Усилитель мощности

 

1.УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий г ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собой и с входом выходного полосового фильтра, а.также детектор полярности и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем выход детектора огибающей соединены с одним входом блока, вычитания и входом аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифроаналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый источник питания соединен с модуляционным входом первого ключевого усилителя, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения комбинационных искажений , введены управляемый фазовращатель , фазовый детектор, первый и второй преобразователи частоты, генератор опорных частот и дополнительный детектор полярности, причем первый вход фазового детектора и вход управляемого фазо.вращателя подключены к выходу детектора полярности, а выход управляемого фазовращателя соединен с одним входом первого преобразователя частоты, другим входом подключенного к одному входу второ-. го преобразователя частоты и выходу генератора опорных частот, а другой вход второго преобразователя частоты соединен с нагрузкой и через дополнительный детектор полярности с втог рым входом фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, причем выход первого преоор зователя частоты соединен с высокочастотными входами ключевых усилителей, (Л коммутационный вход первого ключевого усилителя соединен с введенным источником постоянного напряжения, а коммутационные входы остальных (п-1 ) ключевых усилителей - с соответствующими выходами дешифратора. 2, Усилитель по п.1, отличающийся тем, что ключевой СР &9 О) усилитель выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго амплитудных модуляторов, причем 4 СО вход первого амплитудного модулятора является высокочастотным входом ключевого усилителя, а симметричный выход второго амплитудного модулятора - выходом ключевого усилителя, а дополнительный выход второго амплитудного модулятора через последовательно соединенные 4мльтр верхних частот амплитудный ограничитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя , выход которого подключен к модуляционному входу первого ампли

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОЮ (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТ0РСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ, КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3638109/24-09 (22) 23.08.83 (46) 07.01.85.Бюл.В 1 (72) Е.Л.Белоусов, И.А.Гончаров, В.Н.Громорушкин, В.Г.Лаврушенков, В.П.Леонов, Г.В.Новиков, Н.Б.Петяшиь, А.В.Харитонов и В.В.Шахгильдян (53) 621.375.026 (088;8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 557471, кл. Н 03 F 3/217, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 565379, кл. Н 03 F 3/24, 1977 (прототип) . (54) (57) 1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий и ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно меж" ду собой и с входом выходного полосового фильтра, а также детектор полярности и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем выход детектора огибающей соедийены с одним входом блока вычитания и входом . аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифроаналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый источник питания соединен с модуляционным входом первого ключевого усилителя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения комбинационных искажений, введены управляемый фазовращатель, фазовый детектор, первый и второй преобразователи частоты, гене. ратор опорных частот и дополнительный детектор полярности, причем первый вход фазового детектора и вход

+(51) Н 03 F 3/20 Н 03 F 1 32 управляемого фазовращателя подключены к выходу детектора полярности, а выход управляемого фазовращателя соединен с одним входом первого преобразователя частоты, другим входом подключенного к одному входу второ-. го преобразователя частоты и выходу генератора опорных частот, а другой вход второго преобразователя частоты соединен с нагрузкой и через допол- > нительный детектор полярности с вто-. рым входом фазового детектора, выход которого соединен с управлякицим входом управляемого фазовращателя, причем выход первого преобразователя частоты соединен с высокочастотными входами ключевых усилителей, коммутационный вход первого ключевого усилителя соединен с введенным: источником постоянного напряжения, а коммутационные входы остальных (n -1) ключевых усилителей — с .соот-ветствующими выходами дешнфратора.

2. Усилитель по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что ключевой усилитель выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго амплитудных модуляторов, причем вход первого амплитудного модулятора является высокочастотным входом ключевого усилителя, а симметричный выход второго амплитудного модулятора — выходом ключевого усилителя, а дополнительный выкод второго амплитудного модулятора через последовательно соединенные фильтр верхних частот„. амплитудный ограничитель и филь".р нижних частот соединен первым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к модуляционному входу первого ампли1133649 тудного модулятора, а второй вход дифференциального усилителя является коммутационным входом ключевого усилителя и подключен к управляющему входу управляемого ключа, включенного параллельно выходу второго амплитудного модулятора, а модуляционный вход второго амплитудного модулятора является модуляционным входом ключевого усилителя.

Наиболее близким техническим рейением к предложенному является усилитель мощности, содержащий л ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собой и входом выходного полосового фильт" З0 ра, а также детектор полярноСти и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем выход детектора огибающей соединен 35 с одним входом блока вычитания и входом аналого"цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифро-аналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый иеточник питания соединен с шиной питания первого ключевого уси лителя 52).

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих устройствах, предназначенных для работы в системах связи с однополосной и амплитудной моду- 5 ляциямне

Известен усилитель мощности, содержащий два выходных ключа, соединенных последовательно с источником питания, и третий ключ, вход которого является входом усилителя мощности, выход подключен к управляющему входу одного ключа через ин. вертор, а к управляющему входу дру" гого — непосредственно, а также к 15 входу элемента задержки, выход кото" рого через последовательно соединенные управляемый вентиль и элемент сравнения подключен к датчику перег" рузок (1). 20

Однако такой усилитель имеет не" достаточно линейную амплитудно-час" тотиую характеристику.

Однако известный усилитель мощности имеет высокий уровень комбинационных искажений.

Цель изобретения — уменьшение комбинационных искажений.

Для этого в усилитель мощности, содержащий h ключевых усилителей, выходы которых соединены последовательно между собой и входом выходного полосового фильтра, а также детектор. полярности и детектор огибающей, входы которых соединены между собой и являются входом усилителя мощности, причем вшход детектора огибающей соединен с одним входом блока вычитания и входом аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого соединены с входами дешифратора и через цифроаналоговый преобразователь с другим входом блока вычитания, выход которого через управляемый источник питания соединен с модуляционным входом первого ключевого усилителя, введены управляемый фазовращатель, фазовый детектор, первый и второй преобразователи частоты, генератор ойорных частот и дополнительный детектор полярности, причем первый вход фазового детектора и вход управляемого фазовращателя подключены к выходу детектора полярности, а выход управляемого фазовращателя соединен с одним входом первого преобразователя частоты, другим входом подключенного к одному входу второго преобразователя частоты и выходу генератора опорных частот, а другой вход второго преобразователя частоть1 сое1 динен с нагрузкой и через дополнительный детектор полярности с втоI рым входом фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, причем выход первого преобразователя

113

3649 4 и 23 и источник 24 постоянного напряжения.

Усилитель мощности работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе усилителя мощности и соответственно на выходе детектора I огибающей и детектора 2 полярности на выходах дешифратора 9, соединенных с коммута* ключевых усилителей 4, действуют напряжения, обеспечивающие отсутствие возбуждения на входе амплитудного модулятора 23 и замыкание управляемых ключей 17.

При появлении на входе усилителя.мощности сигнала, сформированноro на фиксированной промежуточной частоте, на выходе детектора 2 полярности формируется напряжение промежуточной частоты с постоянной амплитудой, которое через управляемый фазовращатель 3 подается на один вход первого преобразователя 7 часна другой axop, Koroporo порается напряжение с выхода генератора 12 опорных частот, в результа-. те на выходе первого преобраэователя 7 частоты. формируется напряжение с постоянной амплитудой на рабочей частоте, которое подается на высокочастотные входы всех ключевых усилителей 4.

Одновременно на выходе детектора 1 огибающей появляется напряжение, пропорциональное амплитуде вход" ного сигнала (фиг.3 ), которое подается на вход АЦП 8 и один вход вычитателя 16.. В интервале времени

0 — „ напряжение на выходе ЦАП 15, соединенном с другим входом вычитателя 16, равно (фиг.3 6) при этом на выходе вычитателя 16 действует напряжение, пропорциональное разности напряжений с выхода детектора 1 огибающей и ЦАП )5 (фиг.38). Это напряжение подается на управляющий вход регулируемого источника )3 питания, соединенного с модуляционным входом первого ключевого усилителя 4, огибающая рыходногсР высокочастотного напряжения которого повторяет огибающую входного сигнала. Это напряжени через замкнутые управляемые ключи 17 каждого из ключевых усилителей 4 поступает на полосовой фильтр 11 и затеи на нагрузку 10.

