ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА Российский патент 2010 года по МПК H02M7/493 

Область применения

Изобретение относится к электрорадиотехнике, в частности, к преобразователям переменного сигнала, и может быть использовано для электропитания переменным напряжением любой заданной формы сигнала и для других целей.

Уровень техники

Известен преобразователь переменного сигнала, включающий параллельно соединенные каскады усиления переменного сигнала и источник постоянного напряжения (Радиолюбитель, №6, 1999, с.24). Недостатками указанного преобразователя является то, что он имеет невысокую надежность, поскольку выход из строя источника постоянного напряжения приводит к прекращению функционирования всего усилителя, а его выходная мощность ограничена мощностными характеристиками активных элементов (транзисторов, ламп и т.п.), на которых он построен.

Известно параллельное соединение модулей каскадов усиления и преобразования переменного сигнала (А. Колпаков. Особенности конструкции модулей SEMiX, Электронные Компоненты. 2005) По признанию указанного автора, «Параллельная работа ключей (выходных коммутирующих элементов - прим. Заявителя) в импульсных режимах создает массу проблем, главной из которых является необходимость статической и динамической токовой балансировки» [стр.2]. Иными словами, при прямом (непосредственном) соединении нагрузки с выходом устройства необходимы идеальные параметры элементов и источников питания, из которых изготовлено данное устройство, чего достичь невозможно. Это обстоятельство делает невозможным неограниченное увеличение мощности, потому что из-за разницы параметров элементов (каскадов) на один или несколько указанных элементов (каскадов) приходится нагрузка выше допустимой.

Известно также усиление переменного сигнала при помощи парных усилителей поточным методом (европейский патент ЕР 0474930 В1). Недостаток данного устройства заключается в том, что резисторы соединяются последовательно с выходом для того, чтобы нагрузка на каждый усилитель была одинаковой и для компенсации разницы параметров усилителей и источников питания. Указанные резисторы имеют разную величину и подбираются индивидуально. Это ведет к уменьшению мощности и сложной наладке устройства.

Известен патент SU 877781. Основными недостатками указанного изобретения является то, что: 1) оно может быть использовано только в автономных инверторах тока с бестрансформаторным выходом при параллельной работе и питания от общего источника постоянного напряжения, не изменяет сигнал по амплитуде, и на выходе указанного изобретения присутствует сигнал только прямоугольной формы; 2) в нем достигаются оптимальные параметры каждого каскада усиления и преобразования путем выравнивания тока между группами вентилей инверторов, но разница между этими оптимальными параметрами каскадов усиления и преобразования остается. Это значит, что в данном изобретении из-за разницы параметров каскадов усиления и преобразования переменного сигнала при общей номинальной нагрузке нагрузка на один или несколько каскадов усиления и преобразования может стать выше максимальной, что приведет к выходу указанного каскада(ов) из строя, а стабилизировать и перераспределить данную нагрузку между каскадами усиления и преобразования данное изобретение не может. Так как при неограниченном увеличении мощности путем увеличения каскадов усиления и преобразования нагрузка на один или несколько каскадов усиления и преобразования обязательно становится выше максимальной, то данное изобретение не может неограниченно увеличивать мощность путем увеличения каскадов усиления и преобразования.

Известен преобразователь переменного сигнала по патентной заявке US 2004/0233590. Указанный преобразователь имеет следующие основные недостатки: 1) максимальная мощность указанного преобразователя ограничена двумя каскадами усиления и преобразования, 2) амплитуда формы сигнала на выходе не может быть больше амплитуды напряжения питания, 3) нет прямого непосредственного соединения нагрузки с выходом указанного преобразователя, 4) нет стабилизации выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является усилитель переменного сигнала, защищенный патентом РФ на полезную модель №70731, где один и тот же сигнал усиливается несколькими одинаковыми с одними и теми же функциями каскадами усиления, включенными параллельно по входу и через трансформатор по выходу. Недостатком прототипа является то, что мощность свыше 700 Вт в нем создают за счет сигнала прямоугольной формы, поскольку усилить синусоидальный или другой (кроме сигнала прямоугольной формы) сигнал на указанную мощность (свыше 700 Вт) сложно из-за потерь по мощности, по теплу, сопротивлению элементов, характеристик элементов и сложности конструкции.

Предлагаемый преобразователь переменного сигнала не имеет этих недостатков, поскольку выходной сигнал заданной формы составлен из нескольких сигналов.

Отличие от прототипа состоит также в том, что предлагаемый преобразователь переменного сигнала сам вырабатывает сигнал прямоугольной формы и подает его на входы каскадов усиления и преобразования, а на каскадах усиления и преобразования сигналы прямоугольной формы изменяются по длительности и амплитуде. Каскады усиления и преобразования имеют как одинаковые, так и разные параметры преобразования по длительности и амплитуде. Затем сигналы, полученные на каскадах усиления и преобразования, суммируются в сигнал заданной или приближенной к заданной формы. Сигнал любой заданной формы не отличается по техническим характеристикам от сигнала, приближенного к любой заданной форме, используемого для электропитания.

Кроме того, предлагаемый преобразователь переменного сигнала при помощи имеющихся у него схем защит и согласования и схем стабилизации автоматически перераспределяет нагрузку на каждый каскад усиления и преобразования и не допускает, чтобы нагрузка, следовательно и мощность, на каком-либо каскаде или на каких-либо каскадах усиления и преобразования была выше максимальной (и компенсирует разницу параметров усилителей (каскадов усиления и преобразования) и источников питания), поэтому становится возможным неограниченное увеличение мощности. То есть предлагаемый преобразователь переменного сигнала не достигает оптимальных параметров каждого каскада усиления и преобразования, а при помощи имеющихся у него схем защит и согласования и схем стабилизации не допускает, чтобы нагрузка, следовательно и мощность, на каком-либо каскаде или на каких-либо каскадах усиления и преобразования была выше максимальной для указанного каскада или указанных каскадов усиления и преобразования, при этом каскад или каскады усиления и преобразования могут иметь разные параметры. Мощность выше максимальной, которая приходится на указанный каскад или указанные каскады усиления и преобразования, автоматически перераспределяется на каскады усиления и преобразования, не достигшие максимальной мощности. Что касается токовой динамической балансировки (динамических параметров), то необходимость в указанной балансировке отсутствует, так как выходные элементы предлагаемого преобразователя подсоединены к своей обмотке трансформатора и своему питанию.

Технический результат

Предлагаемый преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность при выходе из строя от одного до всех, кроме одного, источников постоянного напряжения и обеспечивает возможность неограниченного увеличения его выходной мощности за счет увеличения количества каскадов усиления и преобразования переменного сигнала и источников постоянного напряжения. При этом на каскадах усиления и преобразования, на выходном согласующем элементе, на выходе каскадов усиления и преобразования, на выходе согласующего выходного элемента (трансформатора) или согласующих выходных элементов (трансформаторов) входной переменный сигнал прямоугольной формы преобразуется в сигнал любой, или приближенный к любой, заданной формы (синус, пила и так далее), а на нагрузку предлагаемого преобразователя переменного сигнала подается оптимальный для этой нагрузки переменный сигнал. Предлагаемый преобразователь переменного сигнала характеризуется высоким КПД, низкими потерями по теплу и мощности, а также низкой себестоимостью.

