Способ компенсации нелинейных искажений Советский патент 1941 года по МПК H04B1/10 H04B1/12 

Известен ряд способов компенсации нелинейных искажений и помех в различных радиотехнических устройствах; эти способы основаны на применении отрицательной обратной связи.

Основной трудностью, не позволяющей эффективно использовать отрицательную обратную связь, является то, что при достаточно глубоких обратных связях неизбежно появление паразитной генерации. Паразитная генерация появляется вследствие того, что в части полосы пропускания тракта, благодаря фазовым сдвигам, вносимым трактом, обратная связь меняет знак, делается положительной и, при достаточной ее глубине, приводит к самовозбуждению .

Предлагаемый способ компенсации нелинейных искажений основан также- на применении отрицательной обратной связи, но отличается от известных тем, что при любой глубине обратной связи генерация возникнуть не может.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что во входную цепь подают результат сложения части входного и части выходного напряжения, причем с целью устранения возможности возникновения самовозбуждения, часть входного напряжения до сложения, поворачиваетси по фазе на 180° и, для получения достаточно глубокой связи, дополнительно усиливается до нужной величины помощью вспомогательного усилителя.

Простейщей формой выполнения предлагаемого изобретения, наглядно иллюстрирующей его, является схема усилителя, содержащего ряд ступеней, изображенная на фиг. 1. Здесь А, Б, В и Г- ступени устройства, искажения которого подлежат компенсации. Для уничтожения возможности возникновения генерации параллельно входу устройства приключается вход вспомогательного усилителя A, на выходе которого развивается напряжение, равное напряжению обратной связи, снимаемому с точек т и п выходной цепи тракта А, Б, В, Г. Выход усилителя /li приключен к точкам т и и. Фазовая характеристика усилителя 1 корректируется таким образом, что во всей полосе усиливаемых частот он не вносит фазовых искажений, и его выходное напряжение сдвинуто относительно входного точно на 180°. Во входную цепь тракта А, Б, В, Г подается результирующее напряжение, являющееся суммой напряжений, снимаемых с точек т и л и с выхода усилителя А. Легко

видеть, что это результирующее напряжение обратной связи, при любых фазовых искажениях, вносимых трактом А, Б, В, Г, не может быть сдвинуто относительно входного напряжения Uo на угол, меньший 90°. Это поясняется векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2, где f/2-напряжение, снимаемое с точек тип, f/3-напряжение на выходе усилителя AI и и -суммарное напряжение обратной связи.

Совершенно ясно, что вся система, состоящая из тракта А, Б, В, Г и вспомогательного усилителя AI, генерировать не может, так как результирующая обратная связь будет всегда уменьшать входное напряжение.

Анализ схемы, изображенной на фиг. 3, являющейся более общей модификацией схемы фиг. 1, в отношении компенсации помех приводит к следующим формулам:

1) Помеха fj, появляющаяся на выходе усилителя А, компенсируется в я, раз, где

1 I I

К,Кз

2) Помеха fg, появляющаяся на входе усилителя, компенсируется в Лз раз, где

1 1/2)

fh1 + (ЛГА + Лз) ;, -

В выражениях (1) и (2) Ki - коэфициент усиления усилителя А, /Сз -коэфициент усилителя Б, Кз-коэфициент усиления усилителя В и Pi-коэфициент обратной связи. Так как АГг выбирается равным , и в этом случае Кз,

а К2 1, то - стремится к , а 1lZ/Zj

может быть сделано как угодно малым. Следовательно, помеха, появляющаяся на выходе, может быть уменьшена до двух раз, а помеха, синфазно действующая на вход тракта и вспомогательного усилителя, в сколь угодно большое число раз. Полезный же сигнал подается на вход тракта и вспомогательного усилителя противофазно и не ослабляется.

Таким образом, изображенную на фиг. 1 и фиг. 3 простейшую форму выполнения изобретения наиболее целесообразно применять в случае маломощных усилителей с низким уровнем входа и малыми искажениями на выходе.

Принцип, положенный в основу изобретения, может быть с успехом использован и для случая, когда требуется компенсировать помеху, возникающую в любом месте тракта, в значительное число раз.

Схема, изображенная на фиг. 4, позволяет в любое число раз компенсировать искажения, появляющиеся на выхоае тракта.

Проведем для ясности детальный разбор этой схемы.

Предположим, что в последнем каскаде генерируется помеха Е. Эта помеха создает на сопротивлении 6 в точках а, б напряжение. Это напряжение подается на сетки ламп 1 и 5, которые включены параллельно. Лампа 5 имеет в аноде только активную нагрузку 7; поэтому на спектре частот, значительно более широком, чем спектр усиливаемых частот усилителем 1, 2, 3, лампа 5 развивает в анодной цепи напряжение, сдвинутое относительно напряжения на ее сетке, примерно, на 180°.

