Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) Российский патент 2017 года по МПК H03F3/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии.

Известен резонансный усилитель мощности, содержащий входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из емкости С и индуктивности входной обмотки силового трансформатора, а также из устройства обратной связи между обмотками входного и силового трансформатора, резонансный усилитель мощности содержит n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=2,3,…m, а обратная связь выполнена в виде устройства, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора, мощность каждого последующего n-го силового трансформатора связана с мощностью предыдущего n-1-го силового трансформатора соотношением: P_n=кP_n-1, где к - коэффициент усиления одного каскада (Резонансный усилитель мощности. Пат. РФ №2517378, заявл. 17.10.2012, опубл. 27.05.2014. Бюл. №15).

В варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде блока бесперебойного питания, вход которого соединен с вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход - с первичной обмоткой входного трансформатора.

В другом варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде однонаправленной индуктивности, вход которой соединен со вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход - с первичной обмоткой входного трансформатора.

Недостатком известного устройства является большая масса сердечников и катушек и невысокий коэффициент усиления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является резонансный параметрический усилитель мощности, состоящий из двух групп плоских катушек самоиндукции с железным сердечником, соединенных с емкостью и образующих резонансный контур, катушки самоиндукции установлены на двух параллельных плоскостях по периферии двух параллельных окружностей, между обращенными друг к другу сторонами катушек выполнено узкое пространство в виде щели, в которой помещен металлический диск с возможностью вращения, имеющий на периферии вырезы в виде зубцов, количество зубцов равно количеству пар катушек, середины зубцов расположены на окружности, совпадающей с окружностью, проходящей через центр катушек самоиндукции. (И. Греков. Резонанс.- Госэнергоиздат, 1952, с. 60-84).

Недостатком известного способа и устройства для усиления колебаний является использование только одного параметра резонансного контура индуктивности и ограниченная мощность из-за нелинейной зависимости индуктивности катушки с железным сердечником от тока в катушке самоиндукции. Другим недостатком является снижение добротности резонансного контура из-за включения сопротивления нагрузки в цепь резонансного контура.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров устройства и способа усиления электрических сигналов от величины нагрузки.

Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления электрических сигналов и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки.

Технический результат достигается тем, что в устройстве усиления электрических сигналов, содержащем две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, прибор для периодического изменения параметров резонансного контура выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов параллельно соединены между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, катушки индуктивности, попарно соединенные последовательно между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки каждой катушки индуктивности образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через выпрямитель или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой, все понижающие резонансные трансформаторы присоединены к нагрузке параллельно по постоянному току после выпрямителя или по переменному току после инвертора.

В варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

В другом варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

В варианте устройства каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

В варианте устройства источники света выполнены в виде светодиодов.

В другом варианте устройства источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве усиления электрических сигналов, содержащее две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, отличающееся тем, что прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1,2,3… натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, катушки индуктивности, попарно соединенные последовательно между собой и с емкостью и образующие общий резонансный контур, соединены через выпрямитель или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

В варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

В другом варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источкики света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

В варианте устройства каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

В варианте устройства источники света выполнены в виде светодиодов.

В другом варианте устройства источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве усиления электрических сигналов, содержащем две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, все катушки индуктивности, соединенные последовательно между собой, n-парами солнечных элементов и с емкостью, образуют общий резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, все дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют общую вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через выпрямитель блок или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

В варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

В другом варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

Еще в одном варианте устройства каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

В варианте устройства источники света выполнены в виде светодиодов.

В другом варианте устройства источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве усиления электрических сигналов, содержащем две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 00 кГц, все катушки индуктивности, соединенные последовательно между собой, с n-парами солнечных элементов и с емкостью, образуют общий резонансный контур, который соединен через второй резонансный контур, выпрямитель и инвертор с нагрузкой

В варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

В другом варианте устройства каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

Еще в одном варианте устройства каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

В варианте устройства источники света выполнены в виде светодиодов.

