УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д Советский патент 1973 года по МПК H03F3/20 H03C1/00 

Изобретение относится к усилителям и может использоваться в мощных радиопередатчиках с анодной модуляцией, применяемых в радиовещании и связи.

Известен усилитель класса Д, содержащий накопительный конденсатор, рекуперативный диод, источник питания, ключ, управляемый от источника входного сигнала, катушку индуктивности и нагрузку.

Недостатком известного усилителя является низкий к.п.д. небольшая мощность и повышенное напряжение источника питания.

Цель изобретения - повысить к.п.д. мощность и снизить напряжение источника питания.

Это достигается тем, что параллельно катушке индуктивности включены последовательно соединенные накопительный конденсатор с рекуперативным диодом и дроссель, при этом параллельно диоду включены последовательно соединенные дополнительная катушка индуктивности и источник питания, место соединения которых подключено к общей шине.

Изобретение поясняется функциональной схемой на фиг. 1 и 2, причем отличие усилителей, выполненных в соответствии с фиг. 1 и фиг. 2, состоит лишь в способе подключения фильтра нижних частот и нагрузки.

Усилитель класса Д содержит ключ 1, управляемый от источника входного сигнала с

напряжением f/вх, накопительный конденсатор 2, рекуперативный диод 5, дроссель 4, катушку индуктивности 5, фильтр нижних частот 6, нарузку 7, источник питания 8 и дополнительную катушку индуктивности 9. Ключ / может быть выполнен на лампе или транзисторе, параллельно ему подключены последовательно соединенные катушка индуктивности 5 и нагрузка 7. Фильтр нижних частот 6 необходим в том случае, если предъявляются высокие требования к подавлению высокочастотных составляющих прямоугольных импульсов на аноде ключевой лампы. В противном случае роль фильтра нижних частот может выполнять катушка индуктивности 5 и развязывающий конденсатор в нагрузке 7, в качестве которой может служить генератор высокой частоты, модулируемый по аноду, с параллельным или последовательным питанием, резистор с конденсатором и другие.

Параллельно катушке индуктивности 5 включены последовательно соединенные накопительный конденсатор 2, рекуперативный диод 3 и дроссель 4 низкой частоты. Параллельно диоду 5 включены последовательно соединенные дополнительная катушка индуктивности 9 и источник питания 8, место соединения которых подключено к общей шине. Фильтр нижних частот 6 и нагрузка 7 могут быть подключены параллельно дросселю 4 (фиг. )

или последовательно с ним (фиг. 2). В последнем случае при использовании в качестве нагрузки высокочастотного каскада, модулируемого по аноду, катоды ключевой лампы и лампы высокочастотного каскада могут быть заземлены, что является преимуществом этого усилителя.

Усилитель класса Д работает следующим образом. Напряжение /вх, подаваемое на вход ключа 1, представляет собой высокочастотное импульсное напряжение прямоугольной формы. При отсутствии модулирующего сигнала (в режиме несущей частоты генератора) эти импульсы имеют длительность, близкую к половине периода их повторения, выбранную таким образом, чтобы среднее значение анодного тока ключевой лампы было равно среднему значению анодного тока генератора. Поскольку среднее значение тока ключевой лампы неизменно, напряжение на входе фильтра нижних частот 6 почти постоянно и равно напряжению источника питания 8. В открытом состоянии во время действия отпирающих импульсов на сетке ключевой лампы последняя находится в режиме насыщения, падение напряжения на ее аноде невелико, на катущке индуктивности 5 - почти равно напряжению источника питания. При запирании лампы напряжение на ее аноде повыщается, и ток протекает через накопительный конденсатор 2 и рекуперативный диод 3. Емкость накопительного конденсатора 2 достаточно велика, и напряжение на нем за время одного импульса практически не меняется, причем величина этого напряжения почти равна напряжению источника питания. При отсутствии модулирующего сигнала пауза между импульсами приблизительно равна длительности импульсов и энергия, накопленная катущкой индуктивности 5, почти полностью рекуперируется за исключением потерь в диоде и ключевой лампе, которые невелики.

При появлении переменного модулирующего сигнала длительности высокочастотных импульсов изменяются пропорционально уровню сигнала, оставаясь в среднем равными половине периода частоты их повторения, поскольку постоянная составляющая модулирующего

сигнала равна нулю. При изменении длительности импульсов изменяется среднее значение тока ключевой лампы по закону изменения модулирующего сигнала, что вызывает соответствующее изменение напряжения на дросселе 4 низкой частоты.

К.П.Д. усилителя определяется следующим выражением:

1 3(/ а пас г,1

и а мах

где На нас - падение напряжения на ключевой лампе в режиме насыщения, (7а мах - максимальное напряжение на нагрузке.

Поскольку f/a нас составляет приблизительно (1,5-2,5%) от и& мах, то к.п.д. может достигать значений 92-95%.

С целью уменьщения величины емкости конденсатора 2 и величин индуктивностей катущки 9 и дросселя 4 последние могут быть выполнены индуктивно связанными на оДном сердечнике из ферромагнитного материала.

Предмет изобретения

Усилитель класса Д, содержащий накопительный конденсатор, рекуперативный диод, источиик питания, ключ, управляемый от источника входного сигнала и параллельно которому подключены последовательно соединенные катущка индуктивности и нагрузка, отли чающийся тем, что, с целью повыщения к.п.д. мощности и снижения напряжения источника питания, параллельно катушке индуктивности включены последовательно соединенные упомянутые конденсатор с диодом и дроссель, при этом параллельно диоду включены последовательно соединенные дополнительная катущка индуктивности и источник питания, место соединения которых подключено к общей щине.