Реализация изобретения

Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь переменного сигнала, включающий N параллельно соединенных каскадов усиления переменного сигнала, где N - натуральное число, в котором имеются два и более источников постоянного напряжения, при этом каждый источник постоянного напряжения является блоком питания своего индивидуального каскада усиления переменного сигнала, отличающийся тем, что преобразователь переменного сигнала имеет прямое (непосредственное) соединение нагрузки с выходом и включает N количество соединенных каскадов усиления и преобразования переменного сигнала из сигнала прямоугольной формы в сигнал любой заданной формы, питание каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя осуществляется от источника напряжения питания, который является общим для любого или любых, или всех каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя или двух и более источников постоянного напряжения, каждый из которых является источником питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, и с заданным (рассчитанным) по форме выходного задаваемого сигнала напряжением питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, так же в указанный преобразователь переменного сигнала введены блоки защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически равномерно распределяющие общую нагрузку на каскады усиления и преобразования так, что ток на один или несколько каскадов усиления и преобразования уменьшается, а нагрузка на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования.

Кроме того, выходной согласующий элемент (трансформатор) на первичных обмотках, подключенных к каскадам усиления и преобразования, имеет количество витков, рассчитанное по форме выходного задаваемого сигнала, при этом на каскадах усиления и преобразования переменный сигнал по форме задаваемого выходного сигнала изменяется по длительности, затем на выходном согласующем элементе (трансформаторе) переменные сигналы, полученные на каскадах усиления и преобразования, суммируются в сигнал любой заданной или приближенной к заданной формы.

Кроме того, два или более каскадов усиления переменного сигнала выполнены с трансформаторным либо иным выходом, исключающим прямой контакт выходов каскадов усиления и преобразования между собой.

Кроме того, в преобразователь введены схемы защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически перераспределяющие общую нагрузку выше максимально допустимой на каскады усиления и преобразования.

Кроме того, выходные согласующие элементы (трансформаторы) имеют рассчитанное по форме задаваемого выходного сигнала усиление (трансформацию) между первичными и вторичной(ми) обмотками, при этом на каждом каскаде усиления и преобразования переменный сигнал прямоугольной формы изменяется по длительности, при этом изменение по длительности происходит по форме задаваемого выходного сигнала.

Кроме того, в преобразователь переменного сигнала введены схемы стабилизации выходного напряжения путем изменения амплитуды и длительности на объединенных входах каскадов усиления и преобразования переменного сигнала.

Кроме того, входящие в состав каскадов усиления и преобразования переменного сигнала диоды, которые объединены между собой по анодам или катодам соединением, осуществляют питание управляющего блока генератора-мультивибратора, причем каждый указанный диод подключен к своему источнику питания постоянного напряжения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1-3 изображены функциональные электрические схемы, например, трехкаскадного преобразователя переменного сигнала, объясняющие сущность изобретения. На фиг.1а-3а изображены структурные электрические схемы, например, трехкаскадного преобразователя переменного сигнала, объясняющие принцип его работы.

На фиг.1 изображен вариант трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходом каскадов усиления и преобразования.

На фиг.1а изображен принцип работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходом каскадов усиления и преобразования.

На фиг.2 изображен вариант трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с выходными элементами (трансформаторами), каждый из которых соединен со своим каскадом усиления и преобразования и объединен на выходе.

На фиг.2а изображен принцип работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с выходными элементами (трансформаторами), каждый из которых соединен со своим каскадом усиления и преобразования и объединен на выходе.

На фиг.3 изображен вариант трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходным согласующим элементом (трансформатором).

На фиг.3а изображен принцип работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходным согласующим элементом (трансформатором).

На фиг.4 изображено преобразование и усиление переменного сигнала, где «а» - вид переменного сигнала прямоугольной формы на объединенных входах 2 каскадов усиления и преобразования, «б», «в», «г» - виды переменных сигналов прямоугольной формы на соединении 8 каскадов усиления и преобразования, «д», «е» - виды переменного сигнала на выходе 4 каскадов усиления и преобразования.

На фиг.5 изображено устройство преобразователя переменного сигнала, включающего в себя пять каскадов усиления и преобразования с заданным по форме выходного сигнала напряжением питания каскадов усиления и преобразования и с одинаковым количеством витков первичных обмоток выходного трансформатора.

На фиг.6 изображено устройство преобразователя переменного сигнала, включающего в себя пять каскадов усиления и преобразования с заданным по форме выходного сигнала количеством витков первичных обмоток выходного трансформатора и с одинаковым напряжением питания каскадов усиления и преобразования.

Фиг.5 и 6 являются примерами реализации изобретения.

На фиг.7, 8, 9, 10, 11, 12 изображены графики построения форм выходного сигнала устройств, представленных на фиг.5 и 6.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображен вариант с общим выходом каскадов усиления и преобразования, который имеет несколько принципов работы.

Принцип 1. На блоке 1 вырабатывается переменный сигнал прямоугольной формы, который поступает на входы 2 каскадов усиления и преобразования 3, на которых он по форме задаваемого выходного сигнала изменяется по длительности и амплитуде и одинаково усиливается по мощности. На выходе 4 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, суммируются, и образуется сигнал любой, или приближенной к любой заданной, формы. Питание блока 1 происходит от источников питания 5 через объединенный вход питания 6. Питание каскадов усиления и преобразования 3 происходит от источников питания 5 с одинаковым напряжением. С выхода 4 сигнал обратной связи через соединение 7 поступает на блок 1 для стабилизации переменного сигнала на выходе 4.

Принцип 2. Принцип 2 отличается от принципа 1 тем, что переменный сигнал прямоугольной формы на каскадах усиления и преобразования изменяется только по длительности, а питание каскадов усиления и преобразования 3 происходит от источников питания 5 рассчитанным по форме задаваемого выходного сигнала напряжением, поэтому амплитуда переменных сигналов прямоугольной формы, образованных на каскадах усиления и преобразования 3, изменится также по форме задаваемого выходного сигнала. Затем на выходе 4 образуется переменный сигнал любой заданной формы. Источники питания 5 с рассчитанным по форме задаваемого выходного сигнала напряжением могут иметь как одинаковое, так и разное напряжение.

На фиг.2 изображен вариант трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с выходными элементами (трансформаторами), каждый из которых соединен со своим каскадом усиления и преобразования и объединен на выходе со всеми остальными выходными элементами (трансформаторами). Указанный вариант имеет несколько принципов работы.

Принцип 1. На блоке 1 вырабатывается переменный сигнал прямоугольной формы, который поступает на входы 2 каскадов усиления и преобразования 3, на которых он изменяется по длительности и амплитуде и одинаково усиливается по мощности. Изменение сигнала по длительности и амплитуде происходит по форме задаваемого выходного сигнала. Через соединение 8 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, поступают на выходные элементы (трансформаторы) 9, имеющие одинаковое усиление. На выходе 4 выходные элементы (трансформаторы) 9 объединяются между собой с помощью вторичных обмоток (на фиг.2 не указаны). Переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, на выходе 4 суммируются, и образуется сигнал любой заданной формы. Питание блока 1 происходит от объединенного входа питания 6. Питание каскадов усиления и преобразования происходит от источников питания 5 с одинаковым напряжением. С выхода 4 сигнал обратной связи через соединение 7 поступает на блок 1 для стабилизации переменного сигнала на выходе 4.