Таким образом, . на отрезке времечастоты соединен с высокочастотными входами ключевых усилителей, коммутационный вход первого ключевого усилителя соединен с введенным источником постоя.1ного напряжения, а коммутационные входы остальных

ln — 1) ключевых усилителей — с соответствующими выходами дешифратора.

Кроме того ключевой . усилитель выполнен в виде последовательно сое- )О ционными входами соответствующих диненных первого и второго амплитудных модуляторов, причем вход первого амплитудного модулятора является высокочастотным входом ключевого усилителя, а симметричный выход второго амплитудного модулятора — выходом ключевого усилителя, а дополнительный выход второго амплитудного модулятора через последовательно соединенные фильтр верхних частот, амплитудный ограничитель и фильтр нижних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход

Которого подключен к модуляционному входу первого амплитудного модулятора, а второй вход дифференциального усилителя является коммутацион. ным входом ключевого усилителя и подключен к управляющему входу управляемого ключа, включенного параллельно выходу второго амплитудного модулятора, а модуляционный вход второго амплитудного модулятора являет- . ся модуляционным входом ключевого усилителя.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного усилителя мощности; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Усилитель мощности содержит детектор 1 огибающей, детектор 2 поляр.—

40 ности, управляемый фазовращатель 3, ключевых усилителей 4, фазовый детектор 5, дополнительный детектор 6 полярности, первый преобразователь 7 частоты, аналого-цифровой 4> преобразователь (АЦП) 8„ дешифратор 9, нагрузку 10, полосовой фильтр ll, генератор 12 опорных частот, управляемый источник 13 питания, второй преобразователь 14 частоты, цифроаналоговый преобразователь ЦАП 15 вычитатель 16, при этом ключевой усилитель 4 содержит управляемый ключ 17, дифференциальный усилитель 18, фильтр нижних частот (ФНЧ1) 9, амплитудный ограничитель 20, фильтр верхних частот (ФВЧ) 21, первый и ,второй амплитудные модуляторы 22

1133649 ий 0 - t напряжение на выходе все-, го усилителя мощности определяется выходным напряжением первого клю" чевого усилителя 4.

При дальнейшем увеличении ампли- 5 туды входного сигнала с момента времени t код на разрядных выхо1 дах АЦП 8 увеличивается на 1 бит, что в свою очередь приводит к соот, ветствующему скачкообразному прира щению напряжения на аналоговом выходе ЦАП 15. При этом напряжение на выходах вычитателя 16 и регулируемого источника 13 питания уменьшается, что приводит к уменьшению выход- 15 ного высокочастотного напряжения первого ключевого усилителя 4 (фиг.3 ), в то же время в соответствии с инл формацией на выходах АЦП 8 на выходах дешифратора 9 появляется код, 26 в соответствии с которым на ксдмутационном входе одного из и ключевых усилителей 4 формируется напряжение, которое обеспечивает высокочастотное возбуждение на входе второго 25 амплитудного модулятора 23 и размыкание управляемого ключа 17. В результате этого на выходе одного из w ключевых усилителей 4 появляется высокочастотное напряжение с 30 постоянной амплитудой, которое суммируется с выходным напряжением первого ключевого усилителя 4 и через полосовой фильтр 11 подается на выход усилителя мощности.

Дальнейшее увеличение напряжения на входе усилителя мощности приво- . дит К увеличению выходного напряжения первого ключевого усилителя 4, а с момента времени t напряжение

2 на выходе первого ключевого усилителя 4 скачком уменьшается практически до нуля, включается еще один из и ключевых усилителей 4 и т.д.

При уменьшении входного сигнала про-. 4 исходит обратный процесс последовательного отключения соответствую" щих ключевых усилителей 4.

При изменении уровня входного сигнала изменяется сопротивление нагрузки 10, приводимое к работающим ключевым усилителям 4, и напряжение питания первого ключевого усилителя 4, что приводит к изменению степени насыщения транзисторов амплитудного модулятора 23 и соответственно к изменению скважности импульсов напряжения на коллекторах этих транзисторов, вызывая появление комбинационных искажений в выходном сигнале. Для уменьшения изменении степени насыщения, скважности v соответственно уровня комбинационных искажений все ключевые усилители 4 содержат одинаковые устройства автоматической стабилизации скважности (режима ), каждое из которых работает следующим образом.

