鉴相器在短波广播发射机调谐控制中的运用分析

摘 要 本文简要介绍了鉴相器的工作原理，系统分析了鉴相器在短波广播发射机调谐控制中的运用，并结合个人的工作实际，对鉴相器在发射机运行中出现的常见故障及处理方法进行总结。

关键词 鉴相器 短波广播发射机 二极管 载波

中图分类号：TN83 文献标识码：A

Application of Phase Detector in Shortwave Broadcast

Transmitter Tuning Control

YANG Zhongjue

(761 State of the Administration Radio, Yong'an, Fujian 366000)

Abstract This article briefly describes the working principle of the phase detector, the systematic analysis of the phase detector in the short wave radio transmitter tuning control, combined with the individual's actual work, common faults and deal with the phase detector in the transmitter running and the summary of methods.

Key words phase detector; short wave radio transmitter; diode; carrier wave

0 引言

对于短波广播发射机的射频放大器，现在还大多使用真空电子管作为放大器件，为了提高放大器的放大效率，电子管多工作于丙类过压状态，并使用电感、电容作为谐振元件将射频信号分离出来，同时滤除载波以外的各次谐波分量，对于不同的载波频率，相对应的电感和电容的数值是不同的，为了达到自动调谐的目的，可在射频未极中使用鉴相器，拾取未极放大器的输入和输出射频信号，对两者的相位进行比较，用比较所得的误差信号去控制调谐元件的驱动电路，传动调谐元件，使电感、电容置于谐振频率点，起到发射机自动调谐的目的。

图1 鉴相器方框图 图2 二极管平衡鉴相器

1 鉴相器的工作原理

鉴相器是一个相位比较装置，又称为相位比较器，如图1所示，它的输出误差电压是与的瞬时相位之差的函数，表示鉴相器输出电压与两个比较信号相位之间的关系。

2 鉴相器的常见电路型式

2.1 二极管平衡鉴相器

图2为二极管平衡鉴相器，其输出电压表示为： =，为鉴相特性斜率或称鉴相灵敏度；的极性代表超前或滞后（同频时）；当 = 0， = 为与的起始频差；当≠0，≠，vd为与差拍电压，为交流电压，则意味环路失锁；当∞,=，为直流电压，则意味环路锁定。

2.2 二极管环型鉴相器

图3电路与平衡鉴相器比较优点有：鉴相灵敏度高一倍，实现输出平衡和阻抗匹配，平衡对称结构好，载漏小。

3 短波广播发射机的调谐原理

短波发射机调谐原理：当发射机电子管阳极回路正调谐时，电子管栅极的高频电压Ug与阳极高频电压Ua互为反相位，即相位相差180；而阳极电压Ua的相位是随着阳极回路谐振情况和阻抗的变化而变化的，其与栅级电压Ug相位相比，可能是大于180，也可能是小80，要想使其相位保持80，这就需要对阳极回路的被调谐元件的量值进行调整，这一调整的过程就是调谐。为了实现上述过程，在电路中使用了鉴相器作为调谐的自动控制器件

图3 二极管环型鉴相器 图4 细调谐简单工作原理

电路中利用磁场耦合的原理，通过电流互感器得到阳极电压Ua的取样，利用电阻分压的方法得到栅级电压Ug的取样，然后再将这两个信号进行相位比较和矢量叠加。

图4为鉴相器功能原理图。图中，Ua和Ub是两个需要进行相位鉴别的高频信号源，二极管V1、V2是检波二极管，且两个二极管的安装方向是相反的，C1、C2为滤波电容。

Ua、Ub两个信号源是两个具有方向的矢量信号，两个矢量叠加后的电压分别加到二极管V1和V2上，由于两个二极管是互为反向安装的，因此经过检波后，可得到极性互为相反的两个直流信号Uv1、Uv2，设二极管V1、V2的检波效率为 ，则检波后的直流输出电压E1、E2分别为：

E1= Uv1 = |Ua+Ub| E2 = Uv2 = |UbUa|

图中，二极管检波器输出电压E1、E2和电阻R1、R2组成直流电桥，当调谐完成时，且Ua、Ub相位相差90（由于使用了电感取样，电感中的电压超前电0，所以此时，栅级电压Ug与阳极电压Ua的相位相差仍为180，）时，则直流电桥处于平衡状态，此时E1/E2 = R1/R2，误差信号Us输出为零；如果没有调整完成，且相位不是90时，则电桥将会有误差信号Us输出，该误差信号可能是正极性的，也可能是负极性的。正、负极性的误差信号经放大后，作为被调谐元件传动机构的驱动信号，直至被调谐的元件传动到电路谐振位置时，误差信号Us变为零，调谐过程停止。

4 鉴相器在发射机中的运用分析

广播发射机中的鉴相器原理图如图5所示，电子管V1栅极电压Ug是由Rg、Cg、R3组成的阻容分压支路获得的，分压后在电阻R3上得到栅极电压Ug的取样信号U2，即：

U2= （R3Ug）/[Rgj1/（ C2）+R3]

图5 高前鉴相器工作原理

在短波工作频率3.2-26.1MHz范围内，1/（ C2）＜＜R3、Rg，因而1/（ C2）可忽略不计，则上式可简化为：U2=（R3Ug）/（Rg+ R3），上式表明：U2与Ug的相位相同。