Принцип 2. Принцип 2 отличается от принципа 1 тем, что переменный сигнал прямоугольной формы на каскадах усиления и преобразования изменяется только по длительности, а выходные согласующие элементы (трансформаторы) 9 имеют заданные по форме выходного сигнала параметры усиления по амплитуде. На выходе 4 выходные элементы (трансформаторы) 9 объединяются между собой с помощью вторичных обмоток 11 и переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, на выходе 4 суммируются, и образуется сигнал любой заданной формы.

Принцип 3. Принцип 3 отличается от принципа 1 и 2 тем, что переменный сигнал прямоугольной формы на каскадах усиления и преобразования изменяется только по длительности, а питание каскадов усиления происходит от источников питания 5 с рассчитанным по форме задаваемого выходного сигнала напряжением, поэтому амплитуда переменных сигналов прямоугольной формы, образованных на каскадах усиления и преобразования 3 изменится также по форме задаваемого выходного сигнала. Затем переменные сигналы прямоугольной формы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3 и на выходных элементах (трансформаторах) 9, на выходе 4 суммируются и образуется сигнал любой заданной формы. При этом выходные элементы (трансформаторы) 9 имеют одинаковое усиление (трансформацию).

На фиг.3 изображен вариант трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходным согласующим элементом (трансформатором), который имеет несколько принципов работы.

Принцип 1. На блоке 1 вырабатывается переменный сигнал прямоугольной формы, который поступает на входы 2 каскадов усиления и преобразования 3, на которых он по форме задаваемого выходного сигнала изменяется по длительности и амплитуде и одинаково усиливается по мощности. Через соединение 8 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, поступают на первичные обмотки (на фиг.3 не указаны) выходного элемента (трансформатора) 9, который имеет одинаковое количество витков на первичных обмотках (на фиг.3 не указанны). На вторичной обмотке (на фиг.3 не указанна) выходного элемента (трансформатора) 9 и на выходе 4 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, суммируются, и образуется сигнал любой заданной формы. Питание блока 1 происходит от источников питания 5 через соединение 6. Питание каскадов усиления и преобразования происходит от источников питания 5 с одинаковым напряжением. С выхода 4 сигнал обратной связи через соединение 7 поступает на блок 1 для стабилизации переменного сигнала на выходе 4.

Принцип 2. Принцип 2 отличается от принципа 1 тем, что переменный сигнал прямоугольной формы, который поступает на входы 2 каскадов усиления и преобразования 3, изменяется только по длительности и усиливается по мощности. Через соединение 8 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, поступают на первичные обмотки (на фиг.3 не указанны) выходного согласующего элемента (трансформатора), которые имеют рассчитанное по форме задаваемого выходного сигнала количество витков, поэтому переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, на выходном элементе (трансформаторе) 9 усиливаются по амплитуде также по форме задаваемого выходного сигнала.

Принцип 3. Принцип 3 отличается от принципов 1 и 2 тем, что переменный сигнал прямоугольной формы на каскадах усиления и преобразования 3 изменяется только по длительности и усиливается по мощности. Питание каскадов усиления и преобразования происходит от источников питания 5 с рассчитанным по форме задаваемого выходного сигнала напряжением, поэтому амплитуда переменных сигналов прямоугольной формы на соединениях 8 также образуется по форме задаваемого выходного сигнала. При этом выходной элемент (трансформатор) 9 имеет одинаковое количество витков на первичных обмотках (на фиг.3 не указанны).

На фиг.1а изображены принципы работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходом каскадов усиления и преобразования, включающего следующие элементы: блок 1 (генератор - мультивибратор), состоящий из схем 1-1, 1-2, 1-3, каскады усиления и преобразования 2, состоящие из блоков преобразования 3п и блоков усиления 3у, диодов 3-3, предохранителей 3-1, переключателей 3-2. Блоки 3п состоят из схем преобразования 3п-1 и схем зашиты и согласования 3п-2. Блоки 3у состоят из схемы усиления 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2 и резисторов 3у-3. Преобразователь переменного сигнала содержит также источники постоянного напряжения 5.

Преобразователь переменного сигнала работает следующим образом. Блок 1 с помощью схемы 1-1 генерирует переменный сигнал прямоугольной формы, через блок 1-2 переменный сигнал прямоугольной формы поступает на объединенные входы 2 каскадов усиления и преобразования 3. На каскадах усиления и преобразования он изменяется с помощью блоков 3п следующим образом: на схемах 3п-1 переменный П-образный сигнал изменяется по длительности, при этом изменение длительности переменного сигнала прямоугольной формы происходит по форме выходного задаваемого сигнала. Затем переменные сигналы прямоугольной формы поступают на схемы 3п-2, которые работают следующим образом: как только нагрузка на один или несколько каскадов усиления и преобразования становится выше максимально допустимой из-за разницы параметров каскадов усиления и преобразования 3 и источников постоянного напряжения 5, то и ток на этих каскадах усиления и преобразования в этом случае также становится выше максимально допустимого. Указанное явление происходит из-за неограниченного увеличения мощности за счет увеличения количества каскадов усиления и преобразования переменного сигнала и источников постоянного напряжения, а также по причине изменения напряжения в течение времени некоторых видов источников питания (батарей, аккумуляторов). Как только ток на этих каскадах усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, токовый сигнал, который образуется на резисторах 3у-3, подается на схемы 3п-2. Затем схемы 3п-2 уменьшают переменный сигнал по длительности и (или) амплитуде. Поэтому ток одного или нескольких каскадов усиления и преобразования уменьшается, а нагрузка на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования. Если нагрузка и ток становятся выше максимально допустимого на всех каскадах усиления и преобразования, то аналогичным образом начинают работать все каскады усиления и преобразования. Нагрузка в этом случае не может перераспределиться, и на выходе 4 переменный сигнал уменьшается по длительности и (или) амплитуде. После прохождения схем 3п-2 и блока 3п переменные сигналы поступают на блок 3у, состоящий из схем 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2, резисторов 3у-3, где они по форме задаваемого выходного сигнала изменяются по амплитуде и одинаково усиливаются по мощности по принципу 1 (фиг.1) либо усиливаются по мощности по принципу 2 (фиг.1). Изменение по амплитуде происходит по форме задаваемого выходного сигнала. С помощью схем 3у-1 переменные сигналы преобразовываются по амплитуде и усиливаются по мощности по принципу 1 (фиг.1) либо усиливаются по мощности по принципу 2 (фиг.1). Далее с помощью усилительно-коммутирующего элемента 3у-2 и резисторов 3у-3 переменные сигналы усиливаются по мощности и поступают на выход 4. На выходе 4 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, суммируются в заданный сигнал. К выходу 4 подключена схема 1-3, которая входит в состав блока 1. Схемы 1-2 и 1-3 служат для стабилизации выходного напряжения на выходе 4. Стабилизация выходного напряжения на выходе 4 происходит следующим образом: как только на выходе 4 выходное напряжение отклоняется от заданного, схема 1-3 по соединению 7 посыпает управляющий сигнал на схему 1-2, которая увеличивает или уменьшает амплитуду и(или) длительность переменного сигнал на объединенных входах 2. Это приводит к тому, что на выходе 4 выходное напряжение стабилизируется.

Питание блока 1 осуществляют входящие в состав каскадов усиления и преобразования диоды 3-2, объединенные между собой анодами или катодами 6, с которых осуществляется питание блока 1, а другой анод или катод диодов 3-2 подключен каждый к своему источнику питания 5, что осуществляет бесперебойное питание блока 1. В преобразователе может использоваться от одного до N количества источников питания, где N - количество каскадов усиления и преобразования.

