脈衝幅度調製

脈衝調製方式主要有脈衝幅度調製( PAM )、脈衝寬度調製( PWM )、脈衝頻率調製( PFM ) 3種. 其中前兩種調製方式使用較多, 特別是PWM 方式, 以其良好的變壓變頻特性和諧波抑制效果在變流系統控制、電機控制及其他電氣工業領域受到普遍重視. 但是PWM 系統在結構、控制、操作、調試和維護方面都相對比較複雜和困難,加上PWM方法實施過程中一些措施的影響, 如死區時間的存在會使變頻器不能完全精確地復現PWM控制信號的理想波形, 不能精確地實現控制目標, 或產生更多諧波並造成輸出轉矩脈動, 或使電流、磁鏈跟蹤性能變差, 這些因素都使得PWM 方式在某些應用場合不能得到令人滿意的控制效果. 而作為受關注程度遠不如PWM 方式的PAM 方式, 則具有開關損耗低、控制簡單、系統效率高等特點; 同時, PAM 方式能夠以較低的開關頻率達到與PWM 方式相近的諧波消除效果, 這也是PAM 方式的一個顯著優點. 近十年來, 在電力電子與電機控制領域, PAM 技術得到了一定的研究與應用. 文獻[ 1􀀂3]研究了基於PAM 逆變器的異步電機系統及其矢量控制和解耦控制. 而無刷直流電機的PAM 控制技術也得到了較多的研究, 研究成果表明, PAM方式控制的無刷直流電機系統具有更高的整體效率. 在多電平變換器技術中, PAM方式的諧波抑制效果接近PWM 方式. 文獻提出了一種PAM /PWM 混合調製技術, 成功地減小了逆變器直流側電容電流的脈動, 降低了電容的功耗和定額, 延長了電容的使用壽命. 因此, PAM 逆變器是一個很值得研究的方向, 而研究如何降低其輸出電壓中的諧波含量也具有重大的現實意義. ^[1] 

通常人們談論的調製技術是採用連續振盪波形(正弦型信號)作為載波的，然而，正弦型信號並非是唯一的載波形式。在時間上離散的脈衝串，同樣可以作為載波，這時的調製是用基帶信號去改變脈衝的某些參數而達到的，人們常把這種調製稱為脈衝調製。通常，按基帶信號改變脈衝參數(幅度、寬度、時間位置)的不同，把脈衝調製分為脈幅調製(PAM)、脈寬調製(PWM, Pulse Width Modulation)和脈位調製(PPM)等。

所謂脈衝振幅調製，即是脈衝載波的幅度隨基帶信號變化的一種調製方式。如果脈衝載波是由衝激脈衝組成的，則前面所説的抽樣定理，就是脈衝振幅調製的原理。但是，實際上真正的衝激脈衝串是不可能實現的，而通常只能採用窄脈衝串來實現，因此，研究窄脈衝作為脈衝載波的PAM方式，將更加具有實際意義。

設脈衝載波以s(t)表示，它是由脈寬為τ秒、重複同期為秒的矩形脈衝串組成，其中是按抽樣定理確定的，即有秒。其產生方框圖為 (a)所示，基帶信號的波形及頻譜如圖 (b)所示；脈衝載波的波形及頻譜如圖（c）所示；已抽樣的信號波形及頻譜如圖 (d)所示。

比較採用矩形窄脈衝進行抽樣與採用衝激脈衝進行抽樣(理想抽樣)的過程和結果，可以得到以下結論：

（1）它們的調製(抽樣)與解調(信號恢復)過程完全相同，差別只是採用的抽樣信號不同。

（2）矩形窄脈衝抽樣的包絡的總趨勢是隨上升而下降，因此帶寬是有限的；而理想抽樣的帶寬是無限的。矩形窄脈衝的包絡總趨勢按Sa函數曲線下降，帶寬與τ有關。τ越大，帶寬越小，τ越小，帶寬越大。

（3）τ的大小要兼顧通信中對帶寬和脈衝寬度這兩個互相矛盾的要求。通信中一般對信號帶寬的要求是越小越好，因此要求τ大；但通信中為了增加時分複用的路數要求τ小，顯然二者是矛盾的。