Усилитель класса д

 

УСШШТЕЛЬ КЛАССА Д, содержащий генератор пилообразного напряжения , выход которого через. последовательно соединенные первый блок смещения уровня, первый сумматор и первый компаратор соединен с первым входом ключевого усилителя, а также через.последовательно соединенные второй смещения уровня, второй сумматор, и второй компаратор соединен с вторым входом ключевого усилителя , к выходу.которого подключен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей вине, а вторые входы первого и второго компараторов соединены меяду собой и являются входом усилителя класса Д, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, выход генератора пилообразног о напряжения соединен с третьим входом первого сумматора через введенные последовательно включенные третий блок смещения уровня и амплитудньм селектор отрицательной полярности и через введенные последовательно соединенные четвертый СП блок смещения уровня и -амплитудньй селектор положительной полярности с третьим входом второго сумматора,, при этом вторые входы третьего и чет- s вертого блоков смещения уровня подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника питания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) зсмк) Н 03 F 3/217

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3620768/24-09 (22) 11.07.83 (46) 23.12.84.Бюл. В 47 (72) А.А.Алексанян,-В.А.Александров, В.А.Галахов, В.А.Майоров и А.О.Афанасьев (53) 621.375.026(088.8) (56) I. Авторское свидетельство СССР

В 565378, кл. H 03 F 3/217, 1974.

2. Патент США Иу 3551851, кл. 332-9, 1970 (прототип). (54) (57) УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д, содержащий генератор пилообразного напряжения, выход которого через.последовательно соединенные первый блок смещения уровня., первый сумматор и первый компаратор соединен с первым входом ключевого усилителя, а также через.послеповательно соединенные .второй блок смещения уровня, второй сумматор,и второй компаратор соединен с вторым входом ключевого усилителя, к выходу. которого подключен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого и второго компараторов .соединены между собой и являются входом усилителя класса Д, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, выход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим входом первого сумматора через введенные последовательно вклю ченные третий блок смещения уровня и амплитудный селектор отрицательной полярности и через введенные после- е довательно соединенные четвертый блок смещения уровня и амплитудный селектор положительной полярности— с третьим входом второго сумматора, при этом вторые входы третьего и чет- вертого блоков смещения уровня подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника питания.

1131022

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в усилив тельных устройствах средней и большой мощности.

Известен усилитель, в котором

5 входнсЬ сигнал преобразуется в двухтактную последовательность широтномодулированных импульсов, полярность которых соответствует полярности входного сигнала, усиление двухтакт- 10 ной последовательности импульсов осуществляется высокоэффективными двухтактными ключевыми усилителями, например, выполненными по мостовой схеме, каналы которых переключаются с частотой входного сигнала, что значительно уменьшает потери, вызванные сквозными токами (1) .

Данный усилитель имеет высокий

КПД, порядка 85-903.

Однако у этого усилителя малый динамический диапазон усиления. Это .обусловлено тем, что в таких усилителях малым уровням входного сигнала соответствует минимальная длительность импульсов, что приводит. к существенным искажениям сигнала; выделяемого на Нагрузке, вследствие инерционности переключения ключевых элементов, и уменьшению динамического

30 диапазона усиления до 30-35 дБ.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является усилитель класса Д, содержащий генератор пилообразного напряжения, выход которого через последовательно соединенные первый блок смещения уровня, первый сумматор и первый компаратор соединен с первым входом ключевого усилителя, а также через последовательно соединенные второй блок смещения уровня, ®0 второй сумматор и второй компаратор соединен с вторым входом ключевого усилителя, к выходу которого подклю,чен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого и второго компараторов соединены между собой и являются входом усилителя 50 класса Д (2) .

Однако известный усилитель класса Д имеет существенные искажения амплитудно-частотной характеристики..

Цель изобретения — уменьшение 55 нелинейных искажений.

Цель достигается тем, что в усилителе.класса Д, содержащем генератор пилообразного напряжения, выход которого через последовательно соединенные первый блок смещения уровня, первый сумматор и первый компаратор соединен с первым входом ключевого усилителя, а также через последовательно соединенные второй блок смеще-. ния уровня, второй сумматор и второй компаратор соединен с вторым входом ключевого усилителя, к выходу которого подключен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого и второго компараторов соединены между собой и являются входом усилителя класса Д, выход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим входом первого сумматора через введенные последовательно.включенные третий .блок смещения уровня и амплитудный селектор отрицательной полярности.и через введенные последовательно соединенные четвертый блок смещения уровня и амплитудный селектор положительной полярности— с третьим входом второго сумматора, при этом вторые входы третьего и четвертого блоков смещения уровня подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника питания.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного усилителя класса Д; на фиг. 2 и 3— эпюры, поясняющие формирование пилообразных напряжений; на фиг. 4 диаграммы, поясняющие работу усилителя; на фиг. 5 — амплитудная характеристика усилителя класса Д.

Усилитель класса Д содержит генератор пилообразного напряжения (ГПН)

1, первый и второй блоки 2 и 3 смещения уровня, первый и второй сумматоры 4 и 5, амплитудный селектор 6 отрицательной и амплитудный селектор 7 положительной полярностей, первый и второй компараторы 8 и 9, ключевой усилитель 10 и выходной фильтр нижних частот (ФНЧ) 11, третий и четвертый блоки 12 и 13 смещения уровня.

ГПН 1 препназначен для формирования напряжения пилообразной формы

Ц (фиг. 2а и За) с постоянной амплитудой и частотой повторения. ГПН 1 может быть выполнен на г=-нераторе

3 11310 тактовых импульсов типа меандр и интеграторе.