Питание каскадов усиления и преобразования осуществляют от источников питания 5, имеющих по принципу 1 (фиг.1) одинаковое либо рассчитанное напряжение по принципу 2 (фиг.1). Это напряжение через предохранители 3-1 и переключатели 3-2 подается на блок 1. Предохранители 3-1 и переключатели 3-2, входящие в состав каскадов усиления и преобразования 3, работают следующим образом: переключатели 3-2 переключают каскад или каскады усиления и преобразования 3 с вышедших из строя источников питания 5 на исправные источники питания 5. При этом преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. При увеличении количества каскадов усиления и преобразования их выходные мощности суммируются, что дает возможность неограниченного наращивания мощности устройства. Предохранители 3-1 отключают вышедшие из строя каскады усиления и преобразования 3 от источников питания 5. Если исправен хотя бы один из всех источников питания 5, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. Если исправен хотя бы один каскад усиления и преобразования 3, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность, но при этом теряется мощность и может искажаться переменный сигнал на выходе 4.

На фиг.2а изображены принципы работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с выходными элементами (трансформаторами), каждый из которых соединен со своим каскадом усиления и преобразования и объединен на выходе.

Фиг.2а содержит следующие элементы: блок 1 (генератор-мультивибратор), состоящий из схем 1-1, 1-2, 1-3, каскады усиления и преобразования - блоки 2, состоящие из блоков преобразования 3п и блоков усиления 3у, диоды 3-3, предохранители 3-1, переключатели 3-2. Блоки 3п состоят из схем преобразования 3п-1 и схем защиты и согласования 3п-2. Блоки 3у состоят из схемы усиления 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2, резисторов 3у-3. Преобразователь переменного сигнала содержит также источники постоянного напряжения 5 и согласующие элементы (трансформаторы) 9.

Преобразователь переменного сигнала работает следующим образом. Блок 1 с помощью схемы 1-1 генерирует переменный сигнал прямоугольной формы, через схему 1-2 переменный сигнал прямоугольной формы поступает на объединенные входы 2 каскадов усиления и преобразования. На каскадах усиления и преобразования он изменяется с помощью блоков 3п следующим образом: на схемах 3п-1 переменный сигнал прямоугольной формы изменяется по заданной длительности, при этом длительность переменного сигнала прямоугольной формы задается на каждый каскад усиления и преобразования 3 по форме задаваемого выходного сигнала. Затем переменные сигналы прямоугольной формы поступают на схемы 3п-2, которые работают следующим образом: как только нагрузка на один или несколько каскадов усиления и преобразования становится выше максимально допустимой из-за разницы параметров каскадов усиления и преобразования 3 и источников постоянного напряжения 5, то ток на этих каскадах усиления и преобразования в этом случае также становится выше максимально допустимого. Как только ток на этом одном или нескольких каскадах усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, токовый сигнал, который образуется на резисторах 3у3, подается на схемы 3п-2, которые уменьшают сигнал по длительности и (или) амплитуде. Поэтому ток на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования уменьшается, а нагрузка на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования. Если нагрузка и ток становятся выше максимально допустимого на всех каскадах усиления и преобразования, то аналогичным образом работают все каскады усиления и преобразования. Нагрузка в этом случае не может перераспределиться, и на выходе 4 переменный сигнал уменьшается по длительности и (или) амплитуде. После схем 3п-2 и блока 3п переменные сигналы поступают на блок 3у, состоящий из схем 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2, резисторов 3у-3, где они изменяются по амплитуде и усиливаются по мощности по принципу 1 (фиг.2) либо только усиливаются по мощности по принципам 2 и 3 (фиг.2). С помощью схем 3у-1 переменные сигналы изменяются по амплитуде и усиливаются по мощности по принципу 1 (фиг.2) либо только усиливаются по мощности по принципам 2 и 3 (фиг.2). Изменение амплитуды происходит по форме задаваемого выходного сигнала. Далее переменные сигналы с помощью усилительно-коммутирующего элемента 3у-2 и резисторов 3у-3 одинаково усиливаются по мощности. Затем переменные сигналы по соединению 8 поступают на первичные обмотки 10 согласующих элементов (трансформаторов) 9, при этом вторичные обмотки 11 согласующих элементов (трансформаторов) 9 объединены на выходе 4. Согласующие элементы (трансформаторы) 9 имеют одинаковое по принципам 1 и 3 (фиг.2), либо разное по принципу 2 (фиг.2) усиление (трансформацию). На вторичных обмотках 11 согласующих элементов (трансформаторов) 9, объединенных на выходе 4, переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, суммируются в заданный сигнал. К выходу 4 подключена схема 1-3, которая входит в состав блока 1. Схемы 1-2 и 1-3 служат для стабилизации выходного напряжения на выходе 4. Стабилизация выходного напряжения на выходе 4 происходит следующим образом: как только на выходе 4 выходное напряжение отклонится от заданного, схема 1-3 по соединению 7 посылает управляющий сигнал на схему 1-2, которая увеличивает или уменьшает амплитуду и(или) длительность переменного сигнала на объединенных входах 2. Это приводит к тому, что на выходе 4 выходное напряжение стабилизируется.

Питание блока 1 осуществляют входящие в состав каскадов усиления и преобразования диоды 3-2, объединенные между собой по анодам или катодам соединением 6, с которого осуществляется питание блока 1, а другой анод или катод этих диодов подключен каждый к своему источнику питания 5, что осуществляет бесперебойное питание блока 1. В преобразователе могут использовать от одного до N количества источников питания, где N - количество каскадов усиления и преобразования.

Питание каскадов усиления и преобразования осуществляют от источников питания 5, имеющих одинаковое по принципам 1 и 2 (фиг.2) либо рассчитанное по принципу 3 (фиг.2) напряжение. От источников питания 5 через предохранители 3-1 и переключатели 3-2 это напряжение подается на схемы 3п-1, 3п-2, 3у-1, усилительно-коммутирующий элемент 3у-2, резисторы 3у-3. Предохранители 3-1 и переключатели 3-2, входящие в состав каскадов усиления и преобразования 3, работают следующим образом: переключатели 3-2 переключают каскад или каскады усиления и преобразования 3 с вышедших из строя источников питания 5 на исправные источники питания 5. При этом преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. При увеличении количества каскадов усиления и преобразования их выходные мощности суммируются, что дает возможность неограниченного наращивания мощности устройства. Предохранители 3-1 отключают вышедшие из строя каскады усиления и преобразования 3 от источников питания 5. Если исправен хотя бы один из всех источников питания 5, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. Если исправен хотя бы один каскад усиления и преобразования 3, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность, но при этом теряется мощность и может искажаться переменный сигнал на выходе 4.

На фиг.3а изображен принцип работы трехкаскадного преобразователя переменного сигнала с общим выходным согласующим элементом (трансформатором).

Фиг.3а содержит следующие элементы: блок 1 (генератор - мультивибратор), состоящий из схем 1-1, 1-2, 1-3, каскады усиления и преобразования - блоки 2, состоящие из блоков преобразования 3п и блоков усиления 3у, диоды 3-3, предохранители 3-1, переключатели 3-2. Блоки 3п состоят из схем преобразования 3п-1 и схем защиты и согласования 3п-2. Блоки 3у состоят из схемы усиления 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2, резисторов 3у-3. Преобразователь переменного сигнала содержит также источники постоянного напряжения 5 и выходной согласующий элемент (трансформатор) 9.