В другом варианте устройства источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

Технический результат достигается также тем, что в способе усиления электрических сигналов, включающем периодическое изменение параметров резонансного контура путем изменения энергии электромагнитного поля в установленных попарно и соосно катушках индуктивности резонансного контура и возбуждения электромагнитных колебаний в резонансном контуре, в зазоре между катушками индуктивности устанавливают пары замкнутых друг на друга электродами разной полярности солнечных элементов, пары солнечных элементов соединяют параллельно друг с другом и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы освещают импульсным излучением с частотой 100 Гц - 100 кГц, возбуждают в катушках индуктивности и в солнечных элементах колебания электромагнитного поля, изменяют индуктивность резонансного контура с частотой f_c, в два раза большей резонансной частоты f₀ резонансного контура, f_c=2 f₀, возбужденные в резонансном контуре колебания преобразуют по напряжению в резонансном высокочастотном трансформаторе Тесла, передают электрические колебания на понижающий резонансный трансформатор Тесла, усиливают электрические колебания по току в резонансном контуре понижающего трансформатора Тесла и через выпрямитель и инвертор передают электрическую энергию в нагрузку.

В варианте способа в качестве первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла используют катушки индуктивности резонансного контура.

В варианте способа установленные попарно соосно с зазором катушки индуктивности соединяют незамкнутым сердечником из ферромагнитного материала, а источники света устанавливают в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

В варианте способа в качестве источников импульсного излучения используют высокочастотные источники света, например, светодиоды или автокатодные люминесцентные лампы.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1, 2, 3, 4, 5.

На фиг. 1 представлена электрическая блок-схема устройства и способа усиления электрических сигналов с использованием солнечных элементов для изменения индуктивности и емкости в независимых резонансных контурах с двумя трансформаторами Тесла в каждом резонансном контуре.

На фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства и способа усиления электрических сигналов с использованием солнечных элементов для изменения индуктивности и емкости общего резонансного контура с двумя резонансными трансформаторами Тесла.

На фиг. 3 - электрическая блок-схема устройства и способа усиления электрических сигналов с использованием солнечных элементов для изменения 1 емкости и индуктивности общего резонансного контура с одним понижающим трансформатором Тесла.

На фиг. 4 - электрическая блок-схема устройства и способа усиления электрических сигналов с катушками индуктивности с кольцевыми ферритами и источниками света с внешней стороны катушек индуктивности.

На фиг. 5 - электрическая блок-схема устройства и способа усиления электрических сигналов с общим незамкнутым сердечником для каждой пары катушек индуктивности и источниками света в торцевой части солнечных элементов.

Устройство усиления электрических сигналов на фиг. 1 содержит две группы катушек индуктивности 1 и 2, установленных попарно с зазором 3 с торцевой поверхностью 4 в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью 5 и образующих резонансный контур 6. Прибор 7 для периодического изменения параметров резонансного контура 6, установленный в зазоре 3 между каждыми двумя катушками индуктивности 1, 2 выполнен в виде одной пары солнечных элементов 8 и 9.

Каждая пара солнечных элементов 8 и 9 соединена последовательно с емкостью 5 резонансного контура 6, солнечные элементы 8 и 9 соединены оптически с источниками 10 оптического излучения и соединены электрически с импульсным источником питания 11 с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, катушки индуктивности 1, 2 попарно соединенные последовательно между собой и с емкостью 5, образуют резонансный контур 6 первичной обмотки 12 резонансного высокочастотного трансформатора Тесла 13, каждая катушка индуктивности 1, 2 имеет дополнительную обмотку 14, дополнительные обмотки 14 каждой катушки индуктивности 1, 2 образуют вторичную обмотку 15 резонансного высокочастотного трансформатора Тесла 13, выводы вторичной обмотки 15 трансформатора Тесла соединены через понижающий резонансный трансформатор Тесла 16, выпрямитель 17 и инвертор 18 с нагрузкой 19, все понижающие резонансные трансформаторы 16 присоединены к нагрузке 19 параллельно по постоянному току после выпрямителя 17 и инвертора 18.

