Усилитель мощности

 

Использование: в качестве усилителя и генератора. Сущность изобретения: в целях уменьшения помех, уменьшения коэффициента гармоник, увеличения полосы пропускания, уменьшения тепловых потерь в усилителе мощности, образованном двумя параллельными каналами: один - на усилителе с широтно - импульсной модуляцией, на выходе которого включен индуктивный выходной фильтр, а другой - на линейном усилителе, выход последнего подключен к точке соединения выходного фильтра и нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве усилителя и генератора.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций напряжения на нагрузке, увеличение полосы пропускания, уменьшение тепловых потерь.

На чертеже представлена структурная электрическая схема усилителя мощности.

Он содержит первый и второй транзисторные ключи 1, 2, выходной фильтр 3, первый и второй транзисторы 4, 5, нагрузку 6, двухполярный источник 7 питания, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 8, первый сумматор 9, цепь отрицательной обратной связи (ООС) 10, второй сумматор 11.

Усилитель работает следующим образом.

Сигнал задания подается на вход суммирующего усилителя 9, образующего совместно с ключами 1, 2, фильтром 10 и ШИМ 8 усилитель с обратной связью по напряжению, при этом среднее значение напряжения в общей точке ключей 1, 2 равно заданному.

Пульсации ШИМа сглаживаются фильтром 3 и окончательно сглаживаются транзисторами 4, 5, которые из-за наличия ООС также поддерживают на нагрузке 6 заданный потенциал. При этом из-за равенства коэффициентов, усиления по напряжению канала ШИМ и канала линейного усиления низкочастотные составляющие потенциалов общих точек ключей 1, 2 и транзисторов 4, 5 равны.

Потери их на транзисторах 4, 5 определяются следующим образом. Допустим, что U_зад - заданный уровень напряжения на нагрузке. При этом усредненное значение напряжения в общей точке ключей 1, 2 будет связано с ним формулой U_ус1,2= U_зад= , (1) где τ - длительность импульса ШИМ; Т₁ - длительность положительного периода; Т₂ - длительность отрицательного периода; А_пит - напряжение двуполярного источника питания. Учитывая, что Т₂ = -Т₁ получаем выражение для Т₁; Τ₁= (2) Определим двойную амплитуду пульсации тока из выражения Δi= A_пит-U (3) и формулы (2) Δi= (4) Считая, что напряжение на транзисторах 4, 5 определяется формулами U_1T = A_пит - U_зад, U_2T = A_пит + U_зад, определим мощность, выделяемую при компенсации тока пульсации в фильтре 3. Считая среднее значение тока пульсации через транзистор равным Δi_cp = Δ i/4, получим выражение для рассеиваемой транзисторами 4, 5 мощности
P_4,5 = 2A_пит· =
Сравним эффективность различных способов улучшения характеристик преобразователей (в частности, по коэффициенту гармонии). Например, требуется снизить коэффициент гармонии полумостового преобразователя, собранного на транзисторах КТ834А с частотой ШИМ - 10 кГц, питанием ±150 В и фильтром, обеспечивающим пульсацию тока в пределах 1% от максимального значения 5А. Мощность, выделяемая на транзисторах, составит
P≈ U_нас·I+ ·A_пит·I= 1B·5A+ ·150 B·5A= 12.5 Вт
При достижении пульсации 0,3% путем увеличения частоты ШИМ мощность потерь увеличится до 30 Вт. В предложенном устройстве максимальная мощность, выделяемая на дополнительных транзисторах, составит
P_4,5= 2A_пит· ·Δi = 300· 0.05A = 3 Вт
при уменьшении пульсации на несколько порядков. Уровень помех в этом случае также будет в несколько раз ниже за счет сохранения частоты ШИМ.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить индуктивность фильтра и увеличить полосу пропускания.

Формула изобретения

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий первый сумматор, первый вход которого является входом усилителя мощности, второй вход соединен с выходом цепи отрицательной обратной связи по напряжению, а выход - с входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входами управления первого и второго транзисторных ключей, первые выводы которых подключены к соответствующим шинам двухполярного источника питания, а вторые выводы соединены и через выходной фильтр подключены к нагрузке, а также последовательно соединенные второй сумматор и первый и второй транзисторы с отрицательной обратной связью по напряжению с точки соединения выходных электродов первого и второго транзисторов на первый вход второго сумматора и образующие линейный усилитель, при этом второй вход второго сумматора соединен с первым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсации напряжения на нагрузке расширения полосы пропускания и уменьшения тепловых потерь, точка соединения выходных электродов первого и второго транзисторов подключена к точке соединения выходного фильтра и нагрузки, точка соединения вторых выводов первого и второго транзисторных ключей соединена с входом цепи отрицательной обратной связи по напряжению, выполненной на фильтре нижних частот.

РИСУНКИ

Рисунок 1