УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2004 года по МПК H03F3/24 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве усилителя мощности передатчиков пейджинговой и сотовой связи, теле- и радиовещания.

Известен усилитель мощности, содержащий тракт усиления сигнала, развязывающее устройство, вход которого соединен с выходом тракта усиления сигнала, первую линию задержки, вход которой соединен с входом тракта усиления сигнала, вторую линию задержки, вход которой соединен с первым выходом развязывающего устройства, схему вычитания, первый вход которой соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход - со вторым выходом развязывающего устройства, усилитель искажений, вход которого соединен с выходом схемы вычитания, суммирующее устройство, первый вход которого соединен с выходом второй линии задержки, а второй вход - с выходом усилителя искажений, при этом выход суммирующего устройства образует выход усилителя мощности [1]. Недостатком такого усилителя является небольшой динамический диапазон.

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу общих существенных признаков является усилитель мощности, содержащий входной и выходные усилительные каскады, конденсатор, включенный между выходом входного усилительного каскада и входом выходных усилительных каскадов, а также резистор и варикап, включенные параллельно конденсатору [2].

Недостатком устройства-прототипа является его небольшой динамический диапазон, обусловленный изменением дифференциального коэффициента усиления в области больших входных напряжений. Это связано с невозможностью управления нелинейными характеристиками варикапа. Постоянство дифференциального коэффициента усиления необходимо обеспечивать, например, в усилителях мощности телевизионных передатчиков [3, 4].

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - расширение динамического диапазона усилителя мощности.

Это достигается тем, что в усилитель мощности, содержащий входной и выходные усилительные каскады, конденсатор, включенный между выходом входного усилительного каскада и входом выходных усилительных каскадов, и резистор, включенный параллельно первому конденсатору, введены биполярный транзистор, второй конденсатор, включенный между коллектором биполярного транзистора и выходом входного усилительного каскада, третий конденсатор, включенный между эмиттером биполярного транзистора и входом выходных усилительных каскадов, второй резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с коллектором биполярного транзистора, третий резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с коллектором биполярного транзистора, четвертый резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с базой биполярного транзистора, пятый резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с базой биполярного транзистора, шестой резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с эмиттером биполярного транзистора, и седьмой резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с эмиттером биполярного транзистора.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного усилителя мощности и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Усилитель мощности (фиг.1) содержит входной усилительный каскад 1, выходные усилительные каскады 2, первый конденсатор 3, включенный между выходом входного усилительного каскада 1 и входом выходных усилительных каскадов 2, первый резистор 4, включенный параллельно первому конденсатору 3, биполярный транзистор 5, второй конденсатор 6 (разделительный), включенный между коллектором биполярного транзистора 5 и выходом входного усилительного каскада 1, третий конденсатор 7 (разделительный), включенный между эмиттером биполярного транзистора 5 и входом выходных усилительных каскадов 2, второй резистор 8, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с коллектором биполярного транзистора 5, третий резистор 9, один из выводов которого соединен с источником питания Е_п, а другой - с коллектором биполярного транзистора 5, четвертый резистор 10, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с базой биполярного транзистора 5, пятый резистор 11, один из выводов которого соединен с источником питания Е_п, а другой - с базой биполярного транзистора 5, шестой резистор 12, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с эмиттером биполярного транзистора 5, и седьмой резистор 13, один из выводов которого соединен с источником питания Е_п, а другой - с эмиттером биполярного транзистора 5.

Усилитель мощности работает следующим образом. Сигнал, поступающий на вход устройства, усиливается входным усилительным каскадом 1 и подается на вход выходных усилительных каскадов 2 через параллельно соединенные первый конденсатор 3, первый резистор 4, и емкость коллектор-эмиттер С_кэ закрытого биполярного транзистора 5. Экспериментальные исследования зависимости емкости С_кэ различных биполярных транзисторов от напряжений на переходах коллектор-эмиттер U_кэ и база-эмиттер U_бэ показали следующее. В транзисторе с закрытыми переходами емкость С_кэ практически не зависит от напряжения U_кэ, если это напряжение больше или равно двум вольтам. В случае дальнейшего уменьшения U_кэ значение емкости С_кэ плавно нарастает. Скорость нарастания С_кэ при этом зависит от величины U_бэ (с уменьшением U_бэ скорость нарастания С_кэ увеличивается).

На фиг.3 приведены режимные зависимости емкости C_кэ закрытого транзистора VT₃ (см. фиг.2), который соответствует биполярному транзистору 5 на фиг.1, от напряжения U_кэ при различных напряжениях U_бэ, поясняющие вышесказанное.

Емкость С_кэ закрытого биполярного транзистора 5 используется в качестве корректирующего элемента амплитудной характеристики (АХ) предлагаемого усилителя мощности. Коррекция АХ основана на увеличении коэффициента передачи цепочки, состоящей из параллельно соединенных первого конденсатора 3, первого резистора 4 и емкости С_кэ закрытого биполярного транзистора 5, при увеличении последней. Выбором значений сопротивлений второго 8 и третьего 9 резисторов устанавливается требуемое напряжение на коллекторе биполярного транзистора 5. Выбором значений сопротивлений четвертого 10 и пятого 11 резисторов устанавливается требуемое напряжение на базе биполярного транзистора 5. Выбором значений сопротивлений шестого 12 и седьмого 13 резисторов устанавливается требуемое напряжение на эмиттере биполярного транзистора 5.