Солнечные элементы 8 и 9 выполнены из полупроводникового материала, например, кремния, который при отсутствии освещения прозрачен для магнитного поля катушек индуктивности 1 и 2. Для того, чтобы исключить экранирование магнитного поля металлическими электродами 20 и 21 солнечных элементов 8 и 9, электроды 20 и 21 выполнены в виде тонких полос шириной 100-200 мкм, которые размещены друг напротив друга на обоих сторонах солнечного элемента 8 и 9, при этом общая площадь электродов 20 и 21 на поверхности каждого солнечного элемента не превышает 5% площади солнечного элемента. Каждый солнечный элемент имеет р-n переход 22, обозначенный пунктирной линией.

Для того, чтобы обеспечить экранирование магнитного поля катушек индуктивности при освещении солнечных элементов, площадь каждого солнечного элемента 8 и 9 должна быть больше площади торцевой поверхности 4 катушек индуктивности 1 и 2.

Солнечные элементы 8 и 9 в каждой паре соединены перемычками 23 и 24 друг с другом электродами 20 и 21 разной полярности

На фиг. 2 все катушки индуктивности 1, 2, соединенные последовательно с парами скоммутированных электродами разной полярности солнечных элементов 8 и 9 аналогично фиг. 1 и с емкостью 25, образуют общий резонансный контур 26 первичной обмотки 27 резонансного высокочастотного трансформатора Тесла 28, каждая катушка индуктивности 1, 2 имеет дополнительную обмотку 29, все дополнительные обмотки 29 всех катушек индуктивности 1, 2 соединены последовательно и образуют общую вторичную обмотку 30 резонансного высокочастотного трансформатора Тесла 28, а выводы вторичной обмотки 30 соединены через понижающий резонансный трансформатор Тесла 31, выпрямитель 32 и инвертор 33 с нагрузкой 34.

На фиг. 3 все катушки индуктивности 1, 2 соединены последовательно между собой и с парами скоммутированных электродами разной полярности аналогично фиг. 1 солнечных элементов 8 и 9 и с емкостью 25, образуют общий резонансный контур 35, который соединен однопроводниковой линией 36 со вторым резонансным контуром 37 и через выпрямитель 38 и инвертор 39 с нагрузкой 40.

На фиг. 4 каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности 1, 2 имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники 40, а источники света 10 установлены на оси симметрично с наружной стороны 41 катушек индуктивности 1 и 2.

На фиг. 5 каждые две установленные соосно попарно с зазором 3 катушки индуктивности 1, 2 имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник 42 с зазором, размер которого равен зазору 3 между катушками индуктивности 1 и 2, а источник света 10 установлен в зазоре 3 у торцевой части 43 солнечных элементов 8 и 9.

Способ усиления электрических сигналов реализуется следующим образом.

Устанавливают попарно и соосно катушки индуктивности и соединяют их последовательно с емкостью 5 резонансного контура 34 (фиг. 1). Для одновременного изменения индуктивности и емкости резонансного контура в зазоре 3 между катушками индуктивности 1, устанавливают, по крайней мере, одну пару солнечных элементов 8 и 9 замкнутых друг на друга электродами разной полярности 20 и 21, солнечные элементы 8 и 9 соединяют последовательно с емкостью 5 резонансного контура 6, солнечные элементы 8 и 9 освещают импульсным излучением с частотой 100 Гц - 100 кГц, возбуждают в катушках индуктивности 1, 2 и в солнечных элементах 8 и 9 колебания электромагнитного поля, изменяют индуктивность и емкость резонансного контура 6, с частотой f_c, в два раза большей резонансной частоты f₀ резонансного контура, f_c=2 f₀, возбужденные в резонансном контуре 6 колебания усиливают по напряжению в резонансном высокочастотном трансформаторе Тесла 13, передают электрические колебания на понижающий резонансный трансформатор Тесла 16, возбуждают электрические колебания в резонансном контуре понижающего трансформатора Тесла 16 и через выпрямитель 17 и инвертор 18 передают электрическую энергию в нагрузку 19.

