基于∑△調(diào)制的D類(lèi)放大器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

摘要 針對(duì)傳統(tǒng)D類(lèi)放大器脈寬調(diào)制技術(shù)引起的電磁干擾問(wèn)題，將一個(gè)5階低通∑△調(diào)制器應(yīng)用于一種帶反饋閉環(huán)結(jié)構(gòu)的D類(lèi)放大器中。通過(guò)建立∑△調(diào)制D類(lèi)放大器的非理想模型，考察輸出信號(hào)的功率譜特性。仿真分析表明，該模型能夠有效抑制低頻段的噪聲和諧波失真，在基帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的信噪比，應(yīng)用于D類(lèi)功放，與傳統(tǒng)脈寬調(diào)制方式相比，有效地改善電磁干擾性能。
關(guān)鍵詞 D類(lèi)放大器；∑△調(diào)制；電磁干擾；功率譜密度

傳統(tǒng)的D類(lèi)放大器調(diào)制方式主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，在信號(hào)的頻譜中，除基頻信號(hào)外，還含有大量位于開(kāi)關(guān)頻率倍頻處諧波分量，這些諧波幅值很大，是產(chǎn)生電磁干擾輻射的主要原因。∑△調(diào)制器具有獨(dú)特的過(guò)采樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù)，所謂過(guò)采樣技術(shù)就是以遠(yuǎn)高于奈奎斯特采樣頻率的頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，噪聲整形就是將低頻段的量化噪聲轉(zhuǎn)移到高頻段，從而減小信號(hào)基帶內(nèi)的量化噪聲，提高輸出信噪比，高頻噪聲可通過(guò)低通濾波器濾除，應(yīng)用于音頻D類(lèi)功放可以有效改善電磁干擾性能。目前∑△調(diào)制在音頻D類(lèi)放大器中已得到深入研究和廣泛應(yīng)用。
∑△調(diào)制應(yīng)用于D類(lèi)放大器可以采用開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，但是采用開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)功率輸出級(jí)的噪聲和非線性失真無(wú)法得到有效抑制，因此，設(shè)計(jì)了一種帶負(fù)反饋的D類(lèi)放大器結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

這種帶負(fù)反饋結(jié)構(gòu)的D類(lèi)放大器，將功率輸出級(jí)的噪聲和非線性失真通過(guò)反饋接入到∑△調(diào)制器的輸入端，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)∑△調(diào)制器的噪聲整形技術(shù)以及閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)達(dá)到抑制功率輸出級(jí)噪聲和失真的目的。

1 系統(tǒng)建模
在該∑△調(diào)制的D類(lèi)放大器系統(tǒng)建模中，可以考慮將功率輸出級(jí)的噪聲和非線性失真用圖2所示的功率輸出級(jí)噪聲模型來(lái)表示。隨機(jī)噪聲分布可以用一個(gè)高斯分布函數(shù)表示，輸出級(jí)的非線性失真可以用二倍輸入信號(hào)頻率處的諧波分量表示，這里不考慮更高次諧波分量的影響。

根據(jù)以上建立的輸出級(jí)噪聲和失真模型，在Matlab的Simulink環(huán)境下分別建立一個(gè)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)D類(lèi)放大器非理想模型如圖3和圖4所示。