Усилитель мощности Советский патент 1977 года по МПК H03F3/24 

1

Изобр:етан1ие ошиосит.ся к радиотеанике и может наполБзаватыся IB -радиопередающих успройствах большой -мощности, «юпользующих .режимы работ, цри которых имеет место как а1М1ПЛИпуЩ1ва;я, так к угловая мадулящия.

Иавесгтен усилитель Мощнаст.и, садержаЩНй reHeipiaToip пилообразного напряжения, подклгочеиный ,к входам ши1рот НО-1И1М1пуль1С.ного модулятора (ШИМ), к вьт хо-дам которого ПОД|клшче1ны Д|ва 1ка1нал1а ключевых усилителей, иагружеиных на уст1роЙ ство накопления энергии 1.

О,дн1ако ;нведен1ие ШИМ. в усилитель .мощнасти у|слаж1няет его и требует высокой тактавой частоты, на жоторай 1работает ШИМ. Та1кто|в;ая ча1стата должна з«ач.ителнно .превышать Ве(рхнюю Г1р1ан1НЧ1ную частоту уаштиваемого |СИ1Г1нала.

Иа(ве1стан у1С1ил1.итель ,мош,ности, 1С01де|ржйш,ий оое1Д;И1НвннЫ|е ,по входу детектор оги баюшей, нослеШ101вательно юоединбняые детектор поля1рно1ст1И и фазо1и;нвертар, п naip ключевых уоилателей с €ум1маторо1м «а выходе, рде п, 2, 3..., один усилитель каЖ|Дой пары неП;010редст|венио .соеди1иен с выходоМ детект101ра поляриаоти, а другой - через соопветстнующяй :ключ с ВЫХО1ДОМ дет1вктор.а по-ляреости и выходом фа80И)Н1верто1ра, /три этом вьтаод деTeiKiTOpa омбающей через ло1слвдо|вателыно соедннениые аиалого-щифросвой преобразсхватель (АЦП) и дешифратор подключен к управ л яюшим входам всех ключей, а нагрузка сое ДИ1Неиа ic выходам Сумматар а через фильтр 2.

Однако в этой усилителе для получения высокой энергетической эффекти ввасти ошибаюш,ая И1схо,дно1го Си-гнала преобравуется в огибающ у.ю ступенчатой , что Я1вляется причиной возии1К1И101вения нел.инейных искажений.

С целью уменьшения нелинейных искаже«ий (В предлагаемом уаилителе мощности между выходом детекто(ра полярности и допол1нительным входом iCyMM aTopa включен дополнителиный ключевой усилитель с |регулИруемым нсточяикам nwrattJiviu, вход п/тра вления iKOToporo П10(Д|соед1инен к его выходу через по1сле;Д01вательно соединенные пороговый элемент, ревер1си в1ный счетчик, цифр-оаналоговый преобразаватель и вычитающее устрой отво, другой вход которого соединен с выходом детектора огибающей, цри этом меж1ду выходом дапол1Н:ительного ключевого уаил ителя (и управляющим входом реверсиидаотч) йчетчи ка включен иуль-орган.

На фиг. 1 прИ1ве|дена .стружтурная электричеакая схема ирадлож«нного усилителя мощности; на фиг. 2 - апю(ры напряжений, поЯ1оняющие его работу.

УюилИтель мощно|ст1и содержит соединенные по входу детйкто-р 1 опибающей и лоследавательно .соедмнеиные дет9кто1р 2 полярности и фазоин-вертар 3, п naip ключевых усилителей 4 с cyiMMaTopoiM 5 на вывдде, лде , 2, 3, ..., адйн 1сил«тель 4 каждой п-ары не,посредсТ|Ве1Н НО соединен с выходам детектора 2, а др(у1гой - чйрез соот1вет1СТ1В уюшие ключи 6 и 7 с -выходам детектора 2 и выходоМ ф,азо Н|В0рто1ра 3, при этом выход детектора 1 чефез .последавательно соединенные АЦП 8 и дешифратор 9 подключен к у)Гф,а(вляющИ(М ВХО|да(М Bicex ключей 6 и 7, а нагрузка 10 соединена с 1выХйдо1М icyiMM aTopia 5 через фильт1р II, между 1Выхо|ДО м детактар а 2 и дополлителыны/м 1входам сум,матора 5 включен дОНОЛ1Нительный ключевой усиллтель 12 с регул1Ируемы М -И1стючн1ико:м питашия 13, вход уиравлевия которого ладсоадинен к его вылоду через лоследов ательно 1совди1неиные inoipo-roвый элемант 14, реве1р1аи1В«ый счерчиж 15, ц«фроаиалогавый треобраэаватель 16 (ЦАП) и 1вычитающее устройст1во 17, другой шооладнего соединен .с выходам детектора 1, ггри этом между выхо|до1М Д01пол1нителынаго ключевого уоилятеля 12 м управляющим входом равер.сивного счетчика 15 включен яульоргам 18.

Прадл а.гаемый усилитель ра. следующим образ OIM.

При отсутствии сигнала на входе усилителя на входе дешифрато1ра 9 АЦП 8 фармируют на1пряжен1ия, пада1ва1емые на ключи 7, которые подключают соотиетстиующие ключевые уоил1ители 4 к выходу ф азонашертор.а 3.

С появлением сигнала на входе усилителя (фиг. 2, и) иа выходах детектора 2, фазоннвертора 3 и детектора 1 -ножвляются сигналы (фиг. 26, в, г €оошет1ст ВвН1НО. Выходиой сигнал регулнруе.мого асточкика лнтаиня 13 является литающйм напряжением для допол1нительйого клю1Чбваго усилителя 12, опнбаюЩая выходного аигнапя кото;рого .-повторЯет опнбающую (входного ои1гнала. На ключевые усилители 4 -иадаются оди на1ко1вые, но противофазные сигналы, при этом на (сумматоре 5 иа1пряжен1ия, наступающие с ключевых уоилителей 4, ;взаи1М1Но комленскруются, и 1выход ной сигнал всего 1аилителя О1нре|деляет ся лишь выходным |ОИПНало1М доиолетительиого ,клк чевого усилителя 12 (фиг. 2, д) на отрезке времени от О до /1.

Выходное на.нряжание f/i с ключевого уоилителя 12 П0(дает1ся иа нарогавый элемент 14, на 1в:торой вхад которого лодается опорное налряЖение U, пде , т. е. равно удвоенной а1мллнтуде выходного нап.ояжения одного iHS ключевых усилителей 4. В мо1Мбнт /i равенства ЭТ1ИХ «алряжений происходит срабатывание норогавого элемента 14 (фиг. 2,е). В ревароивном очетчике Ii5 лран1схо дит эа1П1И сь сигнала с поролового элемента 14, яа 1ВЫХ10|де (ЦАП) 16 поя1вляет|ся напряжение, расвное

величине--,7- (фиг. 2,ж), где К - коэффициент передачи по -огибающей от входа рег лцруемого изсточми/ша нитания 13 до выхода допояйителыного ключевого усилителя 12. Это .ианряжение выч1итает,ся не выходного напряжения дете(ктора 1 .в вычитающем устройстве 17 (фиг. 2, з), на выходе cKoroiporo напряжение у|маньщает|ся пойти до нуля, соответспвенно уменьщают1ся напряжения на выходах регул1И|р;уемого И|сто1чника .нигаагия 13 и

дополнительного ключевого усилителя 12.

Одновременно с этнм На1пр1яжение огибающей па входе АЦП 8 ораини1вается с величиf/,,

НОИ oiriOpiHOro Налгряжения-р- , и ,в момент i

(фиг. 2, г) на выходе дешифратора 9 появляется на1И|ряЖОнИе, изменяющее состояине ключей 6 и 7 та1К1И1м обраЗом, что -клю чевые уонлйтели 4 одной из naip аказьпваются с этого момента включенными синфазно (фиг. 2, и, к),

что змвивалентно возрастанию налряжанвя .на выходе сумматора 5 яа величину 2Е, т. е. в мО.мент /1 напряжение на выходе у1оил1ителя мощн0|Сти не .меняет|ся, исключаются скачки выхсдаюй МОЩ1НО1СТИ в ..момент ко1М1М.ута.ц1Ии

ключевых усилителей 4, а отгибающая воопроиз,вод)ит1ся 1нен|реры1В1но.

При дааыиейшем возрастании мгновенного значения огибающей возрастает на1Пряже1Ние на 1в.Ходе репуди/руемого источника Н1итания 13,

на его выходе и выходное нап/р.яжение ключевого усилителя 12, суммируясь с .выходными сигналалии включенных синфазно (ключевых усилителей 4, пря этом из манение напряжения на выходе уюишителя мощности повторяет

нз-менение входного 1аи,пна:ла. Дальнейшее увеличение входного оилнала лрмводит ж тому, что напряжение «а выходе доюолнктельнаго ключевого усилителя 12 В1навь достигает величины (м-омент tz, что приводит к

поя.влемию нового импульса с парогавого элемента 14, пе|ревадящего реверсивный счетчик 15 в навое состояние, на выходе АЦП 8 наП1ряжен1ие меняепся так, что ключи 6, 7 оказываются в таком состюянии, что аи1нфазно включаюТ|ся все ключевые усилители 4 и 12 (фиг. 2л, м).

