ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА Российский патент 2012 года по МПК H03F3/20 

Данное изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового (KB) диапазона, оконечным каскадом которого является усилитель мощности.

Известны усилители мощности с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД) за счет третьей гармоники входного сигнала, описанные в источниках:

1. Патент РФ на ПМ №84649. Транзисторный усилитель мощности / А.А.Волков, Г.В.Горелов, А.С.Геннинг. Приоритет от 19.12.2008.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. Г.Л.Зейтленка - М., Связь, 1969. - С.52.

3. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В.Шахгильдяна. - М.: «Радиосвязь», 1996, - С.103-109.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является усилитель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за прототип. Во втором и третьем источнике описан аналог изобретения.

Прототип - транзисторный усилитель мощности - состоит из оконечного резонансного каскада передатчика и резонансного утроителя частоты, подключенного параллельно к оконечному каскаду, общей нагрузкой которых являются их коллекторные контуры, включенные последовательно. Так как 3-я гармоника утроителя противофазна первой гармонике усилителя, то суммарное напряжение в нагрузке имеет седловидный провал и меньший уровень по сравнению с уровнем первой гармоники, отчего режим усилителя смещается из критического или слабо перенапряженного в недонапряженный режим, где мощность и КПД меньше, чем в исходном режиме. Для возврата в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники, отчего вырастет коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=U_к1/E_к, где E_к - напряжение источника коллекторного питания, и возрастет КПД усилителя ŋ_к=0,5ξ(α₁/α₀), где α - функция Берга.

Так как оконечный каскад передатчика является самым мощным усилительным каскадом передатчика, то и параллельно подключенный к нему утроитель частоты является тоже относительно мощным, увеличивающим общую потребляемую мощность примерно на 30%, что уменьшает КПД передатчика

Основным недостатком прототипа является пониженный КПД передатчика из-за относительно высокого потребления мощности утроителем.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД усилителя передатчика за счет дополнительно введенных варактора, конденсатора и двух колебательных контуров, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, не потребляющих энергию от источника питания.

Сущность изобретения состоит в том, что в транзисторный усилитель мощности передатчика, состоящего из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным в резонанс тоже на первую гармонику входного сигнала, дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, шунтированную введенным конденсатором, и подключен через варикап параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй ее конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй конец которой соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика.

Существенным отличием изобретения являются введенные элементы, не потребляющие энергию от источника питания и формирующие третью гармонику входного сигнала и тем самым повышающие КПД передатчика.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного усилителя, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

На фиг.1 предоконечный каскад выполнен на транзисторе VT1, а оконечный - на VT2. Варактор обозначен как VD. Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом. Сигнал u_вх(t)=Ucosωt поступает на вход предоконечного каскада, который работает в режиме колебаний 2-го рода с углом отсечки θ=90° и его выходной контур настроен в резонанс на первую гармонику входного сигнала. С выхода этого контура сигнал поступает на варактор VD. Варактор имеет нелинейную вольт-кулоновую характеристику, и поэтому на его выходе имеют место гармоники входного сигнала, 3-я из которых выделяется в его нагрузочном контуре. Эта же 3-я гармоника имеет место и во вторичной обмотке этого контура, зашунтированная конденсатором С1 и соединенная одним концом с незаземленным концом вторичной обмотки контура предоконечного каскада. Второй конец второй обмотки контура утроителя подключен ко входу оконечного каскада передатчика.

На вход оконечного каскада поступает сумма напряжений первой гармоники Uк₁ и третьей гармоники Uк₃, соотношение которых Uк₃/Uк₁=0,15-0,3. Такое соотношение выполняется, так как варикап с его входным и выходным контурами образуют варакторный утроитель частоты, КПД которого равен 0,75. Так как 3-я гармоника противофазна первой, то входное и выходное напряжение оконечного каскада имеет седловидный провал (двугорбую кривую), как показано на фиг.2, а напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора при наличии третьей гармоники увеличивается, как показано на фиг.2, и режим из оптимального критического или слабо перенапряженного переходит в недонапряженный режим, где КПД и выходная мощность меньше, чем в исходном режиме. Для перехода в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники Uк₁, отчего увеличится коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=Uк₁/Eк, где Eк - напряжение источника питания, а также КПД оконечного каскада ή=0,5ξα1/α2, где α - функции Берга. Так как третья гармоника формируется из первой, то она отстает от нее, отчего двугорбая кривая суммарного напряжения будет несимметричной: один горб больше другого и будет заходить в перенапряженный режим. В этом случае нельзя увеличивать амплитуду первой гармоники для перехода в критический или слабоперенапряженный режим и тем самым нельзя увеличить КПД передатчика и его выходную мощность. Для исключения этого недостатка и введен конденсатор C1, который симметрирует двугорбую кривую, обеспечивая возможность увеличения КПД и выходной мощности.

Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение КПД передатчика на 18% (с 70% до 88%) и выходной мощности за счет введенных элементов, не потребляющих мощности источника питания.

Изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового диапазона и может быть использовано в усилителях мощности радиопередатчиков. Технический результат заключается в повышении КПД за счет третьей гармоники входного сигнала. Усилитель состоит из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным в резонанс тоже на первую гармонику входного сигнала. Дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, шунтированную введенным конденсатором, и подключен через варикап параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй ее конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй конец которой соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика. 2 ил.

Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика, состоящий из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным тоже на первую гармонику входного сигнала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, зашунтированную введенным конденсатором, и подключен через варактор параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй ее конец соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика.