Усилитель мощности Советский патент 1992 года по МПК H03F3/20 

five /

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в усилительных системах как переменного, так и постоянного напряжения.

Цель изобретения - расширение диапазона частот усиливаемого сигнала.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема усилителя моа ости; на фиг.2 - временные диаграммы работы усилителя мощности; на фиг.З - принципиальные электрические схемы функциональных элементов усилителя мощности.

Усилитель мощности на (фиг.1) содержит усилительный каскад 1 на транзисторе 2, амплитудный селектор 3 с ячейками 4i... выделения максимального из двух сигналов, блок 5 компараторов на компараторах 6i...6N-i, коммутатор 7 на диодах 8i...8N. транзисторных ключах 9i.,.9N-i, блок 10 питания.

На фиг.2а представлены временные диаграммы сигналов на входе и выходе усилительного каскада; на фиг,26 - временные диаграммы напряжения на выводе питания усилительного каскада 1.

На фиг.За представлена ячейка 4 выделения максимального из двух сигналов, содержащая резисторы 11, 12, 13, 14, 15, 16, диоды 17, 18, 19, 20, стабилитрон 21 и конденсатор 22. На фиг.36 представлен один из компараторов 6, который содержит восемь резисторов 23-30 и пять транзисторов 31- 35; а на фиг.Зв - транзисторный ключ 9, содержащий три резистора 36, 37, 38, конденсатор 39 и транзисторы 40, 41.

Усилитель мощности работает следующим образом.

В предлагаемом усилителе мощности тот или иной выход блока 10 питания подключается к усилительному каскаду 1 по сигналу, формируемому блоком 5 компараторов по результату сравнения напряжения на входе усилительного каскада 1 с напряжением на соответствующем выходе блока 10 питания, а отключение того или иного выхода блока 10 питания от усилительного каскада 1 осуществляется по сигналу, который формируется блоком 5 компараторов по результату сравнения напряжения на выходе усилительного каскада 1 с соответствующим напряжением блока 10 пи тания.

Как показано на диаграмме (фиг.2а) на интервале времени от to до ti к выводу питания усилительного каскада 1 подается напряжение Ei (вывод 10i блока 10 питания) через прямосмещенный диод 8 коммутатора 7. В момент времени ti напряжение на входе 1 усилительного каскада 1 будет равно

UBX Um Sin О) Ц Е - U нас ,

где UHac - напряжение насыщения, на выхо- де ячейки 4i появляется сигнал, который вызовет срабатывание компаратора 6i и как следствие к усилительному каскаду 1 через транзисторный ключ 9i и диод 8а будет подано питающее напряжение EZ (выход Юг блока 10 питания).

В момент времени tz напряжение на входе 1 усилительного каскада 1 будет равно

15

UBX UmSintota Ез-Унас

и на выходе ячейки 42 появится сигнал, который вызовет срабатывание компаратора 62 и как следствие, к усилительному каскаду

1 через транзисторный ключ 92 и диод 8з будет подано напряжение Ез (выход Юз блока 10 питания).

При дальнейшем увеличении напряжения входного сигнала будут протекать аналогичные процессы.

Сигнал с входа 1 усилительного каскада 1 на его выход будет передаваться с задержкой во времени (частотные свойства транзистора 2 усилительного каскада 1) равной

т,зэд1. В то же самое время транзисторные ключи 91...9ы-1 коммутатора 7 подключат к выводу литания усилительного каскада 1 один из выходов 101...10N блока 10 питания с задержкой во времени, равной т.3ад2. Так

как 1зад1 и т.зад2 соизмеримы, то тем самым будет значительно ослаблено влияние времени включения транзисторных ключей 91...9N-1 на уровень нелинейных искажений и величину КПД.

При уменьшении напряжения входного сигнала отключение того или иного выхода 101.,.10ы блока 10 питания будет осуществляться по результату сравнения сигнала на выходе усилительного каскада 1 с напряжением на выходах 10i... блока 10 питания блоком 5 компараторов.

Рассмотрим эти процессы с помощью временных диаграмм (фиг.2а).

В момент времени ts напряжение входного сигнала будет равно; UBx EN- i-Unac, то отключения выхода 10N блока питания от усилительного каскада 1 не произойдет, так как напряжение сигнала на выходе усилительного каскада 1 больше напряжения сигнала на его первом входе 1. Напряжение EN (выход Юы блока 10 питания) отключится в момент времени те, когда напряжение на выходе усилительного каскада 1 будет равно;

Увых Ем-1 - Унас.

Таким образом, формирование сигнала управления на подключение выходов 102...10ы блока 10 питания к усилительному каскаду 1 осуществляется по результату сравнения напряжения сигнала на входе 1 усилительного каскада 1 с напряжением на выходах 101...10м-1 блока 10 питания; а формирование сигнала управления на отключе- ние от усилительного каскада 1 выходов 102...10N блока 10 питания осуществляется по результату сравнения напряжения сигнала на выходе усилительного каскада 1 с напряжением на выходах 101...10м-1 блока 10 питания.

