Генератор амплитудно-модулированных сигналов Российский патент 2025 года по МПК H04B1/04 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно силовой электроники и радиотехники. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генераторов амплитудно-модулированного выходного напряжения.

Сущность: в генераторах амплитудно-модулированного выходного напряжения применена новая схема соединения силовых транзисторов.

Известны усилители амплитудно-модулированных колебаний («Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме», В.Б. Козырев и др., М. Радио и связь. 1985 год, стр. 151-178).

Такой усилитель содержит высокочастотный двухтактный генератор и широтно-импульсный генератор класса D. Наряду с достоинствами таких усилителей известны и их недостатки, связанные с необходимостью подавления высокочастотных помех с помощью многоканальных фильтров, что значительно усложняет схему.

Аналогом является изобретение (патент № 2514932 от 20.12.1998 г.). Формирование амплитудно-модулированного сигнала в таком передатчике осуществляется путем периодической подзарядки двух индуктивных накопителей энергии, удержание их тока с помощью силовых диодов и последующей его передачи в нагрузку.

Однако этот передатчик не лишен недостатков, связанных с необходимостью применения двух дросселей и двух диодов на большой ток нагрузки.

В качестве прототипа была предложена схема генератора амплитудно-модулированного сигнала (ГАМС), описанная в патенте №2663228 от 27.06.2016 года. Предложенная схема этого генератора состоит из четырех силовых транзисторов, источника питания постоянного тока, колебательного резонансного контура с нагрузкой, двух блоков управления с четырьмя транзисторами, левого и правого плечей этих однонаправленно-соединенных транзисторов. Третий блок управления задает управляющий сигнал на правое плечо транзисторов, путем суммирования двух сигналов с различными частотами- несущей и модулирующей (первая частота больше второй на 3-4 порядка). А колебательный контур выделяет из прямоугольных по форме импульсов токов силовых транзисторов на его входе в синусоидальное напряжение

С целью упрощения и удешевления генератора амплитудно-модулированного напряжения предлагается более простая его схема, а именно - вместо четырех силовых транзисторов применяется всего два транзистора.

На фиг. 1 приведена его схема. К источнику питания постоянного тока 1 присоединено две цепи: левое плечо - два последовательно и однонаправленно соединенных транзистора (2 и 3) с небольшими силовыми дросселями (4 и 5) в их эмиттерно и коллекторных цепях. Правое плечо содержит два последовательно соединенных конденсатора, одинаковой емкости. Они выполняют роль накопителей энергии (10 и 11) для протекания импульсного тока через транзисторы и колебательный резонансный контур LC в нагрузку 9. Этот контур включен между средними точками левого плеча транзисторов с дросселями и правого плеча накопительных конденсаторов 10 и 11.

Схема ГАМС (фиг. 1) работает следующим образом. При подаче от источников питания 1 напряжения Е, конденсаторы 10 и 11 заряжаются до величины E/2 каждый, так как их емкости одинаковы. При подаче импульса управления от блока 6 на базу транзистора 2 он открывается и ток от конденсатора 11 протекает по цепи коллектор - эмиттер транзистора 2, дроссели 4, колебательный контур LC, нагрузку 9. Через половину периодов колебаний прямоугольных импульсов управления от блока 7 подается на базу транзистора 3, он открывается и ток от конденсатора 10 протекает по колебательному контуру LC и нагрузки 9, но уже в обратную сторону. Таким образом, напряжение на нагрузке меняет знак, т. е. ток через нагрузку становится двухполярным и синусоидальным (благодаря колебательному контуру LC).

Для получения амплитудно-модулированных колебаний этого тока в нагрузке используется источник модулирующего сигнала (блок 8), выход которого подключен ко входу блока 7. При этом частота управления выходным транзистором 3 меняется по закону, заданному блоком 8. Поясним это на простом примере. Известно, что несущая частота импульсов (транзистор 2) должна быть на 2-3 порядка больше частоты управляющего сигнала (блока 8). Тогда для получения на нагрузке низкочастотной синусоиды, например частотой 10 Гц, необходимо управлять верхним транзистором 3 импульсами с частотой 1000 Гц, а нижним транзистором 3 соответственно 990 Гц. На фиг. 2 показан такой случай. Здесь изображены четыре кривые:

1. Кривая номер 1: выходной синусоидальный сигнал - сумма 2-х сигналов (f1 = 1000 Гц и f2 = 990 Гц).

