Способ усиления электрических колебаний

 

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСН КИХ КОЛЕБАНИЙ, основанный на подаче этих колебаний на управляемый актива; ный элемент, например, электронную лампу, с последующим выделением усиленных колебаний на нагрузке при условии протекания тока усиливаемых колебаний через активный элемент и нагрузку, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления по мощности за счет уменьшения мощности подводимых колебаний при сохранении устойчивости работы активного элемента, формируют компенсационное напряжение, синфазное .с усиливаемы1«4 колебаниями, и до,подачи усиливаемых юэлебаний на активный элемент суммируют их с компенсационным напряжением при условии независимости тока усиливаемых колебаний от их напряжения. (Л с / QJt/f.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) /

М51) Н 03 F 1/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2760451/18-09 ,(22) 21. 05.79 (46) 07,11.83. Бюл.й 41 (72) И.И.Пасс, Н.С.Огаркова, 10.К.Лесиш, Л.И.Шапиро, Ю.ИЛебедев и О.В.фи» латов (53) 621.375.026(088. 8) (56) 1. Дробов С.А. Радиопередающие устройства. М., 1951, с.846-849 (прототип). (54)(57) CI10C06 YCNllEHNR ЭЛЕКТРИЧЕС".

КИХ КОЛЕБАНИЙ, основанный на подаче . этих колебаний на управляемый актив.-. ный элемент, например, электронную лампу, с последукицим выделением усиленных колебаний на нагрузке при условии протекания тока усиливаемых колебаний через активный элемент и нагрузку, отличающийся тем, что,. с целью увеличения коэффициента усиления по мощности за счет уменьшения мощности подводимых колебаний при сохранении устойчивости работы активного элемента, формируют компенсационное напряжение, синфазное -с усиливаемыми колебаниями, и до,подачи усиливаемых колебаний на активный элемент суммируют их с компенсационным напряжением при условии независимости тока усиливаемых колебаний от их напряжения.

1053269

Изобретение относится к радио" технике и может использоваться в усилителях на электронных приборах с частично или. полностью встроен". ными внутрь вакуумной оболочки колебательными системами.

Известен способ получения электрических колебаний, основанный на подаче этих колебаний на управляемый активный элемент, например электронную лампу, с последующим выделением усиленных колебаний ыа нагрузке при условии протекания тока усиливаемых колебаний через активный элемент и нагрузку (1), Однако известный способ не позволяет повысить коэффициент усиления по мощности за счет уменьшения при неизменности тока возбужде-. ния и переменного напряжения на управляющем электроде.

Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления по мощности подводимых колебаний при сохранении устойчивости работы активного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу усиления электрических колебаний, основанному на подаче этих колебаний на управляемый активный элемент, например электронную лампу, с последующим выделением усиленных колебаний на нагрузке при условии протекания тока усиливаемых колебаний через активный элемен и нагрузку, формируют компен" сационное напряжение, синфазное с усиливаемыми колебаниями, и. до подачи усиливаемых колебаний на активный элемент суммируют их с компенсационным. напряжением при условии независимости тока усиливаемых колебаний от их напряжения.

На фиг.1 приведена эквивалентная схема усилителя с общей сеткой, 6cy" ществляющего способ; на фиг.2 - эквивалентная схема усилителя с общей сеткой, поясняющая одно из возможных направлений реализации предлагаемого способа (твтродный вариант).

Устроиство для реализации предла; гаемого способа содержит активный элемент 1, возбудитель 2, нагрузку 3, эквивалентное сопротивление входной колебательной цепи 4, источник

5 компенсационного напряжения.

Способ осуществляют следующим образом.

