ПРЕЦИЗИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ С ВЫСОКИМ КПД Российский патент 2014 года по МПК H03F3/00 

Описание патента на изобретение RU2514928C2

Область техники.

Данный усилитель аналоговых сигналов относится к области радиотехники для использования в качестве прецизионного усилителя низких частот большой мощности, созданного на основе полупроводниковых приборов.

Уровень техники.

Известен усилитель мощности, работающий в классе D по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Принцип его работы состоит в том, что усиливаемый аналоговый сигнал преобразуется в ШИМ-последовательность, далее импульсы ШИМ-последовательности усиливают, после чего ШИМ-последовательность демодулируют, выделяя, таким образом, усиленный аналоговый сигнал. Такой усилитель обеспечивает высокие показатели КПД, однако не обеспечивает достаточной линейности и прецизионности, особенно в области малых сигналов.

Помимо этого известен аналоговый усилитель мощности на полупроводниковых элементах, работающий в линейном режиме и обладающий низким показателем коэффициента нелинейных искажений в области малых сигналов, однако имеющий низкие показатели КПД.

Раскрытие изобретения.

В качестве прототипа был выбран гибридный усилитель цифровых сигналов (патент RU 2281607 С2), основанный на принципе разбиения динамического диапазона усиливаемого сигнала на две области - область малых значений и область больших значений, и далее раздельное усиление полученных в результате такой сепарации сигналов. Повышение качества усиленного сигнала обеспечивается за счет усиления слабого сигнала маломощным аналоговым прецизионным усилителем, а сильного - экономичным мощным усилителем, работающим в режиме класса D.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, обусловлен тем, что входной аналоговый сигнал не разделяется на различные каналы усиления, а одновременно заводится на прецизионный линейный усилитель (поз.2 на фиг.) и мощный двухтактный усилитель класса D (поз.3 на фиг.). После фильтра нижних частот выходной сигнал импульсного усилителя складывается с выходным сигналом аналогового усилителя, при этом оба канала усиления охвачены общей обратной связью. Сложение происходит таким образом, что в результирующем сигнале основную долю составляет сигнал, усиленный усилителем класса D, а небольшие сигналы ошибки, обусловленные особенностями работы импульсного усилителя, отрабатываются прецизионным аналоговым усилителем, в результате чего достигается прецизионность и малые значения коэффициента нелинейных искажений при высоких значениях КПД прибора.

За счет изменения коэффициента усиления усилителя обратной связи достигается возможность менять коэффициент усиления всего усилителя в широких пределах в отличие от прототипа. Наличие общей обратной связи позволяет получить стабилизированный ток через нагрузку усилителя независимо от ее меняющихся параметров, что расширяет область его применения.

Поскольку система работает с аналоговыми сигналами, она лишена в отличие от прототипа погрешностей дискретизации и квантования и является действительно прецизионной. Система может работать с сигналами низкой частоты (от 0 Гц до 20 кГц), что обусловлено собственной частотой импульсного источника, работающего по принципу ШИМ.

Двухтактный усилитель предложенной компоновки обладает большей надежностью по сравнению с прототипом: при выходе из строя аналогового усилителя система остается полностью работоспособной, лишь появляются небольшие искажения, присущие усилителям класса D в области малых сигналов. В подобной ситуации прототип либо не будет работать совсем, если Uвx1(t) меньше U1(t), либо появятся существенные искажения, если Uвx1(t) больше U1(t), т.к. за усиление малых сигналов отвечает только аналоговый усилитель.

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов отвечает требованию поставленной задачи объединения положительных качеств приборов подобного класса с целью получения высоких показателей КПД при сохранении высоких показателей линейности и прецизионности, а также увеличиваются показатели стабильности работы прибора.

Описание блок-схемы.

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов большой мощности с высоким КПД состоит из буферного усилителя (поз.1), необходимого для согласования входного сигнала, сигнал от которого поступает на прецизионный линейный усилитель (поз.2) и мощный двухтактный усилитель класса D (поз.3). Далее сигнал от блоков усиления поступает на сумматор (поз.4) и на нагрузку. Общий сигнал обратной связи с последовательно подключенного к нагрузке опорного сопротивления через ПИД-регулятор (поз.5) подается на прецизионный линейный усилитель и мощный двухтактный усилитель класса D.

