中波发射机与收音机课件

中波广播发射机工作原理及调制形式授课人于开山近年来，我国中波广播发射机技术发展很快，从电子管到固态机，为广播的安全播出打下坚实的基础。实践证明，中波广播发射机的运行过程中会受到设备自身和外界条件的干扰而发生多种故障，影响中波广播发射机的正常工作，对此，对使用过程中的维护技术显得尤为重要，通过对设备的功能和运行阶段进行分析，及时发现其中的问题并采取有效的措施解决这些问题，是保证设备正常传播信号的前提，这就要求相关的维修技术人员掌握中波广播发射机工作的原理，熟悉设备的运行系统，积累丰富的维护经验。调制的概念调制和解调是通信系统的重要组成部分，没有调制和解调，就无法实现信号的远距离通信。所谓调制，就是将我们要传输的低频信号“装载”在高频振荡信号上，使之能更有效地进行远距离传输。所要传输的低频信号是指原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号。具体地说，调制就是用调制信号控制载波的某个参数，并使其与调制信号的变化规律成线性关系。因此，对模拟信号具有三种调制方式：调幅、调频和调相。为了提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去。由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸与辐射的信号波长相比拟时，才能进行有效的辐射。而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制到高频信号上，以便于天线辐射。一、中波广播发射机的工作原理1、中波调幅的基本原理调幅基本原理为：一是需要调制的调制信号或叫基带信号，也就是我们要传送的有用信号，如声音、图形或编码信号，简称低周系统。二是需要传送这些调制信号的载波（高频、射频）信号，简称高周系统。低周信号从外界输入，高周信号由发射机振荡电路产生，分别经过各自的放大电路进行逐级放大，最后通过调制器对高频功率放大器进行幅度调制，由传输网络及馈线至天调网络上天线，完成发射工作。中波广播发射天线实际是一个能量转换器，是把已调制的高频功率信号转化为电磁波信号来实现向外辐射的过程。大多数情况，中波广播发射机都选用垂直振子单桅杆形式或三角形轻型拉线铁塔或自立塔和地网作为系统的发射天线。2、中波广播发射机的技术维护管理（1）设备维护管理中波广播发射机发射机的正常工作需要多种电子构件进行组合，由于设备对发射信号的质量要求较高，因此，在每个电子元件的精度方面都具有较高的要求。不同的元件具有不同的特点和作用，元件之间不可相互替代。这些元件在工作一段时间之后，会受到使用年限或者外部条件的干扰，加之管理不到位，而发生一定的耗损或者是破坏，造成设备运行中的各种故障，影响发射信号的质量和稳定性。因此，播出设备的管理需要从维护和检修等多个个方面来进行。（2）人员的管理与培训中波广播发射机工作的效率是根据发射信号的稳定性和清晰性来判断的，受到设备的运行和系统稳定性的影响。设备运行中涉及到的因素众多，人员管理是众多影响因素中的可控因素，包含相关人员的维护水平和设备的操作规范、设备运行的环境、设备监管的具体情况以及维护管理人员的管理能力等等。若设备的操作人员的技术水平较低，无法满足广播的需求，无法在日常的工作中对设备进行定期的维护与检修，那么设备的运行的质量将会受到严重的影响。二、中波广播发射机的系统组成要想发挥中波广播发射机维护工作的作用，相关的维护管理人员必须对中波广播发射机运行系统进行详细的了解，在掌握设备基础特性的前提下，对设备的各个系统和各个元件进行维护。一般情况下，中波广播发射机的组成系统主要包括音频、监控、射频、电源和冷却系统。1、音频系统音频调制系统是中波广播发射中的关键系统，该系统的作用对于设备整体的稳定运行具有重要意义，该系统根据不同的调制形式电路而各不相同。但其主要主要是将音频信号放大到所需要的调制功率电票。对于数字调幅（DAM）则是由三部分组成，即音频处理器、模数转换器和调制编码器，不同的部分所起到的作用不同，针对以上三种不同的组成部分，需要通过不同的分析方式来寻找其中的特点，并进行特殊处理。在设备进行运行的过程中，音频处理是将模拟的音频信号进行不平衡及增益调整；模数转换器的作用在于将模拟音频信号进过一定的处理，转化成计算机能够读取的数字信号，并使用二进制的编码来进行表示，为了提高信息的质量，这些信号之间的离散程度一般都比较高；调制编码器是将数字信号进行转化，变成TTL信号，开始输出功能，通过控制射频功率放大器的开关数目实现幅度调制。2、监控系统对于中波广播发射机的运行来说，监控系统同样起着重要的作用，将监控系统的检查和维护作为维护管理工作的重点能够有效保证设备的稳定运行。中波广播发射机的监控系统主要由两部分组成，分别为故障报警、保护和自动监控工作状态。监控系统同时通过外接口板，为外部监控平台提供了一系列的数据和控制，在此平台上，监控系统能够对整个发射系统的运行和管理进行监控，所有设备的运行都在该系统的监督之中，能够从多个方面为中波广播的发射机运行提供保障。