Предположим, что усилитель 1, 2, 3 развивает на сопротивлении 8 напряжение, сдвинутое на 180° относительно своего входного напряжения. Если учесть наличие в системе обратной связи блока 4, .то нетрудно видеть, что вся система может начать генерировать, но генерация все же не наступит. Это объясняется тем, что в этом случае добавочная лампа 5 уменьшит величину обратной связи до величины, меньшей единицы.

Рассмотрим происходящий процесс более подробно. Изобразим вектором А напряжение на сетках ламп 1 и 5:

Тогда вектор В будет представлять собой напряжение в точках С-D:

1

Вектор напряжения в аноде лампы о в этом случае изобразится вектором С:

С I

{

Если коэфициент усиления ступени, работающей на лампе 5, будет выбран таким, что напряжение, развиваемое в аноде лампы 5, будет равно напряжению, развиваемому усилителем 1, 2, 3 в точках С -D и если сопротивления 9 и 10 значительно больше по своей величине, чем сопротивления 7 и 11, то можно считать, что на точках установится суммарный вектор напряжения, величина которого будет примерно, равна величине .каждого из векторов напряжения в отдельности. Отсюда следует, что если коэфициент усиления усилителя 1, 2, 3, отнесенный к точкам М-D, равен Ki и если коэфициент обратной связи будет i, то коэфициент усиления, отнесенный к точкам C-D, будет KI 1. Если теперь перейти к точкам /С и Г, то коэфициент усиления двух параллельно работающих усилителей, из которых один работает на лампе 5, а другой представляет собой усилитель 1, 2, 3, будет KI 2Обозначим /Cip2 Теперь нетрудно подсчитать (если перейти к сеткам ламп 1 и 2), чему будет равен коэфициент усиления обоих параллельно работающих усилителей. Коэфициент усиления обоих усилителей, отнесенный к точкам К к Т, равен Ко. Если обозначить через ,8д коэфициент обратной связи, характеризующий величину подачи обратной связи на сетки лампы 1 и 5, то коэфициент усиления системы в данном случае будет: ; 1+/СоРоЕсли коэфициент усиления последнего блока будет К2, а коэфициент обратной связи, снимаемой с анода последнего блока, рз, то общий коэфициент усиления всей системы выразится так: j Ko«2E. l-fAToPo Возьмем /Соро 1и , если теперь наложить условие, что M)V2P2 Aopoi KoKzИз последнего следует, что в этом самом неблагополучном в смысле устойчивости случае генерация невозможна, так .как генерировать может система только тогда, когда коэфициент усиления ее увеличивается; в данном же случае коэфидиент усиления остался прежним. Рассмотрим случай, когда фазовая характеристика усилителя 1, 2, 3 такова, что вектор р совпадает по фазе с вектором А. В этом случае помеха, возникающая в блоке 4, если коэфициент усиления обеих параллельно работающих систем достаточен, будет компенсироваться. Нетрудно видеть, что при этом суммарное напряжение в точках К-Т будет равно нулю. Следовательно, обратная отрицательная связь, вносимая лампой 5, будет отсутствовать и следовательно, коэфициент усилителя 1, 2, 3 будет таким, как если бы лампа 5 вообще отсутствовала. Компенсация помехи, возникающей в аноде блока 4, в этом случае будет выражаться так: 1 1 + KiK Рассматривая последнюю формулу, мы видим, что компенсация помехи при значительных величинах может быть весьма значительной. Предположим теперь, что помеха генерируется в одной из ступеней усилителя 1,2,3. В этом случае коэфициент обратной связи Р| действием лампы 5 будет уменьщен в -,--;-77-5- раз, где /С:,-коэфиi + циент усиления ступени, работающей на лампе 5. Следовательно, коэфициент усиления усилителя 1, 2, 3 с учетом действия лампы 5 для помехи, возникающей внутри усилителя 1, 2, 3, будет: К, 1-,Эп 1 + ,ео Так как ранее мы приняли, что К 1 о А Joi то величина ,., всегда бу-I+Л йЛ дет меньше единицы и следовательно, величина /Ci всегда будет конечной, что является признаком устойчивости системы. Предлагаемое изобретение может быть использовано и в передатчиках в самых различных модификациях форм выполнения. Предмет изобретения. Способ компенсации нелинейных искажений помощью отрицательной обратной связи, осуществляемой путем подачи во входную цепь части входного и части выходного напряжения после их сложения, отличающийся тем, что, с целью устранения возможности возникновения самовозбуждения, напряжение, снимаемое со входа, перед сложением его с напряжением, снимаемым с выхода, поворачивают по фазе на 180° и, с целью получения глубокой обратной связи, дополнительно усиливают.