Похожие патенты RU2514928C2

название год авторы номер документа
Способ усиления электрических и радиосигналов и устройство для его реализации - аналого-цифровой усилитель электрических и радиосигналов 2018
  • Панычев Сергей Николаевич
  • Самоцвет Николай Андреевич
  • Шит Амер Фархан
RU2730409C2
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА D 2001
  • Александров В.А.
  • Майоров В.А.
  • Полканов К.И.
RU2188498C1
Устройство усиления аналоговых сигналов 2020
  • Александров Владимир Александрович
  • Маркова Любовь Васильевна
  • Казаков Юрий Витальевич
RU2749015C1
Широтно-импульсный модулятор канала усилителя класса D 2022
  • Александров Владимир Александрович
  • Казаков Юрий Витальевич
RU2796945C1
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ И ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Аванесян Гарри Романович
RU2281607C2
УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА ABD ДЛЯ ГИДРОАКУСТИКИ 2013
  • Александров Владимир Александрович
  • Казаков Юрий Витальевич
RU2526280C1
РАДИОПЕРЕДАТЧИК С ДВУХТАКТНЫМ МОДУЛЯТОРОМ 1991
  • Ткаченко Д.А.
  • Токмаков В.Г.
RU2007869C1
РАДИОФОТОННЫЙ ПЕРЕДАЮЩИЙ ТРАКТ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ МОЩНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ И ЭФФЕКТИВНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ АНТЕНН 2018
  • Зайцев Дмитрий Феоктистович
RU2674074C1
Усилитель класса D с параметрическим управлением 2022
  • Александров Владимир Александрович
  • Калашников Сергей Александрович
  • Маркова Любовь Васильевна
RU2795793C1
Усилитель класса D 2022
  • Александров Владимир Александрович
  • Маркова Любовь Васильевна
RU2794346C1

Реферат патента 2014 года ПРЕЦИЗИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ С ВЫСОКИМ КПД

Прецизионный усилитель аналоговых сигналов большой мощности с высоким КПД относится к области радиотехники для использования в качестве прецизионного УНЧ, созданного на основе полупроводниковых приборов. Достигаемый технический результат - достижение прецизионности и малых значений коэффициента нелинейных искажений при высоких значениях КПД. Прецизионный усилитель аналоговых сигналов содержит буферный усилитель, мощный усилитель класса D с высоким КПД, линейный усилитель с малым коэффициентом нелинейных искажений, общий усилитель обратной связи, фильтр нижних частот, при этом входной аналоговый сигнал одновременно поступает на прецизионный линейный усилитель с малым коэффициентом нелинейных искажений и мощный усилитель класса D с высоким КПД, выходные сигналы складываются на сумматоре, оба канала охвачены общей обратной связью. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 514 928 C2

Двухтактный усилитель аналоговых сигналов, содержащий буферный усилитель, усилитель класса D с высоким КПД, линейный усилитель с малым коэффициентом нелинейных искажений, общий усилитель обратной связи, фильтр нижних частот, отличающийся тем, что входной аналоговый сигнал не разделяется на различные каналы усиления, а одновременно поступает на прецизионный линейный усилитель и мощный усилитель класса D, выходные сигналы складываются на сумматоре таким образом, что в результирующем сигнале основную долю составляет сигнал, усиленный усилителем класса D, а небольшие сигналы ошибки, обусловленные особенностями работы такого усилителя, отрабатываются прецизионным аналоговым усилителем.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2514928C2

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ И ГИБРИДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Аванесян Гарри Романович
RU2281607C2
ДВУХТАКТНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2000
  • Хмельницкий С.Л.
  • Лебедев А.А.
  • Никифоров Н.В.
RU2193273C2
ПРЕЦИЗИОННЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2011
  • Прокопенко Николай Николаевич
  • Белич Сергей Сергеевич
  • Серебряков Александр Игоревич
RU2444119C1
US 20110243040 А1, 06.10.2011

RU 2 514 928 C2

Авторы

Галялтдинов Мансур Кешафович

Нурмамятов Илья Алиллаевич

Фаттахов Яхъя Валиевич

Фахрутдинов Альберт Ринатович

Даты

2014-05-10Публикация

2012-07-17Подача