纹波对短波发射机PSM调制器的影响分析

任 凯

（国家新闻出版广电总局722台，宝鸡 721001）

Technology Study

纹波对短波发射机PSM调制器的影响分析

任 凯

（国家新闻出版广电总局722台，宝鸡 721001）

直流稳压电源由于电压波动而存在纹波，短波PSM发射机由PSM调制器控制产生阶梯状直流加音频信号，而该信号中存在阶梯纹波会影响发射机的失真指标，本文主要介绍PSM调制器纹波产生及消除纹波降低发射机失真的办法。

阶梯纹波；PSM调制器；整流器；失真

1 引言

纹波是由于直流稳压电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳压电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波就是一个直流电压中的交流成份。直流电压本来应该是一个固定的值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成份。纹波的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号，虽然其幅度不是太高，但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。

PSM（脉冲阶梯）调制器就是把主整和调幅器合二为一并把主整电压化整为零，即其主整有48套低压整流器串联组成。每套整流器一版为三相全波整流电路，其输出电压分别受电子开关IGBT（绝缘门双极晶体管）控制。

2 PSM调制器的纹波

脉冲阶梯调制是数字化调制方式，无论定时取样还是定幅取样，都受有限取样点的制约，所以取样后形成的阶梯信号相对原有信号波形有一定的误差。其特点是：阶梯电压往往滞后于原来电压的变化，故误差电压一般近似于三角波。对包含正、负半周的音频调制信号来说，在原来信号电压为正半周时，阶梯电压的滞后性使误差信号导致电压亏值，其波形为内接三角型。而当原有信号电压为负半周时，阶梯电压的滞后性使误差信号导致负向电压增量，尽管负向增量就是亏值，但从波形看，其误差信号变成外接三角形。图1是音频调制信号uΩ相应阶梯信号u和误差信号u′的波形以及它们的相互关系。其中的u′=uΩ-u是误差信号，即阶梯纹波。为简化叙述和便于理解起见，图中假设被调级的直流屏压E由3级PSM开关叠加而成，因此用角频率为Ω的音频信号进行满调幅时，在音频信号的正、负峰两端分别加、减3级PSM开关。实际情况要复杂一些，尽管如此，由图1可看出阶梯纹波的一般规律，现将其要点归纳于下：

图1 阶梯纹波图解

（1）u′是阶梯形音频信号相对于原音的误差，也就是前者和后者相比的亏值。u′的平均值当然就是这种亏值的平均数，它是导致动态载波下浮的瞬时直流分量。

（2）阶梯纹波的第二部分是u′的交流分量，它是调制音频的高次谐波，即阶梯形音频信号对于原音无失真放大信号的非线性失真。由阶梯纹波的图形可见，它基本上是三角波，若以u′的平均值为基线去观察，在调制音频一周内共有三角波12周，这12周恰好同12阶梯相对应，所以阶梯纹波的主频是：调制音频一周的阶梯数相对于调制音频的倍频。

（3）在一般情况下，可以按照第2条所述要点估算阶梯纹波的主频，调制音频每周所含阶梯数愈多愈准确，仅当调制音频每周所含阶梯数极少时误差较大。

3 消除纹波来抑制发射机失真

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，经过放大后就会变成如图1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（脉宽阶梯）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。

[1] 魏瑞发，陈锡安编著．脉阶调制设备，1999

[2] 赵伟．脉阶调制新方法设计与仿真．燕山大学报，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 文献标示码：B

1672-7274（2016）05-0034-02