Усилитель мощности Советский патент 1985 года по МПК H03F3/20 H03F1/32 

1133649

тудного Модулятора, а второй вход дифференциального усилителя является коммутационным входом ключевого усилителя и подключен к управляющему входу управляемого ключа, включенного параллельно выходу второго амплитудного модулятора, а модуляционный вход второго аь плитудного модулятора является модуляционным входом ключевого усилителя.

1.УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий г ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собой и с входом выходного полосового фильтра, а.также детектор полярности и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем выход детектора огибающей соединены с одним входом блока, вычитания и входом аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифроаналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый источник питания соединен с модуляционным входом первого ключевого усилителя, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения комбинационных искажений, введены управляемый фазовращатель, фазовый детектор, первый и второй преобразователи частоты, генератор опорных частот и дополнительный детектор полярности, причем первый вход фазового детектора и вход управляемого фазо.вращателя подключены к выходу детектора полярности, а выход управляемого фазовращателя соединен с одним входом первого преобразователя частоты, другим входом подключенного к одному входу второ-. го преобразователя частоты и выходу генератора опорных частот, а другой вход второго преобразователя частоты соединен с нагрузкой и через дополнительный детектор полярности с втог рым входом фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, причем выход первого преоор зователя частоты соединен с высокочастотными входами ключевых усилителей, (Л коммутационный вход первого ключевого усилителя соединен с введенным источником постоянного напряжения, а коммутационные входы остальных (п-1 ) ключевых усилителей - с соответствующими выходами дешифратора. 2, Усилитель по п.1, отличающийся тем, что ключевой СР &9 О) усилитель выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго амплитудных модуляторов, причем 4 СО вход первого амплитудного модулятора является высокочастотным входом ключевого усилителя, а симметричный выход второго амплитудного модулятора - выходом ключевого усилителя, а дополнительный выход второго амплитудного модулятора через последовательно соединенные 4мльтр верхних частот амплитудный ограничитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к модуляционному входу первого ампли

