紋波對(duì)短波發(fā)射機(jī)PSM調(diào)制器的影響分析

任 凱

（國(guó)家新聞出版廣電總局722臺(tái)，寶雞 721001）

Technology Study

紋波對(duì)短波發(fā)射機(jī)PSM調(diào)制器的影響分析

任 凱

（國(guó)家新聞出版廣電總局722臺(tái)，寶雞 721001）

直流穩(wěn)壓電源由于電壓波動(dòng)而存在紋波，短波PSM發(fā)射機(jī)由PSM調(diào)制器控制產(chǎn)生階梯狀直流加音頻信號(hào)，而該信號(hào)中存在階梯紋波會(huì)影響發(fā)射機(jī)的失真指標(biāo)，本文主要介紹PSM調(diào)制器紋波產(chǎn)生及消除紋波降低發(fā)射機(jī)失真的辦法。

階梯紋波；PSM調(diào)制器；整流器；失真

1 引言

紋波是由于直流穩(wěn)壓電源的電壓波動(dòng)而造成的一種現(xiàn)象，因?yàn)橹绷鞣€(wěn)壓電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱(chēng)之為紋波。紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成份。直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不徹底，就會(huì)有剩余的交流成份。紋波的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類(lèi)似正弦波的諧波，而對(duì)于音頻范圍內(nèi)的類(lèi)似正弦波的紋波信號(hào)，雖然其幅度不是太高，但其能量卻使喇叭或聽(tīng)筒發(fā)生嗡嗡的雜音。

PSM（脈沖階梯）調(diào)制器就是把主整和調(diào)幅器合二為一并把主整電壓化整為零，即其主整有48套低壓整流器串聯(lián)組成。每套整流器一版為三相全波整流電路，其輸出電壓分別受電子開(kāi)關(guān)IGBT（絕緣門(mén)雙極晶體管）控制。

2 PSM調(diào)制器的紋波

脈沖階梯調(diào)制是數(shù)字化調(diào)制方式，無(wú)論定時(shí)取樣還是定幅取樣，都受有限取樣點(diǎn)的制約，所以取樣后形成的階梯信號(hào)相對(duì)原有信號(hào)波形有一定的誤差。其特點(diǎn)是：階梯電壓往往滯后于原來(lái)電壓的變化，故誤差電壓一般近似于三角波。對(duì)包含正、負(fù)半周的音頻調(diào)制信號(hào)來(lái)說(shuō)，在原來(lái)信號(hào)電壓為正半周時(shí)，階梯電壓的滯后性使誤差信號(hào)導(dǎo)致電壓虧值，其波形為內(nèi)接三角型。而當(dāng)原有信號(hào)電壓為負(fù)半周時(shí)，階梯電壓的滯后性使誤差信號(hào)導(dǎo)致負(fù)向電壓增量，盡管負(fù)向增量就是虧值，但從波形看，其誤差信號(hào)變成外接三角形。圖1是音頻調(diào)制信號(hào)uΩ相應(yīng)階梯信號(hào)u和誤差信號(hào)u′的波形以及它們的相互關(guān)系。其中的u′=uΩ-u是誤差信號(hào)，即階梯紋波。為簡(jiǎn)化敘述和便于理解起見(jiàn)，圖中假設(shè)被調(diào)級(jí)的直流屏壓E由3級(jí)PSM開(kāi)關(guān)疊加而成，因此用角頻率為Ω的音頻信號(hào)進(jìn)行滿(mǎn)調(diào)幅時(shí)，在音頻信號(hào)的正、負(fù)峰兩端分別加、減3級(jí)PSM開(kāi)關(guān)。實(shí)際情況要復(fù)雜一些，盡管如此，由圖1可看出階梯紋波的一般規(guī)律，現(xiàn)將其要點(diǎn)歸納于下：

圖1 階梯紋波圖解

（1）u′是階梯形音頻信號(hào)相對(duì)于原音的誤差，也就是前者和后者相比的虧值。u′的平均值當(dāng)然就是這種虧值的平均數(shù)，它是導(dǎo)致動(dòng)態(tài)載波下浮的瞬時(shí)直流分量。