В процессе работы блок 5 компараторов сравнивает напряжения на выходах Ю1...10м-1 блока 10 питания с напряжением входного или выходного сигналов усили- тельного каскада 1 благодаря тому, что амплитудный селектор 3 из двух входных сигналов пропускает на выход только тот, у которого больше величина напряжения в данный момент времени.

Наличие двух входов (фиг.За) обусловлено тем, что управление компаратором (фиг.Зб) осуществляется по отношению к уровню питания EN-I. На фиг.1 второй вход можно не указывать, так как на ней отобра- жено функциональное взаимодействие блоков, входящих в состав усилителя мощности,

При построении усилителя мощности для случая, когда полярность питающих на- пряжений противоположна указанной, необходимо изменить полярность включения диодов в коммутаторе 7, диодов в ячейках 4 выделения максимального из двух сигналов, а также тип используемых транзисто- ров в усилительном каскаде 1, блоке 5 компараторов, транзисторных ключах 9. В отдельных случаях возможно применение составного транзистора в усилительном каскаде 1, но с одним условием - свойства схемы должны соответствовать схеме с общим коллектором.

На фиг.За показан пример практической реализации ячейки 4 выделения максимального из двух сигналов. Катоды диодов 19, 20 соединены между собой и с выводом резистора 16 и образуют выход ячейки 4. Катод диода 17 через резистор 14 подключен к входу 1, а к входу 2 подключен через резистор 15 катод диода 18. Аноды диодов 17, 20 соединены между собой и с резистором 12, а аноды диодов 18, 19 - с резистором 13. Шина питания +EN через резистор 11 подключена к резисторам 12,13, к катоду стабилитрона 21 и конденсатору 22. Шина питания +EN-I подключена к резистору 16, аноду стабилитрона 21 и конденсатору 22.

На фиг.Зб приведен пример практической реализации компаратора 6. Компаратор 6 представляет собой триггер Шмитта, собранный на резисторах 23-28 и транзисторах 31, 32, выходной сигнал которого усиливается каскадом на транзисторах 33, 34, 35 и резисторах 29, 30.

На фиг.Зв приведен пример практической реализации транзисторного ключа 9, который собран на транзисторах 40, 41 разной структуры. База транзистора 40 подключена к входу транзисторного ключа 9 через дифференцирующую цепочку на резисторах 36, 37 и конденсаторе 39.

Формула изобретения

Усилитель мощности, содержащий усилительный каскад, выполненный на транзисторе, вход и выход которого являются входом и выходом усилителя мощности, блок питания, имеющий К выходов, где N -, 2, 3..., коммутатор, содержащий N цепей, первая из которых выполнена на диоде, а остальные N-1 цепей - на последовательно соединенных диоде и транзисторном клнгуе, при этом имеющий N-1 управляющих входов. N входов, соединенных с N выходами блока питания, и один общий выход, соединенный с выводом питания усилительного каскада, блок компараторов, выполненный на N-1 компарато рах и имеющий N-1 выходов, соединенных с N-1 управляющими входами коммутатора, N-1 первых входов, соединенных с N-1 выходами, кроме N-ro выхода, блока питания, а также N-1 вторых входов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот усиливаемого сигнала, введен амплитудный селектор, имеющий N-1 выходов соединенных с N-1 вторыми входами блока компараторов, первый и второй входы, соединенные соответственно с входом и выходом усилительного каскада, при этом амплитудный селектор выполнен на N-1 ячейках выделения максимального из двух сигналов, выходы которых являются соответствующими выходами амплитудного селектора, первые входы соединены и являются первым входом, а вторые входы соединены и являются вторым входом амплитудного селектора, причем транзистор усилительного каскада включен по схеме с общим коллектором.

+ (%-4юС) + (2Ј3-и„ас) + ()

- В-инас) - (Zfg U//fff)

UЈB-UHaCJ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в усилительных системах как переменного, так и постоянного напряжения Цель - расширение диапазона частот усиливаемого сигнала Усилитель мощности содержит усилительный каскад (УК) 1, амплитудный селектор 3 с (N-1) ячейками 4-| „4м 1 выделения максимального из двух сигналов, блок 5 компараторов на (N-1) компараторах б1...6м-1. коммутатор 7 на N диодах 8i...8w, (N-1) транзисторных ключах 9i 9м 1, блок 10 питания В усилителе мощности тот или иной выход блока 10 питания подключается к УК1 по сигналу, формируемому блоком 5 компараторов по результату сравнения напряжения на входе УК1 с напряжением «а соответствующем выходе блока 10 питания, а отключение того или иного выхода блока 10 питания отУК1 осуществляется гто сигналу, который форйя- руется блоком 5 компараторов по результату сравнения напряжения на выходе УК1 с соответствующим напряжением блока 10 литания. 1-8i-9i-i-10i, 1-4i-i-6i-i-9i-i, Ю| i- 6м 3 ил

+ ) + №Ј-Унас)

+ ()

О

Ыг

tsb

- Ев -U,

В инас

(ZE8-UHac) -№в-инас)

I

-4.

i

Фиг. 2

1