电子管V1阳极电压Ua的取样信号是通过电流互感器L1从阳极回路的电流Ia耦合来的，则Ia在相位上与电子管V1阳极电压Ua相位相差90

图中，设电流互感器初级电流为Ia，电流互感器次级电流为IL，电阻R1=R2，则有：

IL = （j MIa）/[R1+R2+j L1] (M―电流互感器初次级间互感、L1―电流互感器次级电感量)。

在短波工作频率3.2-26.1MHz范围内， L1＞＞2R1，因而分母中2R1可忽略不计，则上式可简化为：

IL = （j MIa）/（j ） = MIa/L1

上式表明：电流IL与Ia是同相的，因此IL与Ua相位相差90

在电阻R1、R2得到的电压UR1、UR2分别为：

UR1 = R1IL=MIaR1/L1

UR2 = -R2IL= -MIaR1/L1

由上面分析可推理得出如下结论：在电阻R1、R2的电压UR1、UR2与Ua相位都是相差90；在电阻R3上的电压U2与Ug相位是相同的；在阳极回路正调谐时，电阻R1、R2上的电压UR1、UR2与电阻R3上的电压U2在相位上是相差90的（　角），Ua与Ug相位相差180（　角），如所示；如果不是正谐点，则它们之间的相位将发生变化，因此只要鉴别电压UR1、UR2与U2之间的相位变化，就可以很容易判别调谐是否完成。

图中表示了电压UR1、UR2、Ua、U2、Ug之间三种调谐关系和矢量合成的图形，由图中可知：当 ＜90时，|UD1|＞|UD2| ，Us＞0，回路呈感性失谐；当 = 90时，|UD1|=|UD2| ，Us=0 ，回路谐振；当 ＞90时，|UD1|＜|UD2| ，Us＜0，回路呈容性失谐。

图6 三种调谐相位矢量图

如果回路不是正谐点，经过矢量合成、二极管检波、直流电桥判别后，将产生误差信号Us，驱动调谐驱动装置，传动可变电感、电容，使误差电压减小直至为零，实现回路的正调谐。

实际的发射机电路中其误差信号的取样值设计在|Us|≤40mV时，认定回路到正调谐点。当Us＜-40mV时，回路呈现容性失谐，在槽路中，驱动电机带动电感向电感量增大的方向移动；驱动电机带动可变电容向外（电容增小）的方向移动。当Us＞40mV时，回路呈现感性失谐，在槽路中，驱动电机带动电感向电感量增小的方向移动；驱动电机带动可变电容向内（电容增大）的方向移动。

该鉴相器电路输出的直流误差信号Us与相位夹角 的变化如图7所示。

图7 误差信号Us与相位夹角 之间的关系

图7表明：电子管栅级电压Ug和阳极电压Ua之间的相位变化，可转化成一个直流误差信号Us，其幅度表示相位的大小，其极性表示相位差 是超前还是滞后。

5 运行维护经验小结

在实际工作中，利用发射机使用鉴相器进行调谐的工作原理，可排查解决发射机无法自动调谐、调谐不到位等故障。以下参照SW100B短波发射机为例进行故障分析。

实例一，故障现象：发射机开机发出调谐工作指令后,发射机无法自动调谐，高末级无栅流，高前电感线圈调谐驱动装置指示灯点亮，高末级调谐、调配误差指示表均没有指示信号，宽放电流升至3A，高前调谐驱动误差指示表头打满。经检查发现高前电感线圈已处在与水平夹角最小位置上限位，处于电感最大的位置，立即倒换为手动调谐，将高前电感线圈向与水平夹角增大的方向调整（减小电感），除高前调谐驱动误差指示表头外，整机各表值工作正常，判定为感性失谐。

分析判断：根据上述现象分析，发射机手动调谐正常，说明故障位于自动控制回路，又高前电感线圈无法向与水平夹角增大的方向转动，且误差信号处于数值最负的状态，则说明在电路中已经失去了正检波信号UD1，由此判断故障出在正检波电路（参见图5）。

故障处理：拆开高前鉴相器，测得滤波电容C2已经击穿，由于C2通地，使得D1检波出来的信号，直接接地，只有D2一条支路输出，因此使得误差信号为负值，更换滤波电容C2后，高前的自动调谐功能正常。

实例二，故障现象：发射机开机发出调谐工作指令后，发射机可以调谐，但是无法调整到位，功率不足，音周无法释放，高末调谐驱动装置误差指示表头满打，高末电容一直向下限位传动，高末阳极过流，发射机故障保护掉高压。重加高压后，倒用手动调谐，调大高末电容量至正谐点后，此时除高末调谐驱动装置误差指示表仍满打外整机各表值正常，判定为容性失谐。

分析判断：根据上述现象分析，发射机手动调谐正常，说明故障位于自动控制回路，又高末电容一直向下限位转动不止，且误差信号表头满偏，则说明在电路中已经失去了负检波信号，由此判断故障出在负检波电路。

故障处理：拆开鉴相器，测得负检波二极管已开路，造成该支路无信号输出，更换检波二极管后，故障排除。

6 结束语

在实际工作中，鉴相器损坏的故障是时有发生的，但只要掌握鉴相器在调谐控制中的工作原理，就可迅速排查类似的故障，希望通过本文的分析能给读者在判断、处理此类故障提供一点参考。

参考文献

[1] 王春生著.广播发送技术（第一册）.合肥工业大学出版社.

[2] 魏瑞发,陈锡安著.脉宽调制设备.广电部无线电台管理局.

[3] 梁明理著.电子线路（第四版）.高等教育出版社.

[4] 发射技术.广播电视技术手册（第六分册）.国防工业出版社.