（2）階梯紋波的第二部分是u′的交流分量，它是調(diào)制音頻的高次諧波，即階梯形音頻信號(hào)對(duì)于原音無(wú)失真放大信號(hào)的非線性失真。由階梯紋波的圖形可見(jiàn)，它基本上是三角波，若以u(píng)′的平均值為基線去觀察，在調(diào)制音頻一周內(nèi)共有三角波12周，這12周恰好同12階梯相對(duì)應(yīng)，所以階梯紋波的主頻是：調(diào)制音頻一周的階梯數(shù)相對(duì)于調(diào)制音頻的倍頻。

（3）在一般情況下，可以按照第2條所述要點(diǎn)估算階梯紋波的主頻，調(diào)制音頻每周所含階梯數(shù)愈多愈準(zhǔn)確，僅當(dāng)調(diào)制音頻每周所含階梯數(shù)極少時(shí)誤差較大。

3 消除紋波來(lái)抑制發(fā)射機(jī)失真

當(dāng)電子開(kāi)關(guān)閉合數(shù)目按照音頻信號(hào)規(guī)律變化時(shí)，整流器輸出電壓經(jīng)過(guò)相加合成后就是按照音頻信號(hào)規(guī)律變化的，這個(gè)合成電壓就是經(jīng)過(guò)放大以后的音頻信號(hào)。由于每套整流器輸出的電壓大小完全相同，所以整流器輸出電壓經(jīng)過(guò)相加合成后是階梯狀變化的，每個(gè)階梯的電壓等于一套整流器的輸出電壓，所以稱(chēng)為脈沖階梯調(diào)制式音頻放大器。比如一個(gè)正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后就會(huì)變成如圖1所示的形狀。由于階梯狀音頻信號(hào)包含有較大的非線性失真，所以這個(gè)信號(hào)還需要經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將其階梯紋波濾除掉，從而使其非線性失真大大減小。

但是，僅靠低通濾波器將主要的階梯紋波濾掉是不能滿(mǎn)足失真度要求的，其主要原因是低音頻高調(diào)幅、中音頻低調(diào)幅以及一部分高音頻極低調(diào)幅時(shí)的階梯紋波主頻處于濾波器通頻帶之內(nèi)而難以濾除，產(chǎn)生了不能消除的失真。要消除這些失真，就必須采取一定的補(bǔ)償措施，設(shè)法提高開(kāi)關(guān)頻率，將各種情況下的階梯紋波主頻推到音頻范圍之外。

為了達(dá)到上述目的，一般采用PDM（脈寬階梯）的方式對(duì)這種失真進(jìn)行補(bǔ)償。即在每個(gè)階梯上疊加一系列矩形電脈沖，此脈沖的幅度等于一個(gè)階梯的電壓，脈沖的寬度正比于此處誤差電壓的大小。誤差電壓越大，脈沖寬度越寬，誤差電壓越小，脈沖寬度越窄，使調(diào)寬脈沖的平均值等于每級(jí)階梯的誤差，以更逼近原始音頻信號(hào)的變化規(guī)律。

[1] 魏瑞發(fā)，陳錫安編著．脈階調(diào)制設(shè)備，1999

[2] 趙偉．脈階調(diào)制新方法設(shè)計(jì)與仿真．燕山大學(xué)報(bào)，2006

Analysis of Ripple Effect on PSM Modulator of Short Wave Transmitter

Ren Kai
(the State Press and Publication Administration of Radio Film and television 722 radio station,Baoji,721001)

DC regulated power supply due to voltage fluctuations exist ripple.PSM short wave transmitters by PSM modulator control ladder DC and audio signal,and the signal exist ladder ripple effect of the transmitter distortion index.This paper mainly introduces the PSM modulator ripple generation and elimination of ripple method to reduce the distortion of the transmitter.

step ripple;PSM modulator;rectifier;distortion

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.010

TN92 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2016）05-0034-02