Преобразователь переменного сигнала работает следующим образом. С помощью схемы 1-1 блок 1 генерирует переменный сигнал прямоугольной формы, через блок 1-2 переменный сигнал прямоугольной формы поступает на объединенные входы 2 каскадов усиления и преобразования. На каскадах усиления и преобразования он изменяется с помощью блоков 3п следующим образом: на схемах 3п-1 переменный сигнал прямоугольной формы изменяется по заданной длительности. Изменение длительности переменного сигнала прямоугольной формы происходит по форме задаваемого выходного сигнала. Затем переменные сигналы прямоугольной формы поступают на схемы 3п-2, которые работают следующим образом: если из-за возможной разницы параметров каскадов усиления и преобразования 3 и источников постоянного напряжения 5 нагрузка на один или несколько каскадов усиления и преобразования становится выше максимально допустимой, то и ток в этом случае также становится выше максимально допустимого. Как только ток на этих каскадах усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, токовый сигнал, который образуется на резисторах 3у-3, подается на схемы 3п-2. Затем схемы 3п-2 уменьшают сигнал по длительности и (или) амплитуде. Поэтому ток на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования уменьшается, а нагрузка на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования. Если нагрузка и ток становятся выше максимально допустимого на всех каскадах усиления и преобразования, то аналогичным образом работают все каскады усиления и преобразования. В этом случае нагрузка не может перераспределиться и на выходе 4 переменный сигнал уменьшается по длительности и (или) амплитуде. После прохождения схем 3п-2 переменные сигналы поступают на блок 3у, состоящий из схем 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2, резисторов 3у-3, где они изменяются по амплитуде и одинаково усиливаются по мощности в соответствии с принципом 1 (фиг.3) либо только одинаково усиливаются по мощности в соответствии с принципами 2 и 3 (фиг.3). С помощью схем 3у-1 переменные сигналы изменяются по амплитуде и усиливаются по мощности в соответствии с принципом 1 (фиг.3) либо усиливаются по мощности в соответствии с принципами 2 и 3 (фиг.3). При этом изменение по амплитуде переменного сигнала происходит по форме задаваемого выходного сигнала. Далее переменные сигналы с помощью усилительно-коммутирующего элемента 3у-2 и резисторов 3у-3 одинаково усиливаются по мощности. Затем по соединению 8 переменные сигналы поступают на первичные обмотки 10 согласующего элемента (трансформатора) 9, при этом вторичная обмотка 11 согласующего элемента (трансформатора) 9 соединена с выходом 4. Согласующий элемент (трансформатор) имеет одинаковое количество витков на первичных обмотках 10 по принципам 1 и 3 (фиг.3) либо рассчитанное по форме выходного сигнала количество витков на первичных обмотках 10 по принципу 2 (фиг.3). На вторичной обмотке 11 согласующего элемента (трансформатора) 9 и на выходе 4 переменные сигналы, образованные на каскадах усиления и преобразования 3, суммируются в сигнал любой заданной формы или приближенной к любой заданной форме. К выходу 4 подключена схема 1-3, которая входит в состав блока 1. Схемы 1-2 и 1-3 служат для стабилизации выходного напряжения на выходе 4. Стабилизация выходного напряжения на выходе 4 происходит следующим образом: как только на выходе 4 выходное напряжение отклонится от заданного, схема 1-3 по соединению 7 посылает управляющий сигнал на схему 1-2, которая увеличивает или уменьшает амплитуду и(или) длительность переменного сигнал на объединенных входах 2. Это приведет к тому, что на выходе 4 выходное напряжение стабилизируется.

Питание блока 1 осуществляют входящие в состав каскадов усиления и преобразования диоды 3-2, объединенные между собой по анодам или катодам соединением 6, с которого осуществляется питание блока 1, а другой анод или катод диодов 3-2 подключен каждый к своему источнику питания 5, что осуществляет бесперебойное питание блока 1. В преобразователе могут использовать от одного до N количества источников, где N - количество каскадов усиления и преобразования.

Питание каскадов усиления и преобразования осуществляют от источников питания 5, имеющих одинаковое по принципам 1 и 2 (фиг.3), либо заданное по форме выходного задаваемого сигнала по принципу 3 (фиг.3), напряжение. От источников питания 5 через предохранители 3-1 и переключатели 3-2 осуществляется питание постоянным напряжением схем 3п-1, 3п-2, 3у-1, усилительно-коммутирующего элемента 3у-2 и резистора 3у-3. Предохранители 3-1 и переключатели 3-2, входящие в состав каскадов усиления и преобразования 3, работают следующим образом: переключатели 3-2 переключают каскад или каскады усиления и преобразования 3 с вышедших из строя источников питания 5 на исправные источники питания 5. При этом преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. При увеличении количества каскадов усиления и преобразования их выходные мощности суммируются, что дает возможность неограниченного наращивания мощности устройства. Предохранители 3-1 отключают вышедшие из строя каскады усиления и преобразования 3 от источников питания 5. Если исправен хотя бы один из всех источников питания 5, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность. Если исправен хотя бы один каскад усиления и преобразования 3, преобразователь переменного сигнала сохраняет работоспособность, но при этом теряется мощность и искажается переменный сигнал на выходе 4.