Блоки 2 и 3, 12 и 13 смещения уровня предназначены для смещения

-сигнала, поступающего на их первый вход, соответственно в большую и меньшую сторону относительно напряжения, поступающего на их второй вход.

Блоки 2, 3, 12 и 13 смещения уровня могут быть выполнены на конденсаторе и диоде, причем в блоках 3 и 13 смещения уровня диод включен между выходом и вторым входом в прямом найравлении, а в блоках 2 и 12 смещения уровня — в обратном. На вы15 ходах блоков 2, 3, 12 и 13 смещения уровня формируются пилообразные напряжения Он >О (минимальное значение совпадает с нулевым уровнем)", U< >- U минимальное значение, равное — Ц );

Ll« c О (максимальное значение равно О)

< ц с U (максимальное. значение равно

+0), форма и амплитуда которых определяется сигналом Vä, поступающим на первый вход блоков смещения уровня (фиг. 2 а, б, в, фиг. 3 а, б, в).

Амплитудный селектор 6 отрицательной полярности предназначен для коммутации напряжения 01, поступаюзр щего на его вход с выхода блока 12 смещения уровня, на вход сумматора 4, при U1 (О. На вьгходе амплитудного "„електора 6 формируются треугольные импульсы 01 отрицательной полярнос- ° ти.

Амплитудный селектор 7 положительной полярности передает на вход сумматора 5 напряжение 0 ) О. На входе амплитудного селектора 7 формируются треугольные импульсы положительной 4р полярности. Амплитудные селекторы

6 и 7 могут быть выпол .ены на диодах, соответственно включенных в обратном и прямом направлениях.

Сумматоры 4 и 5 предназначены для суммирования входных сигналов и могут быть выполнены резистивными, при условии, что обеспечивается равенство сопротивлений соответствующих ре- SO зисторов сумматоров 4 и 5 ° На выходах сумматоров 4 и 5 формируются пилообразные напряжения V vU и V<<+V. причем скорость изменения пилообразных напряжений „ и в области от — SS

-<< до 4 ц в два раза больше, чем в остальной области (фиг. 2 r. д, фиг. 3 г, д).

22 4

Предлагаемый усилитель класса Д работает следующим образом.

Выходное напряжение ГПН 1.поступает через блок 2 смещения уровня на первый вход и через блок 12 смещения уровня и амплитудный селектор 6 — на третий вход сумматора 4, а также через блок 3 смещения уровня — на первый вход и через блок 13 смещения уровня и амплитудный селектор 7 — на третий вход сумматора 5. При этом на выходах сумматоров 4 и 5 формируются соответственно напряжения 7 > U и 7 (+Н (фиг. 4а), имеющих общую область изменения от -((до i U, причем в этой области скорость изменения пилообразных напряжений У,и Ч в два раза выше. Напряжения 9, и V поступают на входы компараторов 8 и 9, где сравниваются с напряжением усиливаемого сигнала. При U< U << на вьгходе компаратора 8 формируется импульс положительной полярности, а при Ug > Ц<< импульс отрицательной полярности формируется на выходе компаратора 9. Выходные импульсы компараторов 8 и 9 усиливаются ключевым усилителем 10 и через выходной ФНЧ 11 передаются на выход усилителя класса Д.

При f U<(U на выходе ключевого усилителя 10 формируется двухтактная последовательность импульсов (фиг.4б), полярность которых определяется полярностью усиливаемого сигнала. При

JU /c гг на выходе ключевого усилителя 10 формируется последовательность разнополярных импульсов, . в паузе между которыми оба канала ключевого усилителя 10 находятся в закрытом состоянии (фиг. 4б).

Таким образом, в предлагаемом усилителе класса Д обеспечивается формирование смеыанной импульсной последовательности, двухтактной— при больших уровнях (U (>U, и однотактной — при малых уровнях усиливаемого сигнала )g„jc jj . Это поэволяетв предлагаемом усилителе класса Д получить динамический диапазон не менее чем у известного (40-45 дБ).

Так как скорость изменения пилообразных напряжений 9 . и 9 в однотактном режиме работы в области от

-u до+О в .два раза вьппе, чем в остальной области, то длительность им пульсов в предлагаемом усилителе класса Д находится следующим образом: с

5 ° 1131022 при 1Щс U однотактный режим работы3 + длительность положительных импульсов

u„=vuM, 0 0ц

Яо длительность отрицательных импульсов

0-"м

1и 2Ф (2) при )U+(>U двухтактный режим работы

Вм1-0 20 — —, (3) ll д(, Я где - " - скорость изменения IIHT .лообраэного напряжения в двухтактной области.

Из (1), (2) и (3) следует, что в предлагаемом усилителе класса Д как . в однотактном, так и в двухтактном 10 режимах работы сохраняется пропорцио. нальность между входным и выходным сигналами

Он где ц = " коэффициент усиления усиЕ лителя.

Таким образом, в. предлагаемом усилителе класса Д,. в отличие от известного, обеспечение смешанного режима работы не приводит к искажению амплитудной характеристики. В предлагаемом усилителе класса Д амплитудная характеристика -практически линейна (фиг. 5, сплошная линия).

В результате добавления в известный усилитель. дополнительных узлов и. связей, в предлагаемом усилителе класса Д искажение выходного сигнала существенно меньше, чем у известного.

Так, известный усилитель вследствие нелинейности амплитудной характерис-. тики имеет искажения выходного.сигнала порядка 4-5Х в предложенном искажения не превышают 2Х, r

1131022

0п а

uzr 23

1131022

- д Р

0 Ю

Фиг. Ю

Составитель Е. Бурашников

Редактор П. Коссей Техред А. Бабинец Корректор В.Синицкая

Заказ 9626/43 Тираж 861 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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