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丁類放大技術(shù)應(yīng)用于廣播的探討論文
摘要:丁類放大技術(shù)憑借其高效的放大特性已經(jīng)在數(shù)字音頻放大等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文在傳統(tǒng)丁類放大的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)其在廣播中的應(yīng)用做探討。
關(guān)鍵詞:數(shù)字廣播丁類放大濾波單片機(jī)
一、引言
傳統(tǒng)的功率放大器主要有甲類、乙類、甲乙類和丙類。由于人們對(duì)音頻功率放大器的要求更趨向高效、節(jié)能和小型化,所以，丁類功率放大器越來越受到人們的重視。
丁類功放是數(shù)字功放的一種，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、功率大、失真小、信噪比高、與數(shù)字音源的無縫結(jié)合、能有效降低信號(hào)間傳遞干擾、實(shí)現(xiàn)高保真等。而現(xiàn)在的廣播系統(tǒng)大多使用的是傳統(tǒng)的功放技術(shù)，效率十分低，如果將數(shù)字功放的概念引入的廣播中來，將是一種新穎的嘗試。本文就是這一嘗試的結(jié)果。
二、實(shí)現(xiàn)方案
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生選用單片機(jī)AT89C51。首先由高頻振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為24MHz的高頻振蕩信號(hào)，該信號(hào)通過GAL產(chǎn)生可變分頻，由AT89C51控制分頻系數(shù)，分頻后的信號(hào)經(jīng)丁類功放作為載波信號(hào)。低頻音樂信號(hào)是調(diào)制信號(hào)，低頻信號(hào)通過音頻放大后，送到具有較高頻率的載波信號(hào)上。攜帶了低頻信號(hào)的載波信號(hào)經(jīng)過天線輻射出去。鍵盤的作用是輸入所要得到的載波信號(hào)的頻率值并把它送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)鍵盤輸入的指令計(jì)算出分頻系數(shù)并向AT89C51發(fā)命令（分頻系數(shù)）使GAL20V8對(duì)24MHz信號(hào)分頻。經(jīng)過GAL20V8分頻之后的載波為方波信號(hào)，其占空比為50%。低頻音樂信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。LCD顯示載波信號(hào)的頻率和調(diào)制信號(hào)的頻率。
主振頻率為24MHz，對(duì)此進(jìn)行分頻所要得到的頻率范圍是535KHz～1605KHz。經(jīng)過計(jì)算知道：24MHz/16＝1500KHz，1500KHz在所需的頻率范圍內(nèi)。由于單片機(jī)產(chǎn)生的是50%占空比的方波信號(hào)，故可變分頻要除以2才能得到載波信號(hào)頻率，所以，頻率的計(jì)算可以這樣表達(dá)：24MHz/8/2＝1500KHz，其分頻系數(shù)為8，結(jié)果計(jì)算出分頻系數(shù)為8，9，10，～22滿足所需頻率的范圍的要求。由于高頻信號(hào)中不僅有基波信號(hào)f0，同時(shí)還含有f0的3～（2N+1）次的高頻諧波分量。因此，在信號(hào)送至天線之前，必須先對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行濾波處理。本設(shè)計(jì)選用由電感L和與可變電容C組成的串聯(lián)諧振回路，調(diào)整電容C使其能準(zhǔn)確地諧振在發(fā)射信號(hào)的主頻f0上，可以從輸入信號(hào)中選出有用信號(hào)同時(shí)抑制無用信號(hào)。
三、丁類功率放大應(yīng)用在廣播領(lǐng)域的改進(jìn)和分析
傳統(tǒng)的丁類放大使用的是單極性單電源，本系統(tǒng)改用的是正，負(fù)值可調(diào)的恒流雙電源，這樣，在載波信號(hào)的控制下就能實(shí)現(xiàn)雙極性電源供電的設(shè)計(jì)，下面將這種設(shè)計(jì)的思路和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹。
在經(jīng)典的丁類放大電路中，使用的是單極性電源，設(shè)其周期為T，脈寬為=T/2，幅值為1，則其波形的時(shí)間域表達(dá)式可表示如下式（1）。
對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換可得到
通過上面的分析發(fā)現(xiàn)，其直流分為1/2，n次諧波的振幅有很明顯的下降趨勢(shì)。
基于以上的分析，我們對(duì)經(jīng)典的丁類放大電路進(jìn)行如下改進(jìn)：在改進(jìn)電路中雖然仍使用直流電壓源，但在載波的控制下使其變?yōu)殡p單極性矩形波。設(shè)其周期為T，脈寬為=T/2，幅值為±1，則其波形的時(shí)間域表達(dá)式可表示如下式（3）：
其傅里葉級(jí)數(shù)為：
通過上面的式子，我們可以看到，雙極性矩形波的展開式中只含有奇次諧波分量，其n次諧波的振幅隨著n的增大而逐漸減小，并且不包含直流分量。
正是基于上面的理論分析，才使新穎的設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，下面將對(duì)改進(jìn)后的實(shí)際電路進(jìn)行分析，電路圖如下圖2。
被GAL分頻的是數(shù)字載波信號(hào)將被音樂信號(hào)調(diào)制，本電路的巧妙之處就在于它不是通過傳統(tǒng)意義上的調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)的，在這里稱它為電源調(diào)制。當(dāng)數(shù)字音樂信號(hào)到達(dá)輸入端時(shí)將會(huì)分正負(fù)兩極通過變壓器，使變壓器的兩個(gè)管子（上面為NPN，下面為PNP）分別導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)從經(jīng)典丁類放大的單極性單電源形式到上文提到的對(duì)抑制功耗比較有利的雙極性雙電源的轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變是通過數(shù)字載波的開關(guān)特性來實(shí)現(xiàn)的，在最后的方案中，改變了調(diào)制比，當(dāng)音樂信號(hào)為“0”時(shí)，電源輸出正負(fù)12V電壓，當(dāng)音樂信號(hào)為“1”時(shí)電源輸出為正負(fù)18V電壓，這樣得到調(diào)制比為：（18-12）/（18+12）=20%的調(diào)制信號(hào)，電路的特別之處就在將調(diào)制和放大同時(shí)進(jìn)行，使電路最簡(jiǎn)單化，也能得到很好的效果。
四、結(jié)論
數(shù)字射頻功放技術(shù)是繼傳統(tǒng)模擬功放技術(shù)后出現(xiàn)的新技術(shù)，它突出的優(yōu)點(diǎn)是電源利用效率比傳統(tǒng)模擬功放高。但在對(duì)經(jīng)典丁類放大進(jìn)行一些巧妙的處理后，方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)調(diào)制和數(shù)字高效率放大的功能，并且實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，在理論上證明了其可行性，并在實(shí)際電路中得到了驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
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