На фиг.5 и фиг.6 изображено устройство преобразователя переменного сигнала, включающего в себя пять каскадов усиления и преобразования. Рассмотрим конкретный пример исполнения схемы данного устройства. Допустим, что нужно получить указанную на фиг.5 или фиг.6 форму выходного сигнала, оптимальную для данной общей нагрузки. Для этого указанная форма выходного сигнала разбивается на пять частей и каждая часть преобразовывается из сигнала прямоугольной формы и усиливается на своем каскаде усиления и преобразования и подается на выходной трансформатор с указанного каскада. В данном устройстве используются схемы 1-1, 1-2, 1-3, а также выходной согласующий элемент (трансформатор) и источники питания. Схема 1-1 представляет собой мультивибратор, выдающий сигнал прямоугольной формы, собранный на микросхеме 561 тм 2 или на любой аналогичной. На схеме 1-1 расположен также стабилизатор напряжения питания схем 1-1 и 1-2. Стабилизатор напряжения питания собран на микросхеме КРЕН или на любой аналогичной. Сигнал прямоугольной формы со схемы 1-1 поступает на каскады усиления и преобразования, которые выполнены одинаково, поэтому рассмотрим работу одного из них, а конкретно каскада 3в, представленного на фиг.5 и фиг.6. Сигнал прямоугольной формы со схемы 1-1 поступает на схемы 3п-1 каждого каскада, на которых указанный сигнал изменяется по длительности следующим образом: разобьем длительность указанного сигнала на пять частей, при этом в зависимости от формы задаваемого сигнала могут быть использованы от одной до пяти частей указанного сигнала. Указанное действие осуществляется с помощью микросхем 561 аг-1 или аналогичных, которые изменяют длительность и время появления сигнала. В схемы 3п-1 в данном случае входит три микросхемы 561 аг-1, которые работают следующим образом: сначала сигнал поступает на микросхему D-2, после которой с помощью диода Д-3 идет на выход схемы 3п-1 и с помощью диода Д-2 на микросхему D-1, после которой с помощью диода Д-1 идет на выход схемы 3п-1 и с помощью диода Д-5 на микросхему D-3, после которой с помощью диода Д-4 идет на выход схемы 3п-1. Диоды 1-4 служат для развязки входов и выходов указанных микросхем. Задание длительности и очередности импульсов, составляющих сигнал, создается с помощью резисторов R-1-R-7 номиналом 50 килоом и конденсаторами номиналом 1 микрофарад. Затем импульсы, составляющие сигнал, с указанных микросхем поочередно поступают на схему 3п-2. Схема 3п-2-работает следующим образом: сначала импульс, полученный на микросхеме D-2 схемы 3п-1, через диод Д-3 поступает на схему 3п-2 на делитель напряжения, собранный на резисторе R-2. Указанный резистор уменьшает амплитуду указанного импульса по форме задаваемого сигнала. Затем с делителя напряжения указанный импульс через развязывающий диод Д-2 поступает на усилитель, собранный на транзисторе Т-1 номиналом КТ-315 или любой аналогичный. Затем импульс, полученный на микросхеме D-1 схемы 3п-1, через диод Д-1 поступает на схему 3п-2 на резистор R-2 и через развязывающий диод Д-1 указанный импульс с полной амплитудой поступает на усилитель, собранный на транзисторе Т-1. Затем импульс, полученный на микросхеме D-3 схемы 3п-1, через диод Д-4 поступает на схему 3п-2 на делитель напряжения, собранный на резисторе R-3. Указанный резистор уменьшает амплитуду указанного импульса по форме задаваемого сигнала. Затем с указанного делителя напряжения указанный импульс через развязывающий диод Д-3 поступает на усилитель, собранный на транзисторе Т-1. В усилитель, собранный на транзисторе Т-1, входят так же резисторы R-5 и R-6. Указанный усилитель в данном случае находится в составе схемы 3п-1, но может находиться и в составе схемы 3у-1. Указанный усилитель усиливает полученный сигнал по мощности. В состав схемы 3п-2 входит также ограничитель длительности и/или амплитуды сигнала, который работает следующим образом: как только нагрузка на данный каскад усиления и преобразования становится выше максимальной, то и ток становится выше максимально допустимого, поэтому образуется токовый сигнал, который приходит на усилитель токового сигнала, собранный на транзисторе Т-3 и резисторе R-4. Затем токовый сигнал поступает на цепочки, состоящие из диодов Д-5, Д-6, резисторов R-5, R-6 и конденсаторов. Указанные цепочки совместно с микросхемой D-1 служат для задания ограничения длительности сигнала. Ограничение длительности сигнала происходит следующим образом: с резистора R-2 импульс через развязывающий диод Д-7 поступает на микросхему D-1, где его длительность увеличивается до суммы длительностей всех задействованных импульсов и с микросхемы D-1 поступает на базу транзистора Т-2, который своим коллектором соединен с эмиттером транзистора Т-1 и подает на него напряжение питания. Когда ток каскада усиления и преобразования в норме, то токовый сигнал отсутствует и длительность сигнала, открывающего транзистор Т-2, не ограничивается, поэтому транзистор Т-2 открыт и на транзисторе Т-1 есть питание в течение всей длительности сигнала, присутствующего на транзисторе Т-1. Когда ток каскада усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, то и максимальный ток потребления соединенного с ним источника питания может стать выше максимально допустимого, если указанный источник питания рассчитан на тот же ток, что и указанный каскад усиления и преобразования. Когда ток каскада усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, то образуется токовый сигнал и длительность сигнала, открывающего транзистор Т-2, ограничивается, поэтому ограничивается и длительность сигнала, усиливаемого на транзисторе Т-1. Ограничение амплитуды сигнала происходит следующим образом: когда ток каскада усиления и преобразования становится выше максимально допустимого, то образуется токовый сигнал, который открывает транзистор Т-3. С коллектора транзистора Т-3 токовый сигнал поступает на делитель напряжения на резисторе R-7 и развязывающий диод Д-4 и ограничивает амплитуду сигнала, присутствующего на транзисторе Т-1. Когда токовый сигнал отсутствует, то амплитуда сигнала, присутствующего на транзисторе Т-1, остается без изменений. Затем сигнал с коллектора транзистора Т-1 схемы 3п-2 поступает на схему 3у-1. Схема 3у-1 представляет собой усилитель мощности, собранный на микросхеме К174 УН-1 или по любой другой аналогичной схеме. Затем сигнал поступает на схему 3у-2. Схема 3у-2 представляет собой усилитель мощности, собранный на транзисторах Т-1, Т-2 и резисторах R-1, R-2, R-3. Диоды Д-1, Д-2, Д-3 и резистор R-4 служат для защиты выходного транзистора Т-2 от обратного напряжения, возникающего при работе схемы. Диоды Д-1, Д-3 и резистор R-4 на каскаде усиления и преобразования, подключенного к источнику питания с наибольшим напряжением или к обмотке трансформатора с наименьшим количеством витков, можно не применять на указанном каскаде усиления и преобразования из-за увеличения выходного сопротивления. Со схемы 3у-2 сигнал поступает на одну из первичных обмоток трансформатора, в данном случае - на третью обмотку. Схема 3у-3 представляет собой датчик тока, который при увеличении тока данного каскада усиления и преобразования подает токовый сигнал на схему 3п-2. Схема 3у-3 собрана на шунте, применяемом для измерительных приборов или по любой аналогичной схеме. С шестой обмотки трансформатора сигнал подается на общую нагрузку. С седьмой обмотки трансформатора сигнал подается на схему 1-3, которая совместно со схемой 1-2 обеспечивает стабилизацию выходного напряжения путем изменения длительности. Схема 1-3 работает следующим образом: напряжение с обмотки 7 трансформатора подается на резистор R-1, на котором выставляется нужная величина указанного напряжения при отсутствии общей нагрузки. Затем указанное напряжение выпрямляется на диоде Д-1 и поступает на выводы 1, 3 оптопары ОЭП-1. Между выводами 2, 4 оптопары ОЭП-1 находится изменяемое сопротивление, которое в свою очередь изменяет усиление схемы 1-2 следующим образом: Схема 1-2 представляет собой усилитель постоянного напряжения на транзисторе Т-1 и резисторах R-1, R-2, в базовую цепь которого включено изменяемое сопротивление между выводами 2, 4 оптопары ОЭП-1. Со схемы 1-2 усиленное постоянное напряжение поступает на делители напряжения R-1-R-7 схем 3п-1 всех каскадов усиления и преобразования. Указанные делители напряжения R-1-R-7 схем 3п-1 задают длительность и очередность импульсов, составляющих сигнал (см. изложенное выше). Изменение длительности выходного сигнала происходит следующим образом: если общей нагрузки нет или она минимальная, то сигнал, который подается на схему 1-3, довольно сильный, и изменяемое сопротивление между выводами 2, 4 оптопары ОЭП-1 минимально, поэтому транзистор Т-1 усилителя постоянного напряжения схемы 1-2 открывается и отрицательное постоянное напряжение подается на делители напряжения R-1-R-7 схем 3п-1 всех каскадов усиления и преобразования. Указанное напряжение уменьшает длительность импульсов, составляющих сигнал, а значит и длительность самого сигнала. Как только на обмотке 6 выходного трансформатора появляется общая нагрузка, то величина сигнала, который подается на схему 1-3, уменьшается и изменяемое сопротивление между выводами 2, 4 оптопары ОЭП-1 увеличивается, поэтому транзистор Т-1 усилителя постоянного напряжения схемы 1-2 закрывается и отрицательное постоянное напряжение, которое подается на делители напряжения R-1-R-7 схем 3п-1 всех каскадов усиления и преобразования, уменьшается, а положительное увеличивается. Положительное напряжение увеличивает длительность импульсов, составляющих сигнал, а значит, и длительность самого сигнала. Как видно из вышеизложенного, увеличиваются по длительности все части, составляющие выходной сигнал, а значит и сам выходной сигнал, поэтому напряжение на выходе стабилизируется.