При условии, что амплитуда сигнала, подаваемого на вход названной цепочки, меньше или равна разности U_кэ-2 В, сигнал на ее выходе оказывается пропорциональным входному воздействию. Дальнейшее увеличение сигнала, подаваемого на вход цепочки, приводит к увеличению среднего за период значения емкости С_кэ биполярного транзистора 5 и к соответствующему увеличению коэффициента передачи с выхода входного усилительного каскада 1 на вход выходных усилительных каскадов 2. Таким образом, изменением напряжения U_кэ биполярного транзистора 5 можно регулировать длину начального участка амплитудной характеристики, наклон которого не изменяется, а изменением напряжения U_бэ можно изменять наклон амплитудной характеристики в области больших напряжений для обеспечения постоянства дифференциального коэффициента усиления.

Входной усилительный каскад 1 на фиг.1 соответствует каскаду, собранному на транзисторах VT₁ и VT₂ на фиг.2. Выходные усилительные каскады 2 на фиг.1 соответствуют каскадам, собранным на транзисторах VT₅ -VT₉ на фиг.2.

На фиг.4 представлены экспериментально измеренные АХ, снятые на частоте 74 МГц с усилителя мощности, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2.

В процессе изменения напряжений U_кэ и U_бэ транзистора VT₃ происходит изменение коэффициента передачи усилителя. Поэтому на фиг.4 для удобства сравнения линейности АХ усилителя при различных режимах его работы по оси абсцисс отложена нормированная амплитуда ЭДС источника сигнала Е_г.н (нормировка произведена относительно значения амплитуды ЭДС источника сигнала, соответствующего величине эффективного напряжения на выходе усилителя мощности U_вых.эф, равного 30 В).

Прямая 1 на фиг.4 соответствует идеальной АХ усилителя, кривая 2 - АХ усилителя при его реализации по схеме прототипа с использованием варикапа КВ109А, кривая 3 - АХ усилителя при напряжениях на транзисторе VT₃, равных: U_бэ=-2 В, U_кэ=6 В, кривая 4 - АХ усилителя при напряжениях на транзисторе VT₃, равных: U_бэ=-1 В, U_кэ=7 В, кривая 5 - АХ усилителя при напряжениях на транзисторе VT₃, равных: U_бэ=0 B, U_кэ=8 В.

Анализ характеристик, приведенных на фиг.4, позволяет установить следующее. Предлагаемый усилитель мощности дает возможность плавно изменять наклон его АХ в области больших входных напряжений и практически в два раза увеличить динамический диапазон по отношению к прототипу.

Усилитель, выполненный по схеме, изображенной на фиг.2, имел следующие характеристики: максимальный уровень выходной мощности 147 Вт; уровень выходной мощности, ограниченный областью постоянного значения дифференциального коэффициента усиления, 113 Вт; полоса рабочих частот 72-86 МГц; неравномерность амплитудно-частотной характеристики ±0,2 дБ; коэффициент усиления 35 дБ, сопротивление генератора и нагрузки 75 Ом.

Таким образом, положительный эффект от использования заявляемого объекта по отношению к устройству-прототипу состоит в расширении динамического диапазона усилителя мощности приблизительно в два раза.

Источники информации

1. Широкополосные радиопередающие устройства / Под ред. О.В. Алексеева. -М.: Связь, 1978. -304 с. [с. 262, рис. 12.9].

2. Титов А.А., Болтовская Л.Г. Высоковольтный транзисторный усилитель однополярных импульсов // Приборы и техника эксперимента. - 1979. - №2. - С. 140-141, рис. 1 - прототип.

3. ГОСТ Р 50890-96. Передатчики телевизионные маломощные. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений. - М.: Издательство стандартов, 1996. - 36 с.

4. ГОСТ 20532-83. Радиопередатчики телевизионные 1-5 диапазонов. Основные параметры, технические требования и методы измерений. -М.: Издательство стандартов, 1984. - 34 с.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве усилителя мощности передатчиков пейджинговой и сотовой связи, теле- и радиовещания. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона усилителя мощности (УМ). УМ содержит входной и выходные усилительные каскады (УК) (1, 2), первый конденсатор (К) (3), включенный между выходом входного УК (1) и входом выходных УК (2), первый резистор (Р) (4), включенный параллельно первому К (3), биполярный транзистор (БТ) (5), второй К (6), включенный между коллектором БТ (5) и выходом входного УК (1), третий К (7), включенный между эмиттером БТ (5) и входом выходных УК (2), второй и третий Р (8, 9), четвертый и пятый Р (10, 11), шестой и седьмой Р (12, 13) включены попарно и последовательно между источником питания и общим для всего устройства проводником, а точки соединения парных резисторов соединены соответственно с эмиттером, базой и коллектором БТ (5). УМ позволяет плавно изменять наклон амплитудной характеристики в области больших входных напряжений, тем самым увеличить динамический диапазон. 4 ил.

Усилитель мощности, содержащий входной и выходные усилительные каскады, конденсатор, включенный между выходом входного и входом выходных усилительных каскадов, и резистор, включенный параллельно конденсатору, отличающийся тем, что в него дополнительно введены биполярный транзистор, второй конденсатор, включенный между коллектором биполярного транзистора и выходом входного усилительного каскада, третий конденсатор, включенный между эмиттером биполярного транзистора и входом выходных усилительных каскадов, второй резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с коллектором биполярного транзистора, третий резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с коллектором биполярного транзистора, четвертый резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с базой биполярного транзистора, пятый резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с базой биполярного транзистора, шестой резистор, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой - с эмиттером биполярного транзистора, и седьмой резистор, один из выводов которого соединен с источником питания, а другой - с эмиттером биполярного транзистора.