监控系统同样需要维护和管理，才能够稳定运行。要想更充分发挥监控系统的作用，必须对该系统中的基础设施进行完善，构建合理的监控体系，分层进行监控工作，提高监控系统的预警能力。监控系统经过长期的发展，形成了一套先进的远程监控和管理系统，该系统在监控的效率和可靠性等方面都具有很大的优势，能够同时监管多个系统，集中进行监控作业，对周边的音频信号进行远程监控，因此，管理维护工作需要加强对监控系统的重视程度，提高该系统的应用效率，促使其发挥出应有的作用。3、射频系统此系统的主要组成部分包括激励信号源（振荡器）、缓冲放大、预推动放大、功率放大器等，该系统的实际意义很明显，对设备的稳定运行具有重要的作用。一般情况下，系统载频的形成需要通过激励信号源来实现；载频信号的放大需要通过驱动前级来逐级实现；射频功率需要通过功率放大器来实现，多个功率放大板还需要功率的分配与合成，只有多个部分之间密切配合，才能够为系统的运行创造良好的条件。射频功率输出通过带通滤波器和调配网络共同组成了发射机内部网络，二者的特点和功能各不相同，带通滤波器完成三次谐波的滤除；调配网络完成与输出的匹配，在二者的共同作用下，内部的网络才能够保证发射机正常运行。4、电源和冷却系统该系统主要包多个部分，为低压和高压整流电源、滤波器以及其他辅助设施。低压整流电源的主要作用是为发射机的前级的多个系统和部件提供电源；而高压整流电源的具体作用是为功率较大器（功放）提供电源。此系统的维护过程中，需要注意的是，冷却发射机时使用的是强迫风冷方式，能够有效维持设备的稳定运行。三、中波广播发射机调制方式的分类与特点目前，国内的全固态中波广播发射机的调制方式主要分为模拟调制和数字调制两大类。1、模拟调制（1）阳极调幅（AM）：音频放大采用线性放大方式，常用于电子管发射机阳极调幅发射机的调幅器的各级功率放大器采用的是乙类推挽放大电路，放大的信号是模拟音频信号。射频功率放大器受调幅器的大功率的音频的调制。因此，对电路的对称性，放大器的线性，元器件的一致性要求高；需要配备大功率的灯丝变压器，调幅变压器和阻流圈。整机效率低，10kw发射机最高也只有40%，日常的运营费用高；为了维护技术指标，经常需要更换电子管，调整工作状态。（2）脉宽调制（PDM）：音频放大采用脉宽调制方式，在电子管和全固态发射机中都有应用。脉宽调制器将音频小信号转换成调宽脉冲信号，并进行丁类放大，最后通过椭圆函数的低通滤波器还原成大功率的音频电压信号，去调制末级射频放大器。所以，调制射频功率放大器输出的仍然是线性的音频功率电压。从严格意义上讲，脉宽调制仍然属于板调机模拟调制的范畴，依然存在使用有源器件可能产生的线性和非线性失真。（3）数字调制数字幅度调制（DAM），完全取消了调制级，它将音频模拟信号经过模数转换，调制编码后产生数字音频信号。用这数字信号去控制开启或关闭一系列射频功放模块，以功率合成的方式，在末级的合成变压器中实现高电平数模转换，并通过带通滤波器的滤波产生调幅已调波。从严格意义上讲，只要有足够的功率放大器，就能克服前面两种调制方式发射机的缺陷.若说失真，只能是模数转换芯片的转换精度或电源容量不足造成线性失真。由于取消了调幅器，射频功放各级都工作在丁类开关状态，MOS场效应管损耗小，整机效率比以往任何一种调制方式的中波发射机都高。数字调幅发射机在控制和保护系统以及末级输出网络的独特设计，又使它的稳定性，可靠性以及电声指标都优于其它中波广播发射机。广播发射机接收终端设备（收音机）的工作原理收音机是无线电广播最简单的接收设备。简单地说：收音机的工作原理是由接收天线接收广播发射机发射的高频电磁波已调制的微弱信号，经过放大、变频和检波，还原为音频信号，音频放大之后，通过扬声器播放出来。根据不同的需要，收音机可采用不同的元器件和线路方式来组合。早期的收音机都采用电子管，现在已普遍使用晶体管和集成电路。线路简单的直放式或来复再生式收音机只用一个或两个晶体三极管，而线路复杂的超外差式调幅调频收音机常要用到多个晶体管或集成电路。超外差收音机接收原理：上图示出了超外差式收音机的方框图。可以看出，调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号，经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号没有改变。通常将这个过程（混濒和本振的作用）叫做变频。变频很象货物转运，货物从遥远的地方由火车运到终点车站，然后由汽车接力转运到目的地。货物内容没有变，但运输工具由火车改为汽车，更便利了。还可以再作简单归纳：变频仅仅是载波频率变低了，并且无论输入信号频率如何变化最终都变为465KHz，（备注：这个频率各国不同，或455KHz）。因为混频振荡信号与外输入的调谐信号是同步调整，且始终相差465KHz,这个差频率叫中频，故此类收音机叫超外差收音机，在处理过程中而音频信号（包络线的形状)不会发生没变。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。超外