Питание рассматриваемого устройства осуществляется как от источников с напряжением питания, заданным по форме выходного сигнала (см. фиг.5), так и от источников с одинаковым напряжением питания (см. фиг.6). Питание схемы 1-1, 1-2 осуществляется с помощью диодов 3-3. При осуществления питания данного устройства от источников с напряжением питания, заданным по форме выходного сигнала (см. фиг-5), все первичные обмотки трансформатора имеют одинаковое количество витков, а стабилизатор на микросхеме КРЕН схемы 1-1 имеет напряжение стабилизации, равное напряжению источника с наименьшей амплитудой постоянного напряжения питания. При осуществлении питания данного устройства от источников с одинаковым напряжением питания (см. фиг.6) первичные обмотки трансформатора имеют количество витков, заданное по форме выходного сигнала, а стабилизатор на микросхеме КРЕН схемы 1-1 имеет напряжение стабилизации, равное напряжению каждого источника постоянного напряжения питания. Таким образом, данное устройство, создавая различные комбинации импульсов на микросхемах D-1, D-2, D-3 схемы 3п-1, может создавать любой оптимальный для общей нагрузки сигнал на выходе данного устройства.

На фиг.7, фиг.9, фиг.11 представлены графики построения форм выходного сигнала и способы построения данных форм, а на фиг.8, фиг.10, фиг.12 представлены некоторые формы выходного сигнала. На графиках, представленных на фиг.7, фиг.9, фиг.11, в столбце А указаны номера задействованных каскадов. В столбце Б указаны длительность, количество и очередность импульсов, составляющих сигнал и присутствующих на микросхемах D-1, D-2, D-3 схемы 3п-1. Какая именно микросхема выдает какую длительность, какое количество и какая очередность импульсов указаны штриховкой и номером микросхемы. В столбце В представлены формы сигналов каскадов усиления и преобразования, составляющих выходной сигнал. На фиг.8 указанные сигналы являются сигналами прямоугольной формы. Как видно на фиг.8, задний фронт предыдущего сигнала смыкается с передним фронтом последующего и на обмотки выходного трансформатора сигналы поступают поочередно. Такое построение выходного сигнала имеет недостатки. Дело в том, что на практике достаточно тяжело согласовать задний фронт предыдущего сигнала с передним фронтом последующего, что приводит к следующим явлениям: если передний фронт последующего сигнала расположится раньше, чем задний фронт предыдущего сигнала, то это приведет к резкому увеличению тока и к выходу из строя выходного транзистора схемы 3у-2; если передний фронт последующего сигнала расположится не сразу, а позже, чем задний фронт предыдущего сигнала, то такой сигнал будет иметь форму частоты и перестанет согласовываться с выходным трансформатором и общей нагрузкой, а это приведет или к резкому увеличению тока или к уменьшению выходной мощности. Применение же конденсатора, подключенного к обмоткам выходного трансформатора, ведет к сглаживанию и уменьшению мощности устройства. Построение формы сигнала, представленное на фиг.9, фиг.10, фиг.11, фиг.12, не имеет указанных недостатков, потому что на две обмотки выходного трансформатора сигналы поступают одновременно следующим образом: или так, как показано на фиг.5, где постоянное напряжение питания осуществляется от источников с напряжением питания, заданным по форме выходного сигнала и с одинаковым количеством витков на первичных обмотках трансформатора, или так, как показано на фиг.6, где постоянное напряжение питания осуществляется от источников с одинаковым напряжением питания и с количеством витков на первичных обмотках трансформатора, заданным по форме выходного сигнала. То есть различие между фиг.5 и фиг.6 заключается только в напряжении питания и в первичных обмотках трансформатора. В остальном же все элементы схемы и работа данного устройства одинаковы. Если устройство собрано так, как показано на фиг.5, то сначала полностью открывается выходной транзистор схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 3а и на первой первичной обмотке трансформатора появляется напряжение питания первого каскада усиления и преобразования. Так как каскад усиления и преобразования 3а подключен к источнику с напряжением питания пять вольт, а первичные обмотки трансформатора имеют одинаковое количество витков, то на всех остальных первичных обмотках трансформатора так же появляется напряжение пять вольт. Одновременно с каскадом усиления и преобразования 3а каскад усиления и преобразования 3б подает пять вольт на вторую обмотку трансформатора от своего источника питания. Так как напряжение источника питания каскада усиления и преобразования 3б составляет десять вольт, то выходной транзистор схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 36 открывается с ограничением до пяти вольт способом, указанным выше. Затем выходной транзистор схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 3а закрывается, а выходной транзистор схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 3б открывается полностью, при этом с ограничением амплитуды открывается выходной транзистор схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 3д. При работе указанного устройства с ограничением амплитуды выходных транзисторов схем 3у-2 каскадов усиления и преобразования потери по теплу невелики, так как основной ток приходится на те транзисторы схем 3у-2, которые открыты полностью, а ток, возникающий при переходных процессах указанных схем, имеет кратковременный импульсный характер. Далее процесс протекает аналогично, так как это показано на графике фиг.8. На указанном графике видно (указанно двойной штриховкой), что микросхема, создающая последующую ступень сигнала каскада усиления и преобразования, открывается чуть раньше, чем закрывается микросхема, создающая предыдущую ступень сигнала каскада усиления и преобразования. Это делается для того, чтобы указанный сигнал получался монолитным, без перерывов. Благодаря вышеизложенному, выходной сигнал также получается монолитным, без перерывов. На фиг.6 представлено данное устройство с источниками с одинаковым напряжением питания и с количеством витков на первичных обмотках трансформатора, заданным по форме выходного сигнала. Работа данного устройства, изображенного на фиг.6, заключается в следующем: первая обмотка трансформатора имеет наибольшее количество витков, поэтому, когда на нее поступает напряжение питания 12 вольт от схемы 3у-2 каскада усиления и преобразования 3а, то на второй и последующих обмотках, имеющих меньшее количество витков, образуется меньшее чем 12 вольт, напряжение, и в соответствии с указанным напряжением схема 3у-2 каскада усиления и преобразования 3б ограничивает амплитуду напряжения 12 вольт каскада усиления и преобразования 3б, подаваемого на вторую обмотку указанным выше способом и так далее. То есть когда это нужно, ограничение амплитуды напряжения, подаваемого на первичные обмотки трансформатора, происходит от одинакового напряжения питания и подстраивается к количеству витков указанных обмоток. В остальном устройство работает описанным выше способом. Как видно из вышеизложенного, данное устройство на каждом каскаде усиления и преобразования может создавать любые формы сигнала. Увеличивая количество каскадов усиления и преобразования и источников питания, можно неограниченно увеличивать выходную мощность, а так как к каждому каскаду усиления и преобразования подсоединена своя обмотка трансформатора или свой трансформатор, то количество указанных трансформаторов так же увеличивается. Увеличивать выходную мощность возможно благодаря схемам 3п-2, 3п-1, 1-2, 1-3 по следующим причинам: в рассматриваемом устройстве при увеличении количества каскадов усиления и преобразования и источников питания на одном или нескольких каскадах усиления и преобразования нагрузка может быть выше максимальной из-за разницы параметров указанных каскадов усиления и преобразования и источников питания, при этом ток так же будет выше максимального, что приведет к выходу указанных каскадов из строя. Благодаря схемам 3п-2 и 3у-3, в указанном случае амплитуда и/или длительность сигнала, присутствующего на указанных каскадах усиления и преобразования, уменьшатся, и ток на указанных каскадах останется максимальным. При этом амплитуда выходного сигнала может уменьшиться. Если это происходит, то, благодаря схемам 1-2, 1-3, 3п-1, амплитуда и/или длительность на всех каскадах усиления и преобразования увеличатся, кроме тех, которые работают с максимальным током. На тех каскадах усиления и преобразования, которые работают с максимальным током, амплитуда и/или длительность не могут увеличиться из-за работы схем 3п-2, значит, ток, мощность, нагрузка и параметры указанных каскадов остаются максимальными. Таким образом, произойдет перераспределение общей нагрузки между каскадами усиления и преобразования. Если ток так же будет выше максимального на всех каскадах усиления и преобразования, то амплитуда выходного сигнала уменьшается, при этом устройство сохраняет работоспособность. Увеличивать выходную мощность целесообразно группами каскадов усиления и преобразования и подключенных к ним выходных согласующих элементов, где каждая из указанных групп повторяет форму выходного сигнала.

