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丁类放大技术应用于广播的探讨

减小字体 增大字体 作者:陈翠华 陈 杰  来源:www.bob123.com  发布时间:最新发布
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  (湖北水利水电职业技术学院,湖北 武汉 430070)
  摘 要:丁类放大技术凭借其高效的放大特性已经在数字音频放大等领域得到广泛的应用。本文在传统丁类放大的基础上对其进行了改进,并对其在广播中的应用做探讨。
  关键词:数字广播 丁类放大滤波 单片机
  
  一、引言
  
  传统的功率放大器主要有甲类 、乙类 、甲乙类和丙类。由于人们对音频功率放大器的要求更趋向高效、节能和小型化,所以,丁类功率放大器越来越受到人们的重视。
  丁类功放是数字功放的一种,具有很多优点,如体积小、功率大、失真小、信噪比高、与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等。而现在的广播系统大多使用的是传统的功放技术,效率十分低,如果将数字功放的概念引入的广播中来,将是一种新颖的尝试。本文就是这一尝试的结果。
  
  二、实现方案
  
  本系统设计框图如图1所示,数字信号产生选用单片机AT89C51。首先由高频振荡器产生一个频率为24MHz的高频振荡信号,该信号通过GAL产生可变分频,由AT89C51控制分频系数,分频后的信号经丁类功放作为载波信号。低频音乐信号是调制信号,低频信号通过音频放大后,送到具有较高频率的载波信号上。携带了低频信号的载波信号经过天线辐射出去。键盘的作用是输入所要得到的载波信号的频率值并把它送到单片机,单片机根据键盘输入的指令计算出分频系数并向AT89C51发命令(分频系数)使GAL20V8对24MHz信号分频。经过GAL20V8分频之后的载波为方波信号,其占空比为50%。低频音乐信号为数字信号。LCD显示载波信号的频率和调制信号的频率。
  主振频率为24MHz,对此进行分频所要得到的频率范围是535KHz~1605KHz。经过计算知道:24MHz/16=1500KHz,1500KHz在所需的频率范围内。由于单片机产生的是50%占空比的方波信号,故可变分频要除以2才能得到载波信号频率,所以,频率的计算可以这样表达:24MHz/8/2=1500KHz,其分频系数为8,结果计算出分频系数为8,9,10,~22满足所需频率的范围的要求。由于高频信号中不仅有基波信号f0,同时还含有f0的3~(2N+1)次的高频谐波分量。因此,在信号送至天线之前,必须先对谐波信号进行滤波处理。本设计选用由电感L和与可变电容C组成的串联谐振回路,调整电容C使其能准确地谐振在发射信号的主频f0上,可以从输入信号中选出有用信号同时抑制无用信号。
  
  三、丁类功率放大应用在广播领域的改进和分析
  
  传统的丁类放大使用的是单极性单电源,本系统改用的是正,负值可调的恒流双电源,这样,在载波信号的控制下就能实现双极性电源供电的设计,下面将这种设计的思路和实现方法进行介绍。
  在经典的丁类放大电路中,使用的是单极性电源,设其周期为T,脉宽为=T/2,幅值为1,则其波形的时间域表达式可表示如下式(1)。
  对其进行傅里叶变换可得到
  通过上面的分析发现,其直流分为1/2, n次谐波的振幅有很明显的下降趋势。
  基于以上的分析,我们对经典的丁类放大电路进行如下改进:在改进电路中虽然仍使用直流电压源,但在载波的控制下使其变为双单极性矩形波。设其周期为T,脉宽为=T/2,幅值为±1,则其波形的时间域表达式可表示如下式(3):
  其傅里叶级数为:
  通过上面的式子,我们可以看到,双极性矩形波的展开式中只含有奇次谐波分量,其n次谐波的振幅随着n的增大而逐渐减小,并且不包含直流分量。
  正是基于上面的理论分析,才使新颖的设计得以实现,下面将对改进后的实际电路进行分析,电路图如下图2。
  被GAL分频的是数字载波信号将被音乐信号调制,本电路的巧妙之处就在于它不是通过传统意义上的调制电路实现的,在这里称它为电源调制。当数字音乐信号到达输入端时将会分正负两极通过变压器,使变压器的两个管子(上面为NPN,下面为PNP)分别导通,从而实现从经典丁类放大的单极性单电源形式到上文提到的对抑制功耗比较有利的双极性双电源的转变,其转变是通过数字载波的开关特性来实现的,在最后的方案中,改变了调制比,当音乐信号为“0”时,电源输出正负12V电压,当音乐信号为“1”时电源输出为正负18V电压,这样得到调制比为:(18-12)/(18+12)=20%的调制信号,电路的特别之处就在将调制和放大同时进行,使电路最简单化,也能得到很好的效果。
  
  四、结论
  
  数字射频功放技术是继传统模拟功放技术后出现的新技术,它突出的优点是电源利用效率比传统模拟功放高。但在对经典丁类放大进行一些巧妙的处理后,方案实现了对信号调制和数字高效率放大的功能,并且实现方式简单,在理论上证明了其可行性,并在实际电路中得到了验证。
  
  参考文献:
  
  [1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社.
   [2]Don Dapkus. Class D Audio Power Amplifiers: An Overview[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2000,35(11):111-113.
   [3]张德民,胡庆.信号与系统分析[M].北京:高等教育出版社,2006.
  
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