ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2023 года по МПК H03F3/26 

Изобретение относиться к области радиотехники, а именно к широкополосным усилителям мощности. Предложено техническое решение, реализующее теоретическое обоснование улучшения линейности усиления широкополосных усилителей за счет отсечки верхней части полуволны при достижении уровня, равного 0,8 от максимального значения амплитуды усиливаемого гармонического колебания, что соответствует углу верхней отсечки равного 54°. Достигаемый технический результат - снижение уровня побочного излучения на гармониках несущей частоты на выходе широкополосных усилителей.

Целью изобретения является снижение уровня побочных излучений на гармониках несущей частоты широкополосными радиопередатчиками.

Поставленная цель достигается тем, что широкополосный усилитель мощности - двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером на трансформаторах с магнитной связью между обмотками отличающийся тем, что в него дополнительно введены в каждое плечо двухтактного усилителя ограничительный диод Д_О, источник постоянного напряжения отсечки Е_о и блокирующий конденсатор С_бл, при этом, ограничительный диод Д_О подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С_р на входе транзистора - усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е_о, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена, при этом, параллельно с источником постоянного напряжения отсечки, включен блокирующий конденсатор С_бл., при этом емкость блокировочного конденсатора источника Е_о выбирается из условия 1/2πƒ_н⋅С_бл<<R_o, где ƒ_н - нижняя частота рабочего диапазона, R_o - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е_о.

Для достижения поставленной цели необходима техническая реализация теоретически обоснованного способа, изложенного в работах 1. и 2. [1. «Способ снижения паразитного излучения широкополосных радиопередатчиков», Патент №2266611 от 20.12.2005. Муравченко В.Л., Катанович А.А., Еркин А.Ю., Барабанов Д.Ю. 2. Катанович А.А Муравченко В.Л. Автоматизация управления корабельными комплексами связи ВМФ. - СПб.: Судостроение. 2014.]

В работах [1] и [2] показано, что при изменении угла верхней отсечки импульса косинусоидальной формы на уровне, соответствующем углу 54 (0,942 рад.), коэффициент К_n=Р₁/Р_Г, определяющий отношение мощности первой гармоники к суммарной мощности высших гармоник, максимален и равен 6,17.

где: α₁ - коэффициент первой гармоники;

α₀ - коэффициент постоянной составляющей;

θ₀ - угол верхней отсечки, радианы.

График этой зависимости представлен на Фиг. 1. [3. Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019611961 в реестре программ для ЭВМ от 07.02.2019 г. Программа решения задачи анализа изменений отношения мощности первой гармоники к совокупной мощности высших гармоник при ограничении сверху импульсов косинусоидальной формы. Муравченко В.Л., Балахонов А.Н.].

Известен двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ) на трансформаторах с магнитной связью между обмотками [4. С.И. Дингес, Р.Ю. Иванюшкин, В.Б. Козырев, К.И. Кукк, В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2020. - 1200 с.] недостатком которого, как и других двухтактных усилителей является то, что «все нечетные гармоники токов транзисторов выделяются в основной нагрузке… [4. с. 243]». С целью снижения уровня паразитных излучений на четных и нечетных гармониках предложен (фиг. 2) двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ) на трансформаторах с магнитной связью между обмотками, отличающийся тем, что в него дополнительно введены в каждое плечо двухтактного усилителя ограничительный диод Д_О, источник постоянного напряжения отсечки Е_о и блокирующий конденсатор С_бл, при этом, ограничительный диод Д_О подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С_р на входе транзистора - усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е_о, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена, при этом, параллельно с источником постоянного напряжения отсечки, включен блокирующий конденсатор С_бл.

Работа усилителя. При включении усилителя в работу на входных клеммах усилителя появятся противофазные гармонические сигналы. На клемме с положительным потенциалом напряжение начинает возрастать до тех пор, пока напряжение на ограничительном диоде не сравняется с напряжением источника постоянного напряжения отсечки Е_о. В результате, на входе транзистора поддерживается постоянное напряжение, равное напряжению Е_о=0,809 U_m, соответствующего уровню гармонического колебания при углах равных 54° и 126°, до тех пор, пока уровень входного гармонического колебания не сравняется и снизится ниже уровня 0,809 U_m. В этом случае ограничительный диод Д_О снова запирается и напряжение на входе транзистора начинает снижаться до нуля, соответствующего окончанию положительной полуволны. Далее формируется гармонический сигнал на выходе второй половины двухтактной схемы с той разницей только, что ток в выходном трансформаторе протекает в противоположном направлении относительно тока в трансформаторе первого плеча двухтактного усилителя. Емкость блокировочного конденсатора источника Е_о выбирается из условия 1/2πƒ_н⋅С_бл<<R_o, где ƒ_н - нижняя частота рабочего диапазона, R_o - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е_о. На Фиг. 3 представлен график полуволны гармонического сигнала с обозначением уровня ограничения сверху, соответствующего углам 54° и 126°.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к широкополосным усилителям мощности. Техническим результатом изобретения является снижение уровня побочного излучения на гармониках несущей частоты на выходе широкополосных усилителей. Широкополосный усилитель мощности, выполненный в виде двухтактного усилителя мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером на трансформаторах с магнитной связью между обмотками, дополнительно содержит в каждом плече двухтактного усилителя ограничительный диод Д_О, источник постоянного напряжения отсечки Е_о и блокирующий конденсатор С_бл. Ограничительный диод Д_О подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С_р на входе транзистора-усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е_о, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена. Параллельно с источником постоянного напряжения отсечки включен блокирующий конденсатор С_бл. Емкость блокирующего конденсатора источника Е_о выбирается из условия 1/2πf_н ⋅ С_бл<<R_o, где f_н - нижняя частота рабочего диапазона, R_o - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е_о. 3 ил.

Широкополосный усилитель мощности - двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером на трансформаторах с магнитной связью между обмотками, отличающийся тем, что в него дополнительно введены в каждое плечо двухтактного усилителя ограничительный диод Д_О, источник постоянного напряжения отсечки Е_о и блокирующий конденсатор С_бл, при этом ограничительный диод Д_О подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С_р на входе транзистора-усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е_о, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена, при этом параллельно с источником постоянного напряжения отсечки включен блокирующий конденсатор С_бл, при этом емкость блокировочного конденсатора источника Е_о выбирается из условия 1/2πf_н ⋅ С_бл<<R_o, где f_н - нижняя частота рабочего диапазона, R_o - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е_о.