Усилитель класса д

 

УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА D, содержащий последовательно соединенные ,блок широтно-импульсной модуляции и ключевой усилитель мощности, вьшол- : ненный на первом активном элементе и первом выходном трансформаторе, а также фильтр нижних частот, выход Которого соединен с нагрузкой, а вход - соотвественно с объединенными катодами вь1пря ительного и рекуперационного диодов и объединенными анодом рекуперационного диода и первым выводом вторичной обмотки первого выходного трансформатора, второй вывод которой подключен к аноду выпрямительного диода, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности амплитудной характеристики и увеличения КПД, введены управляемый аттенюатор, D -триггер, компаратор, источник опорного напряжения , ключ, дополнительный ключевой усилитель мощности, выполненный на втором активном элементе и втором выходном трансформаторе, и дополнительный выпрямительный диод, при этом вход дополнительного ключевого усилителя мощности через ключ соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, а вторичная обмотка второго выходного трансформатора включена между анодами.выпрямительного и дополнительного выпрямительного диодов, катоды которых объединены , причем выход фильтра нижних частот соединей с первым входом компаратора , второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с информаци1C онным входом D -триггера, тактовый вход которого подключен к выходу о блока широтно-импульсной мoдyJ яции, а выход - к управляющим входам управ ляемого аттенюатора и ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК .

09) (11) зсю Н 03 F 3/217

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3458659/24-09 (22) 30.06.82 (46) 30.11.84.Бюл,У 44 (72) M. В.Кондратьев (71) Ленинградский электротехнический институт связи им.проф.M.À.Áoí÷Бруевича (53) 621.375.026 (088.8) (56) 1. Артым А.Д. Усилители клас-. са D и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. М, "Связь1, 1980, с.153, рис.5.26 б.

2.. Электронная техника в атоматике. Сб.статей по ред. Ю,И.Конева.

M "Сов.радио", 1977, вып.9, с.147-153, рис.1а (прототип)., (54)(57) УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА О, содержащий последовательно соединенные ,блок широтно-импульсной модуляции и, ключевой усилитель мощности, выпол ненный на первом активном элементе и первом выхсдном трансформаторе, а также фильтр нижних частот, выход

Которого соединен с нагрузкой, а вход — соотвественно с обьединенными катодами выпрямительного и рекуперационного диодов и объединенными анодом рекуперационного диода и первым выводом вторичной обмотки первого выходного трансформатора, второй вывод кот рой подключен к аноду выпрямительного диода, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения линейности амплитудной характеристики и увеличения КПД, введены управляемый аттенюатор, 3 -триггер, компаратор, источник опорного напрчжения, ключ, дополнительный ключевой усилитель мощности, выполненный на втором активном элементе и втором выходном трансформаторе, и дополнительный выпрямительный диод, при этом вход дополнительного ключевого усилителя мощности через ключ соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, а вторичная обмотка второго выходного трансформатора включена между анодами .выпрямительного и дополнительного выпрямитель- С„, ного диодов, катоды которых объединены, причем выход фильтра нижних частот соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного

label напряжения, а выход — с информаци" онным входом 3 -триггера, тактовый вход которого подключен к выходу. блока широтно-импульсной моду..яцик, 4и а выход - к управляющим входам управ.ляемого аттенюатора и ключа. 4h

1127074

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано з радиопередающих устройствах.

Известен усилитель класса D, содержащий транзисторный ключ, управ- 5 ляемый широтно-импульсным модулятором, выходной трансформатор )lj .

Недостатком такого усилителя клас-са Д является низкая надежность, обусловленная возникновением существенных перенапряжений на транзисторном ключе, вызванных прерыванием тока в индуктивности трансформатора при выключении транзисторного ключа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является усилитель класса О, содержащий последовательно соединенные блок широтноимпульсной модуляции и ключевой усилитель мощности, выполненный на пер- 20 вом активном элементе и первом выходном трансформаторе, а также фильтр нижних частот, выход которого соединен с нагрузкой, а вход — соответственно с объединенными катодами выпрямительного и рекуперационного диодов и объединенными анодом рекуперационного диода и первым выводом вторичной обмотки первого выходного трансформатора, второй вывод которой 30 подключен к аноду выпрямительного диода,. f2) .

