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射频功率放大器实时检测的实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 广播电视发射机是一个综合的电子系统,它不仅包括无线发射视音频通道,而且还包括通道的检测和自动控制电路,因此在设计时,它除了必须保证无线通道的技术指标处于正常范围外,还必须设计先进的取样检测和保护报警等电路,以确保发射机工作正常,从而实现发射机在线自动监测和控制。近年来,随着大功率全固态电视发射机多路功率合成技术的发展,越来越多的厂家采用模块化结构设计,因此单个功率放大器模块是整个发射机的基本测单元,本文就着重讨论单个模块的检测和控制电路,从而实现发射机在线状态自动监测。

    一、 工作原理

    在功放模块中,主要检测和控制参数为电源电压,各放大管的工作电流,输出功率,反射功率,过温度和过激励保护等,图1为实现上述检测控制功能的方框图,它由取样放大电路,V/F变换,隔离电路,F/V变换,A/D转换,AT89C51,显示电路和输出保护电路等组成。

射频功率放大器实时检测的实现


    1、 隔离电路

    在功放模块中,由于大功率器件的应用,往往单个模块的输出功率都比较大,因而对小信号存在较大的高频干扰,如处理不好,就会影响后级模数转换电路工作,从而导致检测数据不准确,显示数据跳动的现象,甚至出现误动作。这里采用光电耦合器进行隔离,由于光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点,从而将模拟电路和数字电路完全隔离,保障系统在高电压、大功率辐射环境下安全可靠地工作。

    2、LM331频率电压转换器

    V/F变换和F/V变换采用集成块LM331,LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽,可达100dB;线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。  

射频功率放大器实时检测的实现
    图2是由LM331组成的电压频率变换电路,LM331内部由输入比较器、定时比较器、R-S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式,因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻,灵活改变输出脉冲的逻辑电平,以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。
当输入端Vi+输入一正电压时,输入比较器输出高电平,使R-S触发器置位,输出高电平,输出驱动管导通,输出端f0为逻辑低电平,同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时,定时比较器输出一高电平,使R-S触发器复位,输出低电平,输出驱动管截止,输出端f0为逻辑高电平,同时,复零晶体管导通,电容C2通过复零晶体管迅速放电;电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于输入电压Vi时,输入比较器再次输出高电平,使R-S触发器置位,如此反复循环,构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比,从而实现了电压-频率变换。其输入电压和输出频率的关系为:fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2)  由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0,因此对元件的精度要有一定的要求,可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器,可减少输入电压中的干扰脉冲,有利于提高转换精度。

    同样,由LM331也可构成频率-电压转换电路。

    3、数据处理电路

    数据处理电路包括A/D数模转换ADC0809、 AT89C51单片机和显示电路等组成。ADC0809是采用CMOS工艺制成的八位八通道单片A/D逐次逼近型转换器,逐次逼近型转换器包括1个比较器,1个数模转换控制器,1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元,转换中的逐次逼近是按对分原理由控制逻辑单元完成的,它原理简单,便于实现,不存在延迟问题。AT89C51是一个高性能的8位单片机,片内带有4k字节的FLASH可编程可擦除只读存储器,其指令系统与MCS-51完全兼容,因而可方便地应用各种控制领域。在设计中,P0口作为数据口,P1口作为开关量输入输出控制,P2作为显示模块和ADC0809的地址控制线,INT0端为键盘中断输入端,由此组成一个简单的单片机测量系统。

    经过LM331 F/V变换后的电压信号,送入ADC0809进行数模转换,AT89C51单片机实时读取数模转换后的数据,通过内部软件的计算后,把结果送到显示屏显示,显示内容主要为各功放管的电流,电源电压,输出功率和反射功率等。

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