При освещении солнечных элементов 8 и 9 по всей площади солнечных элементов фототок солнечных элементов создает собственное магнитное поле и экранирует магнитное поле катушек индуктивности 1, 2, при этом энергия магнитного поля катушек индуктивности изменяется, что эквивалентно уменьшению индуктивности катушек индуктивности 1, 2. Изменение индуктивности резонансного контура 6 соответствует введению в цель резонансного контура 6 переменной индуктивности. Общая индуктивность резонансного контура изменяется от L₁+L₂ до L₁+L₂-ΔL.

Емкость солнечного элемента 8 и 9 с р-n переходом 22 складывается из зарядной (барьерной) емкости и диффузной емкости.

Зарядная (барьерная) емкость обусловлена нескомпенсированным зарядом ионизированных атомов примеси, сосредоточенным по обе стороны от границ р-n перехода 22. Эти объемные заряды неподвижны и не участвуют в процессе протекания тока. Они создают электрическое поле перехода. Зарядная (барьерная) емкость составляет 10-100 пикофарад.

Диффузионная емкость солнечного элемента 8 и 9 обусловлена изменением величины объемного заряда, вызванного изменением прямого напряжения и инжекцией неосновных носителей через область p-n перехода 22. В результате в n-базе возникает объемный заряд дырок, который практически мгновенно (за несколько наносекунд) компенсируется зарядом собственных подошедших к дыркам электронов. Диффузионная емкость составляет сотни -тысячи пикофарад. При прямом напряжении на p-n переходе 22 общая емкость определяется в основном диффузионной емкостью. При освещении солнечного элемента через p-n переход 22 протекает ток утечки в прямом направлении, при этом емкость солнечного элемента увеличивается в 5-10 раз.

При освещении солнечных элементов 8 и 9 импульсными источниками света 10 магнитное поле импульсных фототоков солнечных элементов 8 и 9 вызывает изменение энергии магнитного поля и индуктивности катушек индуктивности 1 и 2.

При выключении освещения солнечных элементов 8 эффективная самоиндукция катушек индуктивности 1 и 2 становится максимальной. Изменение индуктивности резонансного контура 6 приводит к параметрическому возбуждению электромагнитных колебаний.

Одновременно происходит изменение диффузионной емкости p-n переходов 22 солнечных элементов 8 и 9 при прямом смещении. Таким образом, при импульсном освещении солнечных элементов одновременно изменяются два параметра резонансного контура 6: емкость и индуктивность. При частоте импульсного освещения f_c в 2 раза превращающей резонансную частоту f₀ резонансного контура, происходит параметрическое возбуждение и усиление электрических сигналов, связанных с тепловым возбуждением электронов в элементах контура и наличием наведенных токов от электронного смога, связанного с наличием естественных и искусственных полей в окружающем пространстве. В проводниках и в катушках 1, 2 резонансного контура 6 существуют хаотичные флуктации электронов, энергия и амплитуда колебаний которых пропорциональна температуре окружающей среды. Как показывает теория и опыт, в резонансном контуре 6 постоянно циркулируют беспорядочные, непрерывно меняющие свое направление, частоту и величину очень слабые флуктуационные токи величиной 10^-12-10^-10 А, наведенные теплом окружающей среды, магнитным полем Земли, атмосферными разрядами, электрическими устройствами, радиоволнами. Параметрический резонансный усилитель мощности усиливает эти электрические колебания, что приводит к увеличению мощности в цепи.

Если частота f изменений параметров резонансного контура 6 в 2 раза превосходит резонансную частоту f_o, происходит усиление энергии колебаний и напряжения на катушках индуктивности 1 и 2. Трансформатор Тесла 8 усиливает электрические колебания по напряжению и передает их на высоковольтную обмотку 15 понижающего трансформатора Тесла 16, у которого низковольтная обмотка 17 с емкостью 18 настроена на резонансную частоту f_o. Электрическую энергию с трансформатора Тесла 16 передают в выпрямитель 17, преобразуют по частоте в инверторе 18 и передают в нагрузку 19.