Изобретение относится к радиотех нике и может использоваться в радио передаюпих устройствах, предназначенных для работы в системах связи с однополосной и амплитудной модуляциями . Известей усилитель мощности, содержащий два выходных ключа, соединенньпс последовательно с источником питания, и третий ключ, вход которого является входом усилителя мощности, выход подключен к управляющему входу одного ключа через ин вертор, а к управляющему входу другого - непосредственно, а также к входу элемента задержки, выход кото рого через последовательно соединен ные управляемый вентиль и элемент сравнения подключен к датчику перег рузок Cl 3. Однако такой усилитель имеет недостаточно линейную амплитудно-час тотную характеристику. Наиболее близким техническим рейёнием к предложенному является уси литель мощности, содержащий /п ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собо и входом выходного полосового фильт ра, а также детектор полярности и детектор огибающей, входы которьис соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем выход детектора огибающей соединен с одним входом блока вычитания и входом аналого-цифрового преобразователя, разрйдныё выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифро-аналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый иеточник питания соединен с шиной питания первого ключевого уси лителя 2. Однако известный усилитель мощности имеет высокий уровень комбинационных искажений. Цель изобретения - уменьшение комбинационных искажений. Для этого в усилитель мощности, содержащий h ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собой и входом выходного полосового фильтра, а также детектор полярности и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем вЫход детектора огибающей соединен с одним входом вычитания и входом аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами деиифратора и через цифроаналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый источник питания соединен с модуляционным входом первого ключевого усилителя, введены управляемый фазовращатель, фазовый детектор, первый и второй преобразователи частоты, генератор опорных частот и дополнительный детектор полярности, причем первый вход фазового детектора и вход управляемого фазовращателя подключены к выходу детектора полярности, а выход управляемого фазовращателя соединен с одним входом первого преобразователя частоты, другим входом подключенного к одному входу второго преобразователя частоты и выходу генератора опорных частот, а другой вход второго преобразователя частоть( соединен с нагрузкой и через дополнительный детектор полярности с вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с управлякяцим входом управляемого фазовращателя, причем выход первого преобразователя 31 частоты соединен с высокочастотными входами ключевых усилителей, коммутационный вход первого ключевого усилителя соединен с введенным источником псстояшого напряжения, а коммутационные входы остальных In-ll ключевых усилителей - с соответствующими выходами дешифратора, Кроме того ключевой . усилитель выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго амплитудных модуляторов, причем вход первого амплитудного модулятора является высокочастотным входом ключевого усилителя, а симметричный выход второго амплитудного модулятора - выходом ключевого усилителя, а дополнительный выход второго амплитудного модулятора через последовательно соединенные фильтр верхних частот, амплитудный ограничитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход Которого подключен к модуляционному входу первого амплитудного моду- лятора, а второй вход дифференциального усилителя является коммутационным входом ключевого усилителя и под ключен к управляющему входу управляемого ключа, включенного параллель но выходу второго амплитудного модулятора, а модуляционный вход второго амплитудного модулятора является модуляционным входом ключевого усилителя. На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного усилителя мощности; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Усилитель мощности содержит дете тор I огибающей, детектор 2 поляр нести, управляе1 Ый фазовращатель 3, ключевых усилителей 4, фазовый детектор 5, дополнительный детектор 6 полярности, первый преобразователь 7 частоты, аналого-цифровой преобразователь (АЦЛ) 8,, дешифратор нагрузку 10, полосовой фильтр 11, генератор 12 опорных частот, управляеьвий источник 13 питания, второй преобразователь 14 частоты, цифро- аналоговый преобразователь ЦАП 15 вычитатель 16, при этом ключевой усилитель 4 содержит управляемый ключ 17, дифференциальный усилитель 18, фильтр нижних частот (ФНЧП амплитудный ограничитель 20, фильтр верхних частот 1ФВЧ) 21, первый и .второй амплитудные модуляторы 22 и 23 и источник 24 постоянного напряжения . Усилитель мощности работает следующим образом. При отсутствии сигнала на входе усилителя мощности и соответственно н выходе детектора 1 огибающей и детектора 2 полярности на выходах дешифратора 9, соединенных с коммутационными входами соответствующих ключевых усилителей 4, действуют напряжения, обеспечивающие отсутствие возбуждения на входе амплитудного модулятора 23 и замыкание управляемых ключей 17. При появлении на входе усилителя- мощности сигнала, сформированного на фиксированной промежуточной частоте, на выходе детектора 2 полярности формируется напряжение промежуточной частоты с постоянной амплитудой, которое через управляемый фазовращатель 3 подается на однн вход первого преобразователя 7 частоты, на другой вход которого подается напряжение с выхода генератора 12 опорных частот, в результате на выходе первого преобразователя 7 частоты формируется напряжение с постоянной амплитудой на рабочей частоте, которое подается на высокочастотные входы всех ключевых усилителей 4. Одновременно на выходе детектора 1 огибающей появляется напряжение , пропорциональное амплитуде входного сигнала (фиг.З ), которое пода- / ется на вход АЦП 8 и однн вход вычитателя 16. В интервале времени О - t напряжение на выходе ЦАП 15, соединенном с другим входом вычитателя 16, равно (фиг.ЗВ), при этом на выходе вычитaтe IЯ 16 действует напряжение, пропорциональное разности напряжений с выхода детектора 1 огибающей и ЦАП 15 (фиг.