ИМ,п|ульс01м с nopioroiBoro элемента 14 реверсввный очетгчик 15 записывает новый бит инфор.ма.ции, что Пряводит к увел1ичани(Ю Hainряжения на выходе ЦАП 16 еще на величи

fJi . при этом на входе регулируемого

источюижа питания 13 на1лряжан1ие окачком сни;млет1ся до нуля. Еюлл вхо|дной аигнал продолжает увеличиваться, то напряжение на выходе регулируемого .источника питания 13 возрастает, что в конечном счете лриводит к -возра1СТ1а(нию вых10|днО|ГО напряжения всего уюиЛителя М.ощн1аст1и.

При уманьщеии1И входного сигнала напряжение на вхаде АЦП 8, вторам входе вычитающего У1СТ1роЙ1СТ1ва 17 и на выходе репулируемого нсточника питания 13 у1меньш1ается, что приводит к ум.ень(щению напряжения ре-гулируемого и|стач1ника пипания 13 почти до )1уля, в реаультате на выходе иуль-о;ргана 18 ф01рМИр,уеТ|СЯ ИМИуЛЬС (момент з), КО|ТОрЫЙ ум-еньшает на один бит инфо1рма:ци-ю, затисаииую в .рвввр:оивный счетч-ик 15, что ооотввтст1в:ует уменьшению натряжения на выходе и, ЦАП 16 на велич1Ш-1у- - . Одеав.:рамен1Н о с этим на)п.ряжение выходе АЦП 8 та1кже ста«0(вит|ся кратным опори, нОМу яаиряжвнию- -, что цриводит к изме«йвию мал ряжвНИЙ н,а выходе АЦП 8 и «-а вхо-де дешиф|ратара 9, при этом у)П|ра1ВЛяющее напряжение с деш|ифр:а1то1ра 9, по|Да1ва0Мое «а ключи 6 и 7, .cTaiHOiBKTicH raiKiMM, что пар синфаэно (Включенных ключевых усилителей 4 снижается iHia одну. Уменьшение ;на;пряжвН1Ия на выходе ЦАП 16 на веяи Ч1И|Щу- - гприводит к такому же увеличению иаиряжения н-а входе регулируемого источника питания 13 на величину-т а на выходе дополиителыного ключевого уонлителя 12 наоряжение BoapacTiaeT на величиНУ Ui 2Е. В 10 же время за счет того, что нара ключевых уоилйтелей 4 возбуждается противофазно, выходное нанряжение усилителя мощности снижается на величииу п;рл этом напряжение ма На1Гр1узке 10 изменя-. ется 1нла1вио. На .временных интервалах между каммутация)ми ключевых уюидителей 4, иалряжвние иа выходе которых м-еняется диак|репн0, напряжение на .выходе усилителя мош Ност1И иэме|Няет|ся нл1а|вно, кр,оме того, ллавно изменяется сигнал на выходе Д01пол1н1ительно1го ключевого усилителя 12, что приводит к уменьшению шумо1в ювантоватия (нелинейных искажений в спектре выходного оирнала). Ф о ip м у л а и 3 о |б р е т е н и я Усилитель мош,ности, содержаш,ий соединенные но входу детектор огибаюш,ей и последовательно соединенные детектор полярности и фазоинвертор, п пар ключевых усилителей с сумматором на выходе, где/г 1,2, 3,..., один усилитель каждой пары непосредственно соединен с выходом детектора полярности, а другой - через соответствуюниий ключ с выходом детекто|р.а полярности и выходом фазоин1вертар.а, при этом выход детектора огибающей через последовательно соединенные аналогоцнфровой преобразователь и дешифратор подключен к унравляющ1И1М входам iBcex ключей, а на пруэка соещ|И1Нена с выходам сумматор-а через фильтр, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью уменьшения нелянейнык искажений, меж)Ду выходом детектора поля1р1Н01СТИ и дополнительным входом сумматора включен дополнительный ключевой у|сил,итель с регул.ируемым HiCT04itBKOtM П|ИТ1а1Н;ИЯ, вход управления которого падсоздинен к его выходу через последовательно соединенные пороговый элемент, реве,рюи1В1ный счетчик, цнфроаиалоговый Н1рео,бразо|ватель и вычитающее устройство, др1угой В,Х|ОД которого соединен с выходом детектора огибающей, п|р.и этом между выходом дополиителыного ключевого усилителя и упр1а1влЯЮщим входом реверси вного .счетчижа вкл ючан дуль -орган. Источ1НИ К1и И|Н)фор1Мади,и, пр1инятые во вним.аиие П1ри 3KicnqpTH3e изобретения 1.Патент Фр аивди № 2007588, ,кл. Н 03F, 1970. 2.Патент Ф|ра1нп;ш1 № 1586550, кл. Н ОЗК, 1970.

ii

ш

TJ

fu. ;

i Ю

a

щшшшшш

ЛШ11ШШ1ШШ1ШШ Ш1Ш11мшШЖЙ1Ш1иШШ11Ш Ш1ШШШПШШШШШ-

шншшшляпшшшшмшшш ашшлши1|111Ш11шшшшшяш1

иг2