǎn)換器包括1個(gè)比較器,1個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換控制器,1個(gè)逐次逼近寄存器(SAR)和1個(gè)邏輯控制單元,轉(zhuǎn)換中的逐次逼近是按對(duì)分原理由控制邏輯單元完成的,它原理簡單,便于實(shí)現(xiàn),不存在延遲問題。AT89C51是一個(gè)高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)帶有4k字節(jié)的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器,其指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容,因而可方便地應(yīng)用各種控制領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)中,P0口作為數(shù)據(jù)口,P1口作為開關(guān)量輸入輸出控制,P2作為顯示模塊和ADC0809的地址控制線,INT0端為鍵盤中斷輸入端,由此組成一個(gè)簡單的單片機(jī)測量系統(tǒng)。

          經(jīng)過LM331 F/V變換后的電壓信號(hào),送入ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,AT89C51單片機(jī)讀取數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),通過內(nèi)部軟件的計(jì)算后,把結(jié)果送到顯示屏顯示,顯示內(nèi)容主要為各功放管的電流,電源電壓,輸出功率和反射功率等。輸入的開關(guān)量檢測信號(hào)經(jīng)光電隔離后直接送入AT89C51的P1口。顯示電路采用162字符點(diǎn)陣液晶顯示模塊,該顯示模塊具有內(nèi)置192種字符(57點(diǎn)字型),指示功能強(qiáng),可組成各種輸入,顯示和移位方式等功能,且與MCS-51系列單片機(jī)接口簡單,軟件編程簡單等特點(diǎn)。

          二、軟件設(shè)計(jì)

          軟件基本結(jié)構(gòu)框圖3。主程序主要是循環(huán)采集模擬量和開關(guān)量信號(hào),并根據(jù)信號(hào)類型進(jìn)行計(jì)算,所得值送到液晶屏顯示,同時(shí)根據(jù)控制要求,輸出控制信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)功放模塊的控制、報(bào)警和保護(hù)功能。

          鍵盤中斷子程序主要用于查看顯示內(nèi)容,設(shè)置一些如報(bào)警參數(shù)和RS232通信波特率等。RS232通信目的是把單個(gè)功放模塊的數(shù)據(jù)傳送給整機(jī)的控制單元,由整機(jī)總控制模塊進(jìn)行處理和顯示,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和服務(wù)器連接。

          三、結(jié)論

          本文介紹的功放模塊檢測控制單元,由于存在于高功率和強(qiáng)磁場輻射的應(yīng)用場合,因此關(guān)鍵在于解決信號(hào)在采集和傳輸過程的高頻干擾和輸入輸出電路的隔離措施,同時(shí)對(duì)軟件的數(shù)字波也要求較高。



          評(píng)論


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