Зв). Это напряжение подается на управляющий вход регулируемого источника 13 питани я, соединенного с модуляционным входом первого ключевого усилителя 4, огибающая рыходногсР высокочастотного напряжения которого повторяет огибающую входного сигнала. Это напряжени через замкнутые управляемые ключи 17 каждого из ключевых усилителей 4 поступает на полосовой фильтр 11 и затем на нагрузку 10. Таким образом, . на отрезке времепая О - t. напряжение на выходе все го усилителя мощности определяется выходным напряжением первого ключевого усилителя 4. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала с момента времени t код на разряд1П1 х вь ходах АЦП 8 увеличивается на 1 бит, что в свою очередь приводит к соот.ветствурцему скачкообразному приращению напряжения на аналоговом выходе ЦАП 15. При этом напряжение на выходах вычитателя 16 и регулируемо го источника 13 питания уменьшается, что приводит к уменьшению выход ного высокочастотного напряжения пе вого ключевого усилителя 4 (фиг.Зь) в то же время в соответствии с информацией на выходах АЦП 8 на выхо дах дешифратора 9 появляется код, в соответствии с которым на кс ммута ционном входе одного из п ключевых усилителей 4 формируется напряжение которое обеспечивает высокочастотное возбуждение на входе второго амплитудного модулятора 23 и разкы кание управляемого ключа 17. В результате этого на выходе одного из h ключевых усилителей 4 появляется высокочастотное напряжение с постоянной амплитудой, которое суммируется с выходным напряжением пер вого ключевого усилителя 4 и через полосовой фильтр 15 подается на выход усилителя мощности. Дальнейшее увеличение напряжения на входе усилителя мощности приводит К увеличению выходного напряжения первого ключевого усилителя 4, ас момента времени t налряжение на выходе первого ключевого усилителя 4 скачком уменьшается практически до нуля включается еще один из П ключевых усилителей 4 и т.д. При уменьшении входного сигнала про исходит обратный процесс последовательного отключения соответствующи:х ключевых усилителей 4. При изменении уровнявходного си нала изкеияется сопротивление наг-, рузки 10, приводимое к работающим ключевым усилителям 4, и напряжение питания первого ключевого усилителя 4, что приводит к изменению степени насыщения транзисторов амплитудного модулятора 23 и соответственно к изменению скважности импульсов напряжения на коллекторах этих транзисторов, вызывая появление комбинационных искажений в выходном сигнале. Для уменьшения из- менения степени насьш1ения, скважности и соответственно уровня комбинационных искажений все ключевые усилители 4 содержат одинаковые устройства автоматической стабилизации «скважности (режима), каждое из которых работает следующим образом. Импульсное напряжение, снимаемое с коллектора одного Из транзисторов амплитудного модулятора 23 подается на ФВЧ 21, который устраняет постоянную составляющую это1го напряжения. С его выхода напряжение на вход амплитудного ограничителя .20, который подавляет амплитудную модуляцию, оставляя неизменной скважность, т.е. отношение периода рабочей частоты ко времени насьш1ения транзисторов амплитудного модулятора 23. С выхода амплитудного ограничителя 20 напряжение подается на ФНЦ 19, который выделяет постоянную составляющую напряжения, функпионально связанную со скважностью напряжения на коллекторах транзисторов амплитудного модулятора 23, постоянная составляющая напряжения с выхода ФНЧ 19 подается на один из входов дифференциального усилителя 18, а на другой его вход, который является коммутационнь1М входом ключевого .усилителя 4,.подается опорное напряжение. . С выхода дифференциального урилителя 18 напряжение, пропорциональное разности между опорным напряжением и напряжением с выхода ФНЧ 19, подается на модуляционный вход амплитудного модулятора 22, в котором в последнем осуществляется амплитудная модуляция сигналом, функционально связанным со скважностью напряжения на коллекторе транзистора амплитудного модулятора 23, что обеспечивает автоматическую подмодуляцию возбуждением амплитудного модулятора 23, которая стабилизирует скважность коллекторного напряжения при любых изменениях режима работы амплитудного модулятора 23, как то: изменения сопротивления нагрузки и напряжения; питания, а также температуры и рабочей частоты. Для включения ключевого усилителя 4 на вход дифференциального усилителя 18 (коммутационный вход 1О1ючевого усилителя i) с соответствующего выхода дешифратора 9 подается напряжение, которое уменьшает напряжение на вхо де дифференциального усилите ля 18 . до нуля и замыкает управляемый ключ что обеспечивает сложение мощности последовательно включенных по выходу работающих ключевых усилителей Д Для уменьшения амплитудно-фазовой конверсии, возникающей в включе вых усилителях 4, и соответственно искажений в выходном сигнапе напря жение с нагрузки 10 подается на один из входов второго преобразователя 14 частоты, на другой вход кот рого подается напряжение с iенератора 12 опорных частот, в результате на выходе второго преобразователя 14 частоты выделяется выходной сигнал, перенесенный на фиксированную промежуточную частоту, который после подавления в нем амплитудной модуляции дополнительным детектором полярности подается на один вход фа зового детектора 5, на другой вход которого подается входной сигнал с п давленной амплитудной модуляцией с детектора 2 полярности. На выходе фазового детектора 5 формируется уп равлякиций сигнал, пропорциональный разности фаз входного и выходного напряжений, который подается на уп равляющий вход управляемого фазовра щателя 3. При соответствующей поляр ногти управляющего сигнала управляемого фазовращателя 3 разность фаз входного и выходного сигналов усилителя на промежуточной частоте стремится к постоянной величине, что в конечном итоге приводит к уменьшению амплитудной фазовой конверсии (АФК и уровня искажений в выходном сигнале. Преимущество предложенного усилителя мощности по сравнению с известным заключается в том, что построение ключевых усилителей по предложенной структурной схеме позволяет существенно уменьшить уровень комбинационных искажений, повысить КПД усилителя мощности и его надежность. Разделение входного сигигша на амплитудно-модулированную и фазомодулированную составляющие на фиксированной промежуточной частоте позволяет упростить реализацию детектора I и .2 устройства автоматической стабилизации фазового набега в усилителе мощности фазовый детектор 5, управляемый фазовращатель 3, дополнительный детектор 6 полярности . Наличие устройства автоматической стабилизации фазового набега в усилителе мощности позволяет существенно уменьшить уровень комбинационных искажений , обусловленных амплитудно-фазовой конверсией ключевых усилителей.

6

Фиг. 2