Известный усилитель класса Д обладает нелинейной зависимостью амплитудной характеристики, обусловленной 35 нелинейными зависимостями в активном элементе ключевого усилителя мощности величин времени включения и расса-. сывания. Наиболее сильно указанная нелинейность проявляется при низких 40 и средних уровнях выходного напряжения, Цель изобретения — повышение линейности амплитудной характеристики 45 и увеличение коэффициента полезного действия, Поставленная цель достигается тем, что в усилитель класса D содержащий последовательно соединенные блок 50 широтно-импульсной модуляции и ключевой усилитель мощности, выполненный на первом активном элементе и первом выходном трансформаторе, а также фильтр нижних частот, выход 55 которого соединен с нагрузкой, а вход — соответственно с объединенными катодами выпрямительного и рекуперационного диодов и объединенными анодом рекуперационного диода и первым выводом вторичной обмотки 0epBQго выходного трансформатора, второй вывоц которой подключен к аноду выпрямительного диода, введены управляемый аттенюатор, D-триггер, компаратор, источник опорного напряжения, ключ, дополнительный ключевой усилитель мощности, выполненный на втором активном элементе и втором выходном трансформаторе, и дополнительный выпрямительный диод, при этом вход дополнительного ключевого усилите— ля мощности через ключ соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, а вторичная обмотка второго выходного трансформатора включена между анОдами выпрямительного и дополнительного выпрямительного диодов, катоды которых объединены, йричем выход фильтра нижних частот соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход — с информационным входом D-триггера, тактовый вход которого подключен к выходу блока широтно-импульсной модуляции, а выход — к управляющим входам аттенюатора и ключа.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема усилителя класса D на фиг.2 — принципиальная электрическая схема ключевого усилителя мощности, Усилитель класса D (фиг.1) содержит ключевой усилитель 1 мощности, дополнительный ключевой усилитель 2 мощности, выполненные соответственно на первом и втором активных элементах и первом и втором выходных трансформаторах (фиг,2), выпрямительный 3 и дополнительный. выпрямительный 4 диоды, рекуперационный диод 5, блок 6 широтно-импульсной модуляции (ШИИ),, фильтр 7 нижних частот (ФНЧ), компаратор 8, источник 9 опорного напряжения, D-триггер 10; управляемый аттенюатор 11, ключ 12, нагрузку 13.

Усилитель класса D работает следующим образом.

В соответствии с управляющим широтно-модулированным сигналом, вырабатываемым блоком ШИМ 6, ключевой 1 и дополнительный ключевой 2 усилители мощности с подключенными на вы1127074 ходе выпрямитеньным 3 и дополнительным выпрямительным 4 диодами и рекуперационным диодом 5 формируют на входе ФНЧ 7 последовательность однополярных прямоугольных импульсов 5 напряжения. ФНЧ 7 выделяет на нагрузке 13 постоянную составляющую этих импульсов, повторяющую закон изменения входного сигнала усилителя класса D. 10

Когда выходное напряжения усилителя класса,D превышает уровень, определенный источником 9 опорного напряжения, на выходе компаратора 8, а также на выходе Д-триггера 10 действует напряжение, соответствующее логическому нулю, При этом ключ 12 замкнут и амплитуда импульсов на входе ФНЧ 7 равна удвоенной амплитуде импульсов, вырабатываемых каждым из усилителей мощности l и 2. Выпрямительный диод 3 при этом постоянно

I заперт.

Если напряжение на выходе усилителя класса D уменьшаясь, переходит уровень,; заданный источником 9 опорного напряжения, на выходе .компаратора 8 появляется сигнал логической . единицы, воспроизводимый D-триггером 10. В результате этого ключ 12 отключает соединение блока ШИИ 6 с дополнительным. ключевым усилителем .мощности 2, а коэффициент передачи управляемого аттенюатора 11 удваивается. За счет выключения дополни35 тельного ключевого усилителя 2 и дополнительного. выпрямительного диода 4 амплитуда импульсов на входе

ФНЧ 7 уменьшается в два раза и становится равной амплитуде импульсов, формируемых ключевым усилителем 1 мощности. Одновременно за счет изменения коэффициента передачи управляе. мого аттенюатора I1 удваивается уп-, ° равляющее напряжение на входе блока lllHM 6 и, соответственно, в два раза увеличивается длительность импульсов, вырабатываемых ключевым усилителем 1 мощности, Таким образом, в момент перехода порогового уровня сохраняется неизменной вольтсекундная "площадь импульсов, формируемых на вхОде ФНЧ 7.

Благодаря применению D-.òðèããåðà 10, тактируемого импульсами с выхода блока ШИМ 6, отключение (включение) дополнительного ключевого усилителя 2 мощности осуществляется только в паузах между управляющими импульсами, тем самым устраняется возможность перенапряжения- в дополнительном ключевом усилителе 2 мощности при его коммутации.

Усилитель класса D. обладает большей линейностью амплитудной характеристики при низких и средних уровнях выходного напряжения, благодаря более точному соответствию:продолжительности импульсов, усиленных ключевым усилителем мощности, управ ляющим импульсам, вырабатываемым блоком ШИМ 6, за счет увеличения их длительности в указанном диапазоне выходных напряжений. При этом усилитель класса D обладает более высоким КПД, поскольку в области низких и средних амплитуд выходных напряжений, когда работает лишь один ключевой усилитель 1 мощности, удельные коммутационные потери но сравнению с известным усилителем класса Д вдвое ниже при одинаковом использовании активных элементов °

Редактор Л.Веселовская

Составитель И.Водяхина

Техред Т.Маточка Закаэ 8754/43 Тираж 8Ü1

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

КОРРектоР В Гирняк

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4