1.

Импульсное напряжение, снимаемое с коллектора одного из транзисторов амплитудного модулятора 23 подается на ФВЧ 21, который устраняет постоянную составляющую этого напряжения. С его выхода напряжение на вход амплитудного ограничителя .20, который подавляет амплитудную дуляцию, оставляя неизменной скважность, т.е. отношение периода рабочей частоты ко времени насыщения тран. зисторов амплитудного модулятора 23.

С выхода амплитудного ограничителя 20 напряжение подается на ФНЦ 19, который выделяет постоянную составляющую напряжения, функционально связанную со скважностью напряжения на коллекторах транзисторов амплитудного модулятора 23, постоянная составляющая напряжения с выхода ФНЧ 19 подается на - один из входов дифференциального усилителя 18, а на другой его вход, который является коммутационным входом ключевого .усилителя 4,.подается опорное напряжение., С выхода дифференциального усилителя 18 напряжение, пропорциональное разности между опорным напряжением и напряжением с выхода ФНЧ 19, подается на модуляционный вход амплитудного модулятора 22, в котором в последнем осуществляется амплитудная модуляция сигналом, функционально связанным со скважностью напряжения на коллекторе транзистора амплитудного модулятора 23, что обеспечивает автоматическую подмодуляцию возбуждением амплитудного модулятора 23, которая стабилизирует скважность коллекторного напряжения при любых изменениях режима работы амплитудного модулятора 23, как то; изменения сопротивления нагрузки и нап ряжения::питания, а также температуры и рабочей частоты. Для включения ключевого усилителя 4 на вход дифференциального усилителя 18 1коммутационный вход ключевого усилите1133 ля 4) с соответствующего выхода дешифратора 9 подается напряжение, которое уменьшает напряжение на входе дифференциального усилителя 18 до нуля и замыкает управляемый ключ, что обеспечивает сложение мощности последовательно включенных по выходу работающих ключевых усилителей 4.

Для уменьшения амплитудно-фазовой конверсии, возникающей в включевых усилителях 4, и соответственно искажений в выходном сигнале напряжение с нагрузки 10 подается на один из входов второго преобразователя 14 частоты, на другой вход кото. рого подается напряжение с iенератора 12 опорных частот, в результате на выходе второго преобразователя 14 частоты выделяется выходной сигнал, перенесенный на фиксированную промежуточную частоту, который после. подавления в нем амплитудной модуляции дополнительным детекторси 6 полярности подается на один вход фазового детектора 5, на другой вход которого подается входной сигнал с подавленной амплитудной модуляцией с детектора 2 полярности. На выходе фазового детектора 5 формируется управляющий сигнал, пропорциональный разности фаз входного и выходного напряжений, который подается на управляющий вход управляемого фазовращателя 3. При соответствующей поляр649 8 ности управляющего сигнала управляемого фазовращателя 3 разность фаз входного и выходного сигналов усили. теля на промежуточной частоте стре5 мится к постоянной. величине, что в конечном итоге приводит к уменьшению амплитудной фазовой конверсии (АФК. и уровня искажений в выходном сигнале.

Преимущество предложенного усилителя мощности по сравнению с известным заключается в том, что построение ключевых усилителей по предложенной структурной схеме позволяет

15 существенно уменьшить уровень комбинационных искажений, повысить КПД усилителя мощности и его надежность.

Разделение входного сигнала на амплитудно-модулированную и фазомодулиро20 ванную составлянщие на фиксированной промежуточной частоте позволяет упростить реализацию детектора l и .2 устройства автоматической стабилизации фазового набега в усилителе мощности фазовый детектор 5, управляемый фазовращатель 3, дополнительный детектор б полярности . Наличие устройства автоматической стабилизации фазового набега в усилителе мощности позволяет существенно умень30 шить уровень комбинационных искажений, обусловленных амплитудно-фаэовой конверсией ключевых усилителей.

1133649

Фиг. 2

Составитель E. Бурашников

ТехредЛ.Коцюбняк Корректор С.Черни

Редактор P.Öèöèêà

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

Заказ 9959/43 Тираж 871 Подписное

Тосударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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