浅谈丁类放大器在中短波广播发射机中的应用|短波发射机

　　中图分类号：TN791 文献标识码：A　　摘要 传统的中短波广播发射机采用工作于甲类或甲乙类状态的模拟放大器放大音频信号，造成中短波广播发射机的整机效率比较低，而采用数字放大技术的丁类放大器，则可以克服传统中短波广播发射机存在的问题，使发射机的整机效率大大提高。
　　关键词 中短波广播发射机 丁类放大器 效率
　　为增大中短波广播发射机的覆盖范围，就要求其输出功率足够大。因此提高中短波广播发射机的整机效率，是减少其日常维护费用，节能环保的主要途径之一。
　　在中短波广播发射机中，放大载波信号的高频功率放大器，一般都工作于丙类状态。而用于放大模拟音频信号的音频功率放大器，则为了减小音频信号的失真，提高播音质量，要求放大器的线性要好，因此都必须工作于甲类或甲乙类状态。工作于甲类或甲乙类工作状态的放大器失真虽然比较小，但其效率非常低，是造成中短波广播发射机整机效率低的主要原因之一。因此，如何在保证音频信号质量的前提下，高效率的放大音频信号，成了中短波广播发射机要解决的一个重要问题。
　　丁类功率放大器，又称为开关型功率放大器或数字功率放大器。它主要利用晶体管快速切换的开关特性和低的饱和压降的特点进行工作，因此具有很高的效率，可达80%以上。另外，丁类功率放大器不需要严格的对称，也不需要复杂的直流偏置和负反馈，使其稳定性大大提高。所以，近年来丁类放大器在中短波广播发射机中得到广泛应用，从而使中短波广播发射机的体积不断减小，效率不断提高，整机效率从原来的50%左右，提高到现在的70%以上，极大的提高了中短波广播发射机的整机效率。在中短波广播发射机中使用的丁类放大器主要有以下两种。
　　一、脉冲宽度调制式音频放大器
　　脉冲宽度调制（Pulse Duration Modulation）简称PDM。为了克服模拟放大器必须在低效率工作状态下才能获得失真比较小的音频信号的缺点，脉冲宽度调制式音频放大器不直接放大模拟音频信号，而是首先用调宽脉冲发生器将音频信号变成调宽脉冲，即用音频信号对矩形脉冲的宽度进行调制，使脉冲的宽度按音频信号规律变化。即音频信号越大，脉冲的宽度越宽，音频信号越小，脉冲宽度越窄。然后放大调宽脉冲，由于调宽脉冲是一个等幅波，因此放大器可以工作于丁类放大状态。调宽脉冲经过放大后，包含在调宽脉冲中的音频信号就同时得到放大。最后使调宽脉冲经过一低通滤波器，将开关频率及其谐波分量滤除掉，就可以将调宽脉冲重新恢复为原来的音频信号。
　　如图1所示，是调宽脉冲发生器方框图，由矩形波发生器产生一矩形脉冲，矩形脉冲的频率称为开关频率。一般要求开关频率必须为超音频，这样调宽脉冲经过放大后，只需要通过一低通滤波器将开关频率分量滤除掉，就可以将调宽脉冲恢复成原来的音频信。一般情况下，开关频率越高，信号的失真越小。在中短波广播发射机中，开关频率选定为70KHz左右。矩形脉冲经积分电路变成对称三角波，然后送往由集成运算放大器构成的比较器。在比较器器中，将音频信号输入到同相端，三角波输入到反相端。如图2所示，当音频信号大于三角波信号时，比较器输出高电平；当音频信号小于三角波信号时，比较器输出低电平。经过比较音频信号和三角波的大小，比较器输出的就是宽度按照音频信号振幅而变化的矩形脉冲，称为调宽脉冲。
　　二、脉冲阶梯调制式音频放大器
　　脉冲阶梯调制（Pulse Step Modulation）简称PSM。如图3所示，是PSM音频放大器原理图。脉冲阶梯调制式音频放大器由多套三相全波整流器并联组成，每套整流器的输出电压由一个电子开关控制，这些电子开关又受控于数字化音频信号，使电子开关闭合的数目按照音频信号的规律变化。音频信号越大，电子开关闭合的数目越多，整流器输出电压经合成后越大；音频信号越小，电子开关闭合数目越少，整流器输出电压经合成后越小。这样，当电子开关闭合数目按照音频信号规律变化时，整流器输出电压经过相加合成后就是按照音频信号规律变化的。这个合成电压就是经过放大以后的音频信号。由于每套整流器输出的电压大小完全相同，所以整流器输出电压经过相加合成后是阶梯状变化的，每个阶梯的电压等于一套整流器的输出电压，所以称为脉冲阶梯调制式音频放大器。比如一个正弦波信号，经过放大后就会办成如图4所示的形状。由于阶梯状音频信号包含有较大的非线性失真，所以这个信号还需要经过一个低通滤波器，将其阶梯纹波滤除掉，从而使其非线性失真大大减小。
　　但是，仅靠低通滤波器将主要的阶梯纹波滤掉是不能满足失真度的要求的，其主要原因是低音频高调幅、中音频低调幅以及一部分高音频极低调幅时的阶梯纹波主频处于滤波器通频带之内而难以滤除，产生了不能消除的失真。要消除这些失真，就必须采取一定的补偿措施，设法提高开关频率，将各种情况下的阶梯纹波主频推到音频范围之外。
　　为了达到上述目的，一般采用PDM的方式对这种失真进行补偿。即在每个阶梯上叠加一系列矩形电脉冲，此脉冲的幅度等于一个阶梯的电压，脉冲的宽度正比于此处误差电压的大小。误差电压越大，脉冲宽度越宽，误差电压越小，脉冲宽度越窄，使调宽脉冲的平均值等于每级阶梯的误差，以更逼近原始音频信号的变化规律。如图5所示。
　　采用丁类放大器后的中短波广播发射机，其整机效率大大提高，维护费用大大减小，因此在各种类型的发射机中被广泛采用。
　　参考文献：
　　《脉阶调制设备》 魏瑞发 陈锡安 编著 国家广播电视总局无线电台管理局