2. Кривая номер 2: сигнал на нагрузке потребителя f = 10 Гц.

3. Кривые номер 3 и 4: верхняя и нижняя огибающие выходного сигнала

Кривые, приведенные на фиг. 2, можно получить с помощью известной схемы демодулятора.

Таким образом, реализуется принципиальная схема генератора для получения амплитудно-модулированных колебаний - последовательное соединение двух источников гармонического тока, работающих с различной частотой. Каждый из этих источников - это накопительный конденсатор с коммутирующим транзистором. Оба они работают на общий колебательный резонансный контур с нагрузкой. На вход этого контура подается двухполярное прямоугольное напряжение, а на его выходе (нагрузке) выделяется первая гармоника.

Преимущество предлагаемой схемы (ГАМС) такие:

• меньшее число силовых транзисторов (два вместо четырех), соответственно удешевление ГАМС;

• обеспечение защиты от протекания «сквозного» тока за счет наличия двух токоограничивающих дросселей и датчика тока.

В случае необходимости заземленной нагрузки, т. е. общей точки с источником питания, можно использовать схему ГАМС на основе несимметричного полумоста. На фиг.3 представлена схема такого ГАМС.

В этой схеме нет конденсаторного делителя, его роль выполняет разделительный конденсатор 10. При открывании верхнего транзистора 2 ток от источника питания 1 протекает через колебательный контур LC с нагрузкой 9 и конденсатор 10. При этом конденсатор 10 заряжается до напряжения питания, а в нагрузке 9 выделяется полусинусоида тока (благодаря контуру LC). При отпирании нижнего транзистора 3 ток от заряженного конденсатора 10 через нагрузку 9, колебательный контур LC, дроссель 5 протекает в обратную сторону. Таким образом, ток в нагрузке 9 становиться синусоидальным.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой электронике и радиотехнике. Технический результат - упрощение схемы генератора амплитудно-модулированного напряжения за счет использования двух транзисторов вместо четырех. Такой результат обеспечивается за счет того, что в генераторе используется два однонаправленно соединенных транзистора, образующих совместно с двумя накопительными конденсаторами полумостовую схему инвертора, а колебательный контур с нагрузкой включен между точками соединения двух транзисторов и двух конденсаторов соответственно, при этом первый блок управления соединен с базой верхнего транзистора, а второй блок управления соединен с базой нижнего транзистора, а два силовых дросселя включены в цепи этих транзисторов последовательно между эмиттером верхнего транзистора и коллектором нижнего транзистора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Генератор амплитудно-модулированных сигналов, содержащий ключевые силовые транзисторы, первый и второй блоки управления этими транзисторами, источник напряжения модулирующего сигнала, колебательную систему - резонансный индуктивно-емкостный контур с нагрузкой, два накопительных конденсатора и два силовых дросселя, а источник питания подключен к коллектору верхнего транзистора и к эмиттеру нижнего транзистора и к двум накопительным конденсаторам, соединенным последовательно, отличающийся тем, что используется два однонаправленно соединенных транзистора, образующих совместно с двумя накопительными конденсаторами полумостовую схему инвертора, а колебательный контур с нагрузкой включен между точками соединения двух транзисторов и двух конденсаторов соответственно, а первый блок управления соединен с базой верхнего транзистора, а второй блок управления соединен с базой нижнего транзистора, а два силовых дросселя включены в цепи этих транзисторов последовательно между эмиттером верхнего транзистора и коллектором нижнего транзистора.

2. Генератор амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающийся тем, что цепь из двух силовых транзисторов с дросселями присоединена к источнику питания, а к средней точке этой цепи присоединена цепь колебательного контура с нагрузкой, соединяющая среднюю точку двух последовательно соединенных накопительных конденсаторов.