В устройстве осуществляющем способ (фиг.1) между управляющей сеткой 6 активного элемента 1 и цепью связи . входа устройства (точка С) с нагрузкой 3 (3 р ) прикладывают переменное компенсационное напряжение х, cocПри усилении мощности электрических сигналов при помощи управляемого активного элемента, например, элект", ронной лампы, включающем подачу пи5 тающих напряжений на электроды активного элемента 1, подачу усилива-. емого сигнала от возбудителя 2 между управляющим и эмиттирующим электродами активного элемента 1, пропускание

10 тока активного элемента 1 через нагрузку 3 и одновременное пропускание через нагрузку 3 по меньшей мере час ти тока возбуждения, одновременно с подачей усиливаемого сигнала между

15 управляющим электродом и цепью связи возбудителя 2 с нагрузкой 3 прикладыг вают компенсационное переменное нап пряжение, составляющее в сумме с переменным напряжением на управляющем электроде величину, меньше пере" менного напряжения на управляющем электроде.

Компенсационное напряжение повторяет характер изменения напряже"

25 ния на управляющем электроде и в общем случае противофазно ему.

При этом напряжение возбуждения, развиваемое на клеммах возбудителя

l"

2, в отличие от обычной схемы с об" .

З0 щей сеткой, представляет собой алгебраическую сумму компенсационного напряжения и напряжения, действующего между управляющим электродом и катодом.

В силу этого мощность возбуждения, необходимая для получения одинаковых значений анодного тока и, следовательно, одинаковой по сравнению с известным усилителем по

40 схеме с общей сеткой выходной мощности в нагрузке 3, оказывается меньшей во столько раз, во сколько алгебраическая сумма компенсационного напряжения и напряжения, действую45 щего между управляющим электродом и катодом, меньше напряжения между уп" равляющим электродом и катодом.

Таким образом, за счет уменьшения мощности возбуждения во много раз по- вышается коэффициент усиления усилителя по мощности при сохранении общего .принципа работы усилителя.

3 1053 тавляющее в сумме с переменным напря" жением Ц < на управляющей сетке С величину, меньше переменного напря-! жения Vgg Ha сетке G

u„i U<„ u<„.. (s}

При этом напряжение возбуждения, развиваемое на выходных клеммах воз" будителя 2, равно

I I о, =0&40. определя15

8 2 8

8 известном устройстве колебательное напряжение Уа„, действующее

20 между анодом А и катодом К активного элемента равно алгебраической сумме. напряжений Оа и0 », действующих между анодом А и управляющей сеткой

G, между управляющей сеткой G u катодом К

"ок =uaa of

30 где

З5 Р . 1 . > н а а (6)

Н= 2(a) а Р)

40 . С ве ственно Равны и колебательные напряжения на этих нагрузках .

U„=u,,, - сг) где причем соответственно

I фс к

55 или

1 о =о„ н мЦ 8 э а мощность возбуждения РВ ется по формуле

8 отличие от этого в устройстве, осуществляющем предлагаемый способ, при введении компенсационного напряжения Ик (фиг.1), напряжение О цк, действующее между анодом А и като" " дом К активного элемента 1, представляет алгебраическую сумму напряже" ний

l I

Oak = 0ак 4 0м 4 0свх Ф

1 ( где 0а - напряжение на нагрузке 3 (2, ).

Из основного условия (11: предла; гаемого способа понятно, что Ок сдвинуто по фазе (противофазно) относиЮ „

Соответственно, сравнивая экви- . валейтные схемы усилителей напряже н я между анодом и катодом активных. элементов в устройствах по предлагае мому и известному способах и принимая

269 ф получаем, что 0 a „> tl «, т. е. высо кочастотное: напряжение, действующее между анодом А и катодом K в уст" ройстве больше соответствующего напряжения в известном устройстве при равных прочих параметрах активного элемента, колебательных систем и нагрузки.

Рассмотрим влияние переменного компенсационного напряжения Ок на энергетический баланс колебательных мощностей между активным Элементом

1 и возбудителем 2 при условии, что

)С "- Х „ ) а= а, Ж

1 т =т;u<„о „, т.е. токи ls, Eg возбудителей 2 . то° ки анода I ; ?а управляющие напряI жения Og„, U z активного элемента 1, а также параметры нагрузок 3Za

Ка и входйых колебательных цепей

X »„ X „ идентичны для известного устройства и устройства, реализующего предлагаемый способ.