Предложен преобразователь переменного сигнала, включающий N параллельно соединенных каскадов усиления переменного сигнала, где N - натуральное число, в котором имеется два и более источников постоянного напряжения, при этом каждый источник постоянного напряжения является блоком питания своего индивидуального каскада усиления переменного сигнала, отличающийся тем, что преобразователь переменного сигнала имеет прямое (непосредственное) соединение нагрузки с выходом и включает N количество соединенных каскадов усиления и преобразования переменного сигнала из сигнала прямоугольной формы в сигнал любой заданной формы, питание каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя осуществляется от источника питания, который является общим для любого или любых или всех каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя или двух, или более источников постоянного напряжения, каждый из которых является источником питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, и с заданным (рассчитанным) по форме выходного задаваемого сигнала напряжением питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, также в указанный преобразователь переменного сигнала введены блоки защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически равномерно распределяющие общую нагрузку на каскады усиления и преобразования так, что ток на один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования. Выходной согласующий элемент (трансформатор) на первичных обмотках, подключенных к каскадам усиления и преобразования, имеет количество витков, рассчитанных по формуле выходного задаваемого сигнала, при этом на каскадах усиления и преобразования переменный сигнал по форме задаваемого выходного сигнала изменяется по длительности, затем на выходном согласующем элементе (трансформаторе) переменные сигналы, полученные на каскадах усиления и преобразования, суммируются в сигнал любой заданной формы. Два или более каскадов усиления переменного сигнала выполнены с трансформаторным либо иным выходом, исключающим прямой контакт выходов каскадов усиления и преобразования между собой. Введены схемы защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически перераспределяющие общую нагрузку выше максимально допустимой на каскады усиления и преобразования. Выходные согласующие элементы (трансформаторы) имеют рассчитанные по форме задаваемого выходного сигнала усиление (трансформацию) между первичными и вторичной (ми) обмотками, при этом на каждом каскаде усиления и преобразования переменный сигнал прямоугольной формы изменяется по длительности, при этом изменение по длительности происходит по форме задаваемого выходного сигнала. В преобразователь переменного сигнала введены схемы стабилизации выходного напряжения путем изменения амплитуды и длительности на объединенных входах каскадов усиления и преобразования переменного сигнала. Входящие в состав каскадов усиления и преобразования переменного сигнала диоды, которые объединены между собой по анодам или катодам соединением, осуществляют питание управляющего блока генератора-мультивибратора, причем каждый указанный диод подключен к своему источнику питания постоянного напряжения. Технический результат - высокий КПД, низкие потери по теплу и мощности, а также низкая себестоимость. 6 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Преобразователь переменного сигнала, включающий N параллельно соединенных каскадов усиления переменного сигнала, где N - натуральное число, в котором имеются два и более источников постоянного напряжения, при этом каждый источник постоянного напряжения является блоком питания своего индивидуального каскада усиления переменного сигнала, отличающийся тем, что преобразователь переменного сигнала имеет прямое (непосредственное) соединение нагрузки с выходом и включает N количество соединенных каскадов усиления и преобразования переменного сигнала из сигнала прямоугольной формы в сигнал любой заданной формы, питание каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя осуществляется от источника напряжения питания, который является общим для любого или любых или всех каскадов усиления и преобразования переменного сигнала указанного преобразователя или двух и более источников постоянного напряжения, каждый из которых является источником питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, и с заданным (рассчитанным) по форме выходного задаваемого сигнала напряжением питания своего индивидуального каскада усиления и преобразования переменного сигнала, также в указанный преобразователь переменного сигнала введены блоки защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически равномерно распределяющие общую нагрузку на каскады усиления и преобразования так, что ток на один или несколько каскадов усиления и преобразования уменьшается, а нагрузка на эти один или несколько каскадов усиления и преобразования перераспределяется на другие каскады усиления и преобразования.

2. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что выходной согласующий элемент (трансформатор) на первичных обмотках, подключенных к каскадам усиления и преобразования, имеет количество витков, рассчитанное по форме выходного задаваемого сигнала, при этом на каскадах усиления и преобразования переменный сигнал по форме задаваемого выходного сигнала изменяется по длительности, затем на выходном согласующем элементе (трансформаторе) переменные сигналы, полученные на каскадах усиления и преобразования, суммируются в сигнал любой заданной или приближенный к заданной формы.

3. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что два или более каскадов усиления переменного сигнала выполнены с трансформаторным либо иным выходом, исключающим прямой контакт выходов каскадов усиления и преобразования между собой.

4. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что введены схемы защиты и согласования преобразователя переменного сигнала, автоматически перераспределяющие общую нагрузку выше допустимой на каскады усиления и преобразования.

5. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что выходные согласующие элементы (трансформаторы) имеют рассчитанное по форме задаваемого выходного сигнала усиление (трансформацию) между первичными и вторичной(ми) обмотками, при этом на каждом каскаде усиления и преобразования переменный сигнал прямоугольной формы изменяется по длительности, при этом изменение по длительности происходит по форме задаваемого выходного сигнала.

6. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что в преобразователь переменного сигнала введены схемы стабилизации выходного напряжения путем изменения амплитуды и длительности на объединенных входах каскадов усиления и преобразования переменного сигнала.

7. Преобразователь переменного сигнала по п.1, отличающийся тем, что входящие в состав каскадов усиления и преобразования переменного сигнала диоды, которые объединены между собой по анодам или катодам соединением, осуществляют питание управляющего блока генератора-мультивибратора, причем каждый указанный диод подключен к своему источнику питания постоянного напряжения.