Усилитель класса Д Советский патент 1984 года по МПК H03F3/217 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в усилительных устройствах большой и средней мощности, в частности в электроразведке полезных ископаемых, гидроакустических усилителях мощности,,громкоговорящих устройствах, коллекторных модуляторах передатчиков и т.д. Известен ключевой усилитель низкой частоты, использующий широтноимпульсную модуляцию, в котором обес печивается гальваническая развязка предварительного и мощного усилителей посредством введения в его соетав трансформатора. Это позволяет обеспечить согласование предваритель ного и мощного каскадов, а также использовать в качестве оконечных каскадов наиболее энергетически зффективные мостовые схемы и тем самым существенно повысить КПД данного уси лителя lj . Однако в этом ключевом усилителе через трансформаторы передаются низкочастотные составляющие импульсного сигнала, что существенно ограничивает частотный диапазон усиления, так как в области низких частот (порядка 1-10 Гц) габариты трансформатора зна чительно возрастают. Наиболее близким к изобретению является усилитель класса Д, содержа щий блок сравнения, первый вход кото рого является входом усилителя класса Д, а выход через последовательно соединенные распределитель импульсов трансформатор и двухтактный выпрямитель соединен с выходным ключевым усилителем 2J . Однако известный усилитель класса Д имеет недостаточную стабильнос фазочастотной характеристики. Цель изобретения - повышение стабильности фазочастотной характеристик ки. Цель достигается тем, что в усили теле класса Д, содержащем блок сравнения, первый вход которого является входом усилителя класса Д, а выход через последовательно соединенные распределитель импульсов, трансформа тор и двухтактный выпрямитель соединен с выходным ключевым усилителем, выход блока сравнения через введенные и последовательно соединенные дискри минатор длительности, блок совпадения и счетный триггер- подключен к управляющему входу распределителя импульсов, второй вход блока совпадения соединен с входом дискриминатора длительности, а между вторым входом блока сравнения и дополнительным выходом выходного ключевого усилителя введена цепь обратной связи. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного усилителя класса Д; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу. Усилитель класса Д содержит блок 1 сравнения, распределитель 7, импульсов, трансформатор 3,выходлой ключевой усилитель 4, двухтактный выпрямитель 5, дискриминатор 6 длительности, блок 7 совпадения, счетный триггер 8 и цепь 9 обратной связи. На фиг. 2 (а,б,в,г,д,е) приведены входной сигнал V и сигнал цепи 9 обратной связи V , поступающие на входы блока 1 сравнения, на выходе которото формируется сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) V( , а также выходные сигналы Дискриминатора 6 длительности V, блока 7 совпадения V , счетного триггера 8 V и, распределителя 2 импульсов Vj. Блок 1 сравнения при Vд, ос формирует на выходе импульс (), а при VM VQC --паузу (V, 0), тем самьм обеспечивая адаптивную широтноимпульсную модуляцию. Дискриминатор 6 длительности предназначен для формирования последовательности коротких импульсов V2 с периодом повторения с , когда сигнал на его входе V i (импульс на выходе блока 1), причем первыйимпульс на выходе дискриминатора 6 формируется через 1 с момента начала импульса на его входе. Если длительность импульсов ty на входе дискриминатора 6 меньше установленной величины ty, то его выходное напряжение не изменяется (). Дискриминатор 6 длительности может быть выполнен на генераторе тактовой частоты, счетчике и двух элементах И-НЕ. Блок 7 совпадения формирует на выходе сигнал V,V V,, поступающий на вход счетного триггера 8, который переключается по каждому положительному фронту импульсного сигнала Yi , формируя тем самым управляющее напряжение V для распределителя 2 импульсов . Распределитель 2 импульсов строится как и в известном усилителе и

предназначен для усиления импульсов V. , поступающих на его вход с выхода блока 1 сравнения, соответствующим . каналом предварительного усилителя в зависимости от значения напряжения V на направляющем входе распределителя 2 импульсов.

Усилитель класса Д работает следующим образом.

Если длительность импульсов V на выходе блока 1 сравнения меньше установленного значения I ц J , то выходное напряжение дискриминатора 6 длительности не изменяется () и импульсы V проходят через блок 7 совпадения на вход счетного триггера 8, который переключается по каждому спаду импульсов V( . При этом распределитель 2 импульсов обеспечивает поочередное усиление импульсов V( своими соответствующими каналами предварительного усилителя. Если 4; г , то во время импульса tj йа выходе дискриминатора 6 формируется последовательность коротких импульсов Vn , которые, поступая через блок 7 совпадения на вход счетного триггера 8, обеспечивают его переключение с периодом 2(. При этом импульс, поступающий с выхода блока 1 сравнения на вход распределителя 2 импульсов, преобразуется- в две противофазных последовательности импульсов длительностью € и периодом повторения 2, каждая из которых усиливается соответствующим каналом предварительного усилителя распределителя 2 импульсов.

Таким образом, в предлагаемом усилителе класса Д сигнал с ШИМ независимо от длительности импульсов преобразуется распределителем 2 импульсов в последовательность разнополярных импульсов V , длительность которых не превышает . Последовательность импульсов Vg передается через трансформатор 3 и двухтактный вьшрямитель 5 на вход выходного ключевого усилителя 4, где формируется последовательность импульсов, длительность которых равна длительности импульсов сигнала с ШИМ.

Тем самым в предлагаемом усилителе класса Д.происходит передача, импульсов любой длительности через трансформатор 3 и обеспечивается возможность, использования адаптивной ШИМ. В результате добавления в известный усилитель класса Д дискриминатора 6 длительности, блока 7 совпадения, счетного триггера 8 и цепи 9 обратной связи, в предлагаемом усилителе класса Д осуществляется адаптивная ШИМ, что позволяет существенно повысить стабильность амплитуднои фазочастотных характеристик в широком диапазоне изменения нагрузки. Так, если в известном усилителе класса Д в диапазоне частот от 0,5 д (f(j - частота среза фильтра нижних частот) при изменении сопротивления нагрузки в 5 раз коэффициент усиления и фаза выходного сигнала относительно входного изменяется более чем в 2,5 раза, то в предлагаемом усилителе класса Д зти изменения не превышают 20%.

Усложнеюсе схемы предлагаемого усилителя класса Д в результате добавления дополнительных блоков незначительно, так как они могут быть выполнены на стандартных микросхемах. Увеличение габаритов предлагаемого усилителя класса Д по сравнению с известным даже на уровне мощности 100 Вт не превышаё т 1%.

УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д, содержащий блок сравнения, первый вход -которого является входом усилителя класса Д, а выход через по следовательно. соединенные распределитель импульсов, трансформатор и двухтактный выпрямитель соединен с выходным ключевым усилителем, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности фазочастотнбй характеристики, выход блока сравнения через введенные и последовательно соединенные дискриминатор длительности, блок совпадения и счетный триггер подключен к управляющему входу распределителя импульсов, второй вход блока совпадения соединен с входом дискриминатора длительности, а между вторым входом блока сравнения и дополнительным выходом выходного KJlЮ-. (Л чевого усилителя введена цепь обрат-;ной связи.