При выполнении условия (4) мощность Рн, выделяемая в нагрузке Ец известного устройства, равна мощности

Р, выделяемой в нагрузке Еа устрой- ства, осуществляемого предлагаемый способ, (фиг.1)

pí н (Х) "ай = U«u „ (ю)

: а = ак+ " к " к PË,Рн 2? 1ай = auoK ? Офк

1053269 где Р„ - колебательная мощность, выделяемая в нагрузке (традиционная схема устройства с общей сеткой по известно" му способу);

Р11„- -колебательная мощность, отдаваемая активным элементом в известном способе;

Рв - колебательная мощность, отдаваемая возбудителем 2 в

10 известном способе

Аналогично или

В случае, если компенсацион- ное напряжение 01, противофазно напряжению на управляющем электроде 55

Ug и превышает его по абсолютной величине, напряжение возбудителя 2 ! т ч становится отрицательным. 1

Н 11 .гдв Р " колебательная мощность,вын деляемая в нагрузке (уси20 литель, реализующий предлагаемый способ (фиг.1);

P> - колебательная мощность, отдаваемая активным,элементом 1 (фиг.1);

P — KOJJ66BT9f3bHBR мощность, отв даваемая возбудителем 2 (фиг.1) .

В"обоих случаях мощности, выделяемые в нагрузках 7,, и Z,склады30 ! ваются из мощностей Рн1, Рн, отдаваемых активным элементом 1, и мощностей P, P> возбудителя 2.

Введение компенсационного напряжения U, противофазного напряжению 35

0 по условию (3), увеличивает мощ"

6к нъесть, выделяемую активным элементом

1 в нагрузке 2 и уменьшает мощность, выделяемую s этой нагрузке возбудителем 2 за счет увеличения U>z по срав- 40 нению c U<<, Рассмотрим зависимость коэффициента усиления по мощности устройства в зависимости от величины и знака компенсационного напряжения Оу, при 45 т1 неизменности тока возбудителя в .

Если компенсационное напр биение

Ок равно и противоположно по знаку напряжению U g, то мощность возбужI дения Р в соответствии с выражением з (3) равна нулю,(0в.= 0),а P„=P„>

В этом случае возбудитель 2 не отдает мощность, а потребляет ее от устройства, так как.мощность Рн„ активного элемента 1 превышает мощ1 ность Ри, выделяемую в нагрузке 1 УСтРОйСтВа, Эта мощность рассеивается в возбудителе 2 (например, на аноде электронного прибора, развязывающих цепяхвентиле, циркуляторе) .

Следует отметить, что токов воз1 будителя 2 остается неизменным для ! поддержания Vg Vg„, что обеспечивает заданный режим работы устройства.

В случае, если компенсационное напряжение V, противофазно .напряжению на управляющем электроде Vg и меньше его по абсолютной величине, то мощность возбуждения оказывается во столько раз меньше мощности возбуждения аналогичного .известного устройства (построенного по схеме с общей сеткой ), во сколько раз алгебраическая сумма напряжений на управляющем электроде Vg и компенсационного Чк меньше напряжения Vg„ ea управляющем электроде.

Во всех рассмотренных случаях коэффициент усиления устройства КР .

I .определяется {также, как и в устройствах с общей сеткой) как отно-! I шение мощности Р11 в нагрузке 3 Zz устройства к мощности возбу>йде.ния Рв

pI

Н

Р

В, где Кp - коэффициент усиления устройства, реализующего предлагаемый способ.

При этом коэффицент усиления К увеличивается во столько раз, во сколько уменьшается мощность возбуждения.