Изменение частоты f_c осуществляют путем регулирования частоты импульсов освещения источников оптического излучения 9 с помощью импульсного источника питания 11.

Пример выполнения устройства и способа усиления электрических сигналов.

Каждая катушка индуктивности 1, 2 (фиг. 1) диаметром 100 мм, длиной 180 мм имеет 15 витков изолированного медного провода диаметром 10 мм, намотанных на кольцевом ферритовом сердечнике 40 (фиг. 4). Зазор 3 между катушками индуктивности 1, 2 составляет 20 мм, размеры солнечных элементов 125×125 мм, количество солнечных элементов 8 и 9 - 2, толщина каждого солнечного элемента с электродами 20 и 21 - 1,5 мм. Два источника света 10 на основе светодиодов общей электрической мощности 100 Вт установлены с наружной стороны 40 катушек индуктивности 1 и 2 и присоединены параллельно к импульсному источнику питания 11. Кремниевые солнечные элементы 8 и 9 установлены осесимметрично с катушками индуктивности 1 и 2. Освещение солнечных элементов 8 и 9 от источников света 11 осуществляют через внутреннюю полость катушек индуктивности 1, 2 с наружной стороны.

Каждая катушка индуктивности 1, 2 имеет дополнительную обмотку 14 с числом витков 100 с образованием вторичной обмотки 15 резонансного трансформатора Тесла 13.

Катушки индуктивности 1 и 2 соединены между собой попарно последовательно с образованием общей первичной обмотки 12 трансформатора Тесла 13 и с емкостью 5 и с парой солнечных элементов 8 и 9 с образованием резонансного контура 6 с резонансной частотой f_o=1 кГц. Дополнительные обмотки 14 катушек индуктивности соединены между собой последовательно и образуют общую вторичную обмотку 15 трансформатора Тесла 13.

Фототок солнечного элемента 8 и 9 составляет в импульсном режиме 8 А при освещенности 0,5 Вт/см².

Напряжение на входе понижающего трансформатора Тесла 16 составляет 10 кВ, выпрямленное напряжение на выпрямителе 19-500 В, напряжение на трехфазном инверторе 20 - 230/380 В, частота 50 Гц, электрическая мощность 5 кВт.

Устройство усиления электрических сигналов имеет простую конструкцию, большую мощность при изменении нагрузки, устойчиво к коротким замыканиям и может использоваться для питания радиостанций, в технологиях сварки, а также в качестве компактного высокочастотного источника питания.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в устройствах усиления электрических сигналов. Технический результат - увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров устройства от величины нагрузки. Устройство усиления электрических сигналов содержит две группы катушек индуктивности, прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, который выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… - натуральный ряд чисел, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, катушки индуктивности, которые попарно соединены последовательно между собой и с конденсатором и образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, которая через выпрямитель и инвертор соединена с нагрузкой. Заявлен также вариант устройства усиления и способ усиления, включающий периодическое изменение параметров резонансного контура. 6 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство усиления электрических сигналов, содержащее две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, отличающееся тем, что прибор для периодического изменения параметров резонансного контура выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… - натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, катушки индуктивности, попарно соединенные последовательно между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки каждой катушки индуктивности образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через выпрямитель или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой, все понижающие резонансные трансформаторы присоединены к нагрузке параллельно по постоянному току после выпрямителя или по переменному току после инвертора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде светодиодов.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

7. Устройство усиления электрических сигналов, содержащее две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, отличающееся тем, что прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… - натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости

торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, катушки индуктивности, попарно соединенные последовательно между собой и с емкостью и образующие общий резонансный контур, соединены через выпрямитель или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде светодиодов.

12. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

13. Устройство усиления электрических сигналов, содержащее две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор

для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, отличающееся тем, что прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… - натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, все катушки индуктивности, соединенные последовательно между собой, n-парами солнечных элементов и с емкостью, образуют общий резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, все дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют общую вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через диодно-конденсаторный блок или через понижающий резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

14. Устройство п. 13, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

17. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде светодиодов.

18. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

19. Устройство усиления электрических сигналов, содержащее две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между каждыми двумя катушками индуктивности, отличающееся тем, что прибор выполнен в виде n-пар солнечных элементов, где n=1, 2, 3… - натуральный ряд чисел, солнечные элементы в каждой паре соединены друг с другом электродами разной полярности, все пары солнечных элементов соединены параллельно между собой и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы соединены оптически с источниками оптического излучения, плоскости солнечных элементов параллельны плоскости торцевой поверхности катушек индуктивности, а площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой поверхности катушки индуктивности, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с

регулируемой частотой 100 Гц - 100 кГц, все катушки индуктивности, соединенные последовательно между собой, с n-парами солнечных элементов и с емкостью, образуют общий резонансный контур, который соединен через второй резонансный контур Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют встроенные по оси кольцевые ферритовые сердечники, а источники света установлены с внешней стороны катушек индуктивности.

21. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что каждые две установленные соосно попарно с зазором катушки индуктивности имеют общий незамкнутый ферритовый сердечник с зазором, размер которого равен зазору между катушками индуктивности, а источники света установлены в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

22. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси постоянный магнит.

23. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде светодиодов.

24. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.

25. Способ усиления электрических сигналов, включающий периодическое изменение параметров резонансного контура путем изменения энергии электромагнитного поля в установленных попарно и соосно катушках индуктивности резонансного контура и возбуждения электромагнитных колебаний в резонансном контуре, отличающийся тем, что в зазоре между катушками индуктивности устанавливают пары короткозамкнутых друг на друга электродами разной полярности солнечных элементов, пары солнечных элементов соединяют

параллельно друг с другом и последовательно с емкостью резонансного контура, солнечные элементы освещают импульсным излучением с частотой 100 Гц - 100 кГц, возбуждают в катушках индуктивности и в солнечных элементах колебания электромагнитного поля, изменяют индуктивность и емкость резонансного контура, с частотой f_c, в два раза большей резонансной частоты f₀ резонансного контура, f_c=2 f₀, возбужденные в резонансном контуре колебания усиливают по напряжению в резонансном высокочастотном трансформаторе Тесла, передают электрические колебания на понижающий резонансный трансформатор Тесла, усиливают электрические колебания по току в резонансном контуре понижающего трансформатора Тесла и через выпрямитель и инвертор передают электрическую энергию в нагрузку.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что в качестве первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла используют катушки индуктивности резонансного контура.

27. Способ по п. 25, отличающийся тем, что установленные попарно соосно с зазором катушки индуктивности соединяют незамкнутым сердечником из ферромагнитного материала, например из феррита, а источники света устанавливают в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

28. Способ усиления электрических сигналов, включающий периодическое изменение параметров резонансного контура путем изменения энергии электромагнитного поля в установленных попарно и соосно катушках индуктивности резонансного контура и возбуждения электромагнитных колебаний в резонансном контуре, отличающийся тем, что в зазоре между катушками индуктивности устанавливают пары короткозамкнутых друг на друга электродами разной полярности солнечных элементов, пары солнечных элементов соединяют параллельно друг с другом и последовательно с емкостью резонансного

контура, солнечные элементы освещают импульсным излучением частотой 100 Гц - 100 кГц, возбуждают в катушках индуктивности и в солнечных элементах колебания электромагнитного поля, изменяют емкость и индуктивность резонансного контура, с частотой f_c, в два раза большей резонансной частоты f₀ резонансного контура, f_c=2f₀, возбужденные в резонансном контуре колебания выпрямляют в выпрямителе и через инвертор передают электрическую энергию в нагрузку.

29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что в качестве первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла используют катушки индуктивности резонансного контура.

30. Способ по п. 28, отличающийся тем, что установленные попарно соосно с зазором катушки индуктивности соединяют незамкнутым сердечником из ферромагнитного материала, а источники света устанавливают в зазоре у торцевой части солнечных элементов.

31. Способ по п. 28, отличающийся тем, что в качестве источников импульсного излучения используют высокочастотные источники света, например светодиоды или автокатодные люминесцентные лампы.