Двухтактный усилитель мощности АМ-сигнала, работающий в режиме класса А Советский патент 1992 года по МПК H03F3/26 

сл

С

Устройство относится к радиотехнике и, в частности, может найти применение в квазилинейных усилителях мощности электрического сигнала. Цель изобретения - сохранение максимального КПД при расширении динамического диапазона входного сигнала. Для этого в двухтактный усилитель мощности введены два фильтра верхних частот, два сумматора, четыре амплитудных детектора, два инвертора, благодаря чему по каж- дму из входов выходного двухтактного преобразователя напряжение-ток осуществляется предварительное изменение сигнала, в результате которого выходной двухтактный преобразователь работает в экономичном режиме А. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано в линейных усилителях мощности электрических сигналов.

Цель изобретения - сохранение максимального значения КПД при расширении динамического диапазона входного сигнала.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема двухтактного усилителя мощности AM сигнала, работающего в классе А.

Двухтактный усилитель мощности AM сигнала, работающий в классе А, содержит двухтактный преобразователь 1 напряже ние-ток, блок 2 формирования возбуждающих сигналов, выходы которого подключены к блокам 3 и 4 возведения сигнала в квадрат. Выход 5 блока 3 возведения сигнала в квадрат соединен с одним входом сумматора 6 через фильтр 7 верхних частот.

Выход фильтра 7 подключен к второму входу сумматора 6 через последовательно соединенные детектор 8 AM сигнала и инвертор 9. Выход 10 блока 4 возведения сигнала в квадрат соединен с одним входом сумматора 11 через фильтр 12 верхних частот. Выход фильтра 12 подключен к второму входу сумматора 11 через последовательно соединенные детектор 13 AM сигнала и инвертор 14. Полярность детекторов 8 и 13 AM сигнала обратна полярности выходного сигнала соответствующих сумматоров 6 и 11. Выходы 15,16 сумматоров 6, 11 подключены к соответствующим входам двухтактного преобразователя 1 напряжение-ток. Каждый вход преобразователя 1 подключен через соответствующие детекторы 17, 18 огибающей ВЧ заполнения усиливаемого сигнала к управляющим входам регулируемых источников 19, 20 напряжения питания транзисторов 21, 22 оконечного каскада усилителя.

vj сл

Сл)

СЛ 00

Усилитель мощности работает следующим образом.

Максимальный КПД оконечного каскада квазилинейного усилителя класса А будет в том случае, если транзисторы 21 и 22 работают в критическом режиме. Этот режим характеризуетсвя выполнением следующих условий работы: минимальные значения импульсов токов коллекторов обоих транзисторов должны быть равны нулю, максимальное значение импульса тока коллектора должно быть равно току насыщения.

Работа усилителя поясняется эпюрами напряжений, при входном бигармониче- ском сигнале: U(sin (o t + sin coz t), где oi Q од - wi.

Это напряжение суммируется с напряжениями постоянного смещения: -Uo и +U0 в блоке 2 формирования возбуждающих сигналов. Выходные напряжения блока 2 возводятся в квадрат блоками 3 и 4 возве- дения сигнала в квадрат. При этом напряжения описываются уравнениями:

Us Ю bf± U0 + U (sin 0)2 t + sin 0) t))2

U0 ) - U(t),(1)

где b - коэффициент пропорциональности О/В);

U o b(U20 + U2}:

) 2bU0U(sin ow + sin (Oi t);

U (t) +0,5 bU2(cos 2 ftW + cos 2 (Oi t -cos ((02 - wi)t + cos ((oi ч- wi)t);

U0 2 U.

После фильтрации в блоках 7 и 12 напряжения Us.io преобразуются в напряжеивых.7,12 ±u (t)) (2)

Здесь и далее в выражениях UBHX.I I номер блока усилителя.

Приусловиисоблюдения

(Oi Q (t) огибающие ВЧ заполнения напряжений ивых.7,12 будут симметричны относительно оси времени t.

Выделенные детекторами 13 (8) огибающей ВЧ сигналы отрицательной (положительной) полярности после инвертирования блоками 14 (9) складываются в сумматорах 11 (6) с напряжением ивых.12 (ивых.7). Причем 1иВых.9 l I Uabix. . Эти напряжения образуют положительное смещение транзисторов 21 и 22 блока 1, Сумма напряжения ивых.9 (ивых.14) с любым мгновенным значением вершин полуволн ВЧ заполнения положительной (отрицательной) полярности напряжений ивых.7 (ивых.12) равна нулю.

В блоке 1 напряжения преобразуются в токи коллекторов транзисторов 21 и 22 в соответствии с формулами

0

5

0

5

0

5

0

5

0

iK.21 SUBb,x.(UBbIx.7+ I Увых.д ), (3) iK22 SUebix 16 S(UBbix.12 + I UBbix.14| ).

Тогда ток в нагрузке 23 с учетом формул (1)-(3) и равенства |ивых.9 l lUBbix.i4 I имеет вид

i23 lK.21 iK.22 4 SbU0U(sln УЦ + Sin (Oi t).

Таким образом обеспечивается первое условие достижения критического режима - равенства нулю максимальных значений импульсов токов коллекторов транзисторов 21 и 22. Кроме того, в двухтактном усилителе с симметричными плечами отсутствуют нелинейные искажения усиливаемого сигнала.

Для выполнения второго условия работы оконечного каскада в критическом режиме - равенства максимальных значений импульсов токов коллекторов транзисторов 21 и 22 току насыщения, напряжения питания коллекторных цепей следует изменять синхронно с огибающей ВЧ заполнения напряжений в точках 15 и 16 по закону

Екэ.21,22 -К иВых.17,18,

где К S(RH + (1 /S«p) - коэффициент передачи по управляющему входу блоков 19 и 20, RH - сопротивление нагрузки 23 усилителя, а 5кр - крутизна линии критического режима выходной ВАХ транзистора.

Формула для коэффициента получена на основании уравнения для расчета значения тока насыщенного транзистора:

(Рн+(1/5кр)).

Выходные напряжения детекторов 17 и 18 повторяют законы изменения огибающих ВЧ заполнений в точках 15 и 16. Таким образом, достигается выполнение второго условия работы оконечного каскада усилителя в критическом режиме. Следовательно, КПД устройства сохраняет максимальное значение при любом уровне входного сигнала.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Двухтактный усилитель мощности АМ-сигнала, работающий в режиме класса А, содержащий выходной двухтактный преобразователь напряжение - ток с соответст- вующими источниками питания, блок формирования возбуждающих сигналов, первый и второй выходы которого подключены к входам соответственно первого и второго блоков возведения сигналов в квадрат, отличающийся тем, что, с целью сохранения максимального значения КПД при расширении динамического диапазона входного сигнала, введены первый и второй детекторы АМ-сигнала, первый и второй инверторы, при этом выходы первого и второго блоков возведения сигналов в квадрат через первый и второй фильтры верхних частот подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых соединены с соответствующими входами выходного двухтактного преобразователя напряжение -ток, причем первый и второй входы первого сумматора соединены через последовательно соединенные первые детектор АМ-сигнала и инвертор, а первый и втО( эй входы второго сумматора-через последовательно соединенные вторые детектор АМ- сигналэ и инвертор.

Г7

Редактор М.Бланар

Техред М.Моргентал

Заказ 2774ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

0

Корректор В.Петраш