Как следует из схемы устройства (фиг.11 при неизменном токе возбудителя 1.8 при изменении величины на1 пряжения Uв на выходных клеммах воз. будителя 2 не возникает никаких дополнительных обратных связей между входными и выходными цепями по срав" нению с известной схемой с общей сеткой и в обоих случаях обратная связь между входными и выходными цепями усилителя определяется междуэлектродной

;емкостью активного элемента. Таким образом, с точки зрения величины об1053269

При этом подача компенсационного напряжения возможна любым известным методом при помощи любых известных для этих целей средств, например, от внешнего синхронизированного с возбудителем источника (генератора) или, что является наиболее целеаообразным и перспективным, при помощи встраиваемых в усилитель пассивных элементов (в частности, пассивного многополюсника, как показано на r,2).

Цепь связи входа усилителя с нагрузкой,. которая в традиционных уси-! лителях образована обычно кабелем или линией передачи, в усилителе, реали- . зующем способ, может быть выполнена также на основе кабеля или линии-передачи в случае использования внешнего источника компенсационного напряжения или может быть образована эле1ментами формирующего компенсационное напряжение пассивного многопол6сника или т.п.

Конкретное, конструктивное оформление способа может быть самым раз личным на основе известных средств и не представляет серьезных трудностей для специалистов.

Преимущества усилителей, реализующих предлагаемый способ, заключаютс в том, что коэффициент усиления по мощности по сравнению с традиционными усилителями, собранными по схеме с общей сеткой может быть увеличен,как показали расчетные данные и результа". ты экспериментальной проверки, на порядок и более.

Использование предлагаемого способа по построении усилителей мощности на электровакуумных приборах или транзисторах позволит уменьшить число усилительных каскадов, увели чить надежность и промышленный КПД, а также снизить себестоимость радиоустройств широкого применения и соответственно упростить их эксплуатацию.

Кроме того, при современном уровне полупроводниковых приборов предлагаемый способ в значительной мере упрощает задачу непосредственной стыковки.оконечных каскадов мощных усилителей на электровакуумных приборах с предварительными каскадами на транзисторах. ратной связи устройство по схеме с общей сеткой и устройство, реализующее предлагаемый способ, идентичны, .

Получено экспериментальное подтверждение эффекта повышения коэффициента усиления (фиг.2).

8 усилителе компенсационное напряжение появляется между точками

m, и источника компенсационного напряжения пассивного многополюсни- 10 ка 5 при протекании по его элемен-! там тока I g в о з3б у ж д е нHи я, состояще"

ro из алгебраической суммы токов: экранной сетки 1, управляющего

1! электрода, тока, протекающего 15 через входную колебательную цепь !! !l !! ! Igy! и тока 1 1 нагрузки Z усили теля

1 1

ТФФ =11 i 11(„ I62.ICKB результате испытания усилителя мощность возбудителя Р при неизмен. ных значениях тока Iz возбуждения тока1д нагрузки 37." токов, сеток и и входной колебательной цепи -25

4 1 „-и полезной колебателЬной мощности на сопротивлении нагрузки З д анодной цепи усилителя снижена B

20 раз. При этом значение коэффициента усиления усилйтеля по мощности 30 согласно предлагаемому способу coc" тавляет 425 (при коэффициенте 30 уси ления контрольного усилителя,построенного по традиционной схеме с общей сеткой на том же активном элементе .

Предлагаемый способ может быть реализован практически в любом усилителе, построенном по схеме с общей сеткой и выполненном HB электронном приборе любого типа (триод, тет" 40 род и т.п.) а также и в усилителе, построенном на полупроводниковом приборе . (транзисторе или т.n.), например, по схеме с общей базой;

Используемый термин управляющий 45 электрод" имеет широкое значение, охватывающее "управляющую сетку" электронной лампы, "базу." транзистора и т.п. а термин "эмиттерующий электрод" соответствует понятиям "каII, 11 11

50 . тод, эмиттер и т.п. Общим обязательным условием для усилителеи, реализующих предлагаемый способ,; является протекание по меньшей мере части тока возбуждения через нагруз- ку усилителя.

105 3269

Составитель В.Иаврин

Редактор H.Ïóøíåíêîâà Техред Т.Иаточка

Корректор И. Демчи к

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8899/55 Тираж 936

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5