D类功放的交越失真

D类功放的交越失真 刘长学 ，王惠贞 (1．盐城工学院，江苏 盐城 224003；2．南京航空航天大学，江苏 南京 210000) ·电路分析· 【摘 要】交越失真在AB类、B类功率放大器中普遍存在，在D类功率放大器中同样存在。从 正弦脉宽调制、音频脉宽调制入手，讨论 D类功放产生交越失真的原因，以及改善失真的。 【关键词】脉宽调制；功放；交越失真 提到D类功放，人们立刻会想到它高效率的特 点。D类功放的功率管始终工作于开关状态，元件上 的损耗很小，但用于音频信号放大时，除了效率之 外，只有在满足一定保真度的前提下谈效率才有意 义。D类功放在信号处理上应不存在失真，因为通过 PWM技术已将音频信号的幅度变化转变成了等幅 脉冲的脉冲宽度变化，音频信号的所有信息都包含 在宽度变化上，即使波形有所畸变也可以用数字电 路对它进行校正，保证还原后音频信号不失真。但事 实并非如此，从音频信号的脉宽调制到功率音频信 号的输出，每一个环节都可能产生失真，而且不止一 种类型，其中危害最大的要数交越失真。 1 模拟 PWM调制与交越失真 提到交越失真，自然会联想到 B类功放 ，因为 这种类型的功放是将音频信号的上下半个周期的波 形分别放大，然后再在时间轴上将其组合起来，由于 晶体管本身存在一个门坎电压，当信号电压低于这 个门坎电压时，2个功率管都截止，这就在正负半周 波形间出现一段死区，交越失真就出现了。 在音频信号的模拟脉宽调制电路中，考虑到语 音、乐音信号的波形的不规则性、不对称性，常常也 需要将时间轴上方的波形和时间轴下方的波形分别 进行脉宽调制(如图 1)，虽然不像 AB类功放去考 虑门坎电压，但一定得考虑H功率桥的桥臂在交替 导通时，必须保证一定的时间间隔，否则会出现同侧 桥臂功率管的直通现象，即这种电路本身也需要死 区。既然存在死区，产生交越失真也就不可避免了。 很多人把这个交越失真怪罪于时间轴上方和下 方波形的单独处理，认为只有正负半周信号在时间 【作者简介】 刘长学，盐城工学院电气工程系讲师。 王惠贞，南京航空航天大学 303教研室高级工程师。 模拟 音频 ‘输入 时间轴上方波形 的I：'WM波形 时间轴下方波形 的 PWM波形 图 1 模拟音频 PWM生成电路 轴上的组合才会导致信号交越失真的产生。其实不 然，通过实验可以发现，在普通的正弦脉宽调制的 放中同样有这样的失真。 2 SPWM调制与交越失真 将一个正弦信号直接与一个三角载波相比较： 得到正弦信号的PWM信号，再将这个信号通过 动电路去驱动全桥或半桥电路，其波形如图3。 从图 3中可以看出，在正负半周的交界处有轫 为明显的空挡。如果将示波器的探头移至功率级 动之前 ，调整水平尺度 ，将波形展宽，数一数半个正 弦信号周期PWM脉冲的个数，发现要比移至功率 级处要多得多。这说明 PWM信号的有些脉冲在绥 过功率FET时被滤掉了。一般来说，功率管的额定 功率越大，最高开关频率就越低。音频信号幅度很小 时，调制后对应的脉冲很窄，功率管没有足够高的开 《电声技术}2002年第7期总第205期 ， ， I-lI ， ， I ．- ．_I-lI ： 1． 维普资讯 http://www.cqvip.com [编者按】该文所探讨的内容虽然与电声技术无直接关联，但作为一种新的思路，编者将此 望对读者有所启示。 三进制的可行性探讨 江 华 。谭新星 (1．韶关学院 计算机系，广东 韶关 512005；2．韶关学院 从 1946年第一台ENIAC计算机在美国宾夕尼 亚大学诞生以来，计算机经过了半个多世纪的飞速 发展，现在已进入到人类社会的各个角落。从卫星在 天空中翱翔到潜艇在深海里游弋，从无人工厂的运 转到智能家电设备的使用，从人们的日常学习和工 作到8小时以外的娱乐和生活等等，没有哪一个地 [作者简介】 江 华，韶关学院计算机系讲师，硬件工程师，主要从 事计算机应用方面的教学和研究。 谭新星，韶关学院学报编辑部讲师。 学报编辑部，广东 韶关 512005) 方找不到计算机的踪影。在二进制比特位统治世界 的时候，笔者一直在设想，假如当初的 Von Neu。 mann先生选择的不是二进制而是三进制，今天的世 界又会怎样?或许世界会更加精彩。 1 从数学的角度来看三进制比二进制 具有更强的表达数的能力 数制表示数的能力，当位数一定时，它由所能表 示的数的个数以及所需设备状态个数来衡量⋯。 设采用 进制，则 关频率，是无法将其分辨出来的。信号幅度越低， PWM脉冲就越窄，交越失真越严重。 3 交越失真与动态范围 从实验研究可以看出，PWM型功放交越失真的 大小，在很大程度上取决于功率输出电路。在功率 输出电路频率特性定下来后，交越失真的改善就比 较困难。不仅如此，由于PWM信号的脉宽代表着音 频信号的幅度，脉宽的变化范围就代表着信号幅度 的变化范围，即动态范围，因而 PWM信号最大脉冲 宽度与最小宽度之比代表着功放的动态范围。整机 的交越失真越大，功率管能够处理的最小脉冲宽度 就越宽，动态范围相对地越小(见图 4)。 4 交越失真的改善 改善交越失真的方法除了选用更高开关频率 的 MOSFET作为驱动级和 H桥的功率管之外，还可 以采用控制PWM调，使得在一定范围内变化 的电压信号调制后，最小脉宽处于功率管能够分辨 的范围之内。不过这样做对动态范围有一点影响。 5 小结 D类功放虽然还存在一些问，但它的高效率 的优势仍然是挡不住的诱惑，尤其是它在低频时的 表现。目前，随着功率电子技术的发展，功率PWM 芯片不断地被开发出来，虽然它们中的绝大多数并 不是专门为音频功率放大设计的，但是也有不少的 确可以用来做音频功率放大，而且性能要比分立元 件制作的要好得多。 (参考文献1 【l】1杨行峻，迟惠生等．语音信号的数字处理．北京：电子工 业出版社。1995． 【2]2 徐彤，张岩，司镪等．最新电子电路速查手册．江西科学 技术出版社，1997． 【3]3 刘长学．脉宽调制型功率放大器的失真与对策．常州工 学院学报 ，2001．3． 【4】Aplex Mierotechnology Volume 8．7 Data Book Cdrom． 【收稿 日期】2002-03-19 《电声技术~2002年第7期总第205期 ∞ = o ￡ 维普资讯 http://www.cqvip.com