Усилитель мощности радиопередатчика

 

Усилитель мощности радиопередатчика содержит N блоков усиления, каждый из которых содержит мостовой ключевой усилительный каскад с включенными параллельно ключам обратными диодами. В диагональ мостового ключевого усилительного каскада включена первичная обмотка выходного трансформатора, вторичная обмотка которого является выходом блока усиления. Введены датчик мощности, двухпороговый компаратор и реверсивный счетчик, а в каждый блок усиления введены регулируемый источник питания, датчик тока, датчик напряжения, управляемый ключ и триггер защиты, что обеспечивает сохранение работоспособности устройства и постоянный уровень выходной мощности при возникновении неисправности любого из блоков усиления. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередатчиках, усилитель мощности которых состоит из нескольких последовательно соединенных по выходам блоков усиления.

Известны усилительные устройства с суммированием выходных напряжений нескольких усилителей, соединенных по выходам последовательно [1, 2].

При использовании этих устройств в качестве усилителей мощности радиопередатчиков их основным недостатком является потеря работоспособности при возникновении неисправности любого из усилителей, что приводит к потере передаваемой информации.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является усилитель мощности, представляющий собой генератор напряжения с трансформаторным суммированием выходных напряжений нескольких ячеек (блоков усиления), выходы которых соединены последовательно относительно нагрузки, при этом каждый блок усиления содержит мостовой ключевой усилительный каскад с включенными параллельно ключам обратными диодами, выводы питания которого подключены к шинам питания, в диагональ которого включена первичная обмотка выходного трансформатора, вторичная обмотка которого является выходом блока усиления [3].

Недостатком прототипа является потеря работоспособности при возникновении неисправности любого из блоков усиления.

Предлагаемым изобретением решается задача сохранения работоспособности и обеспечения постоянного уровня выходной мощности радиопередатчика при возникновении неисправности любого из блоков усиления, что исключает перерыв передачи информации и снижение уровня сигнала на приемном конце канала радиосвязи.

Для достижения этого технического результата в устройство, содержащее N соединенных последовательно по выходам блоков усиления, каждый из которых представляет собой мостовой ключевой усилительный каскад с включенными параллельно ключам обратными диодами, выводы питания которого подключены к шинам питания, в диагональ которого включена первичная обмотка выходного трансформатора, вторичная обмотка которого является выходом блока усиления, дополнительно введены датчик мощности, включенный в цепь нагрузки, двухпороговый компаратор, вход которого подключен к выходу датчика мощности и реверсивный счетчик, вход которого подключен к выходу двухпорогового компаратора, а в каждый блок усиления введены регулируемый источник питания (РИП), первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выходные выводы - к шинам питания, датчик тока, включенный в одну из шин питания, датчик напряжения и управляемый ключ, включенные параллельно шинам питания, и триггер защиты, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, второй вход - к выходу датчика напряжения, а выход - к второму входу РИП и к входу управляемого ключа.

На чертеже представлена структурная схема усилителя мощности радиопередатчика.

Усилитель содержит N последовательно соединенных по входам блоков усиления 1, каждый из которых содержит мостовой ключевой усилительный каскад 2, выполненный на электронных ключах 3 - 6 (например, на транзисторах) с обратными диодами 7 - 10, выводы питания которого подключены к шинам питания, в диагональ которого включена первичная обмотка выходного трансформатора 11, вторичная обмотка которого является выходом блока усиления 1, РИП 12, выходные выводы которого подключены к шинам питания, включенный в одну из шин питания датчик тока 13, включенные параллельно шинам питания электронный ключ 14 и датчик напряжения 15, триггер защиты 16, первый вход которого подключен к выходу датчика тока 13, второй вход - к выходу датчик напряжения 15, а выход - к второму входу РИП 12 и к входу электронного ключа 14.

Кроме того, устройство содержит датчик мощности 17, включенный в цепь нагрузки, двухпороговый компаратор 18, вход которого подключен к выходу датчика мощности 17, реверсивный счетчик 19, вход которого подключен к выходу двухпорогового компаратора 18, а выход - к первым входам РИП 12, входящих в состав каждого из блоков усиления 1.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем состоянии всех блоков усиления 1 ток от РИП 12 поступает через датчик тока 13 на мостовой ключевой усилительный каскад 2. Электронные ключи 3 - 6 преобразуют постоянный ток в переменный ток высокой частоты, который поступает на первичную обмотку выходного трансформатора 11. Суммирование выходных сигналов блоков усиления 1 происходит посредством последовательного соединения вторичных обмоток трансформаторов 11 мостовых ключевых усилительных каскадов 2.

Величина постоянного напряжения питания на выходе РИП 12 определяется уровнем сигнала на выходе датчика мощности 17.

Это происходит следующим образом.

Уровень сигнала U_дм на выходе датчика мощности 17 определяется величиной выходной мощности усилителя мощности радиопередатчика. Пороги срабатывания U_н и U_в двухпорогового компаратора 18 устанавливаются таким образом, что, если выходная мощность устройства равна номинальной, то U_н < U_дм < U_в, если ниже номинальной - U_дм < U_н, если выше номинальной - U_дм > U_в. В каждом из этих трех случаев с выхода двухпорогового компаратора 18 подается соответствующий сигнал в цифровой форме на вход реверсивного счетчика 19, с выхода которого сигнал в цифровой форме поступает на первые входы РИП 12 блоков усиления 1.

При U_н < U_дм < U_в реверсивным счетчиком 19 счета не производится, постоянное напряжение питания на выходных выводах РИП 12 не меняется. При U_дм < U_н производится счет вверх с частотой тактовых импульсов f_т, постоянное напряжение питания на выходных выводах РИП 12 растет, что вызывает увеличение выходных сигналов блоков усиления 1. При U_дм > U_в производится счет вниз с частотой тактовых импульсов f_т, постоянное напряжение питания на выходных выводах РИП 12 уменьшается, что вызывает уменьшение выходных сигналов блоков усиления 1. Таким образом организуется цепь обратной связи "датчик мощности 17 - двухпороговый компаратор 18 - реверсивный счетчик 19 - РИП 12", с помощью которой выходная мощность устройства автоматически поддерживается в пределах номинального уровня.

При возникновении неисправности любого из блоков усиления 1 малое выходное сопротивление этого блока, необходимое для поступления тока выходного суммарного сигнала в нагрузку, обеспечивается тем, что первичная обмотка трансформатора 11 подключена к обратным диодам 7 - 10, соединенным по мостовой схеме и подключенным через шины питания к включенному электронному ключу 14, имеющему малое внутреннее сопротивление.

В одном случае неисправности мостового ключевого усилительного каскада 2 возможно возрастание тока, поступающего от РИП 12 через датчик тока 13 на мостовой ключевой усилительный каскад 2. При превышении током уровня срабатывания датчика тока 13 с его выхода на первый вход триггера защиты 16 поступает сигнал, триггер защиты 16 срабатывает, с его выхода поступает сигнал на второй вход РИП 12 и на вход электронного ключа 14. При этом РИП 12 отключается от неисправного мостового ключевого усилительного каскада 2, а электронный ключ 14 включается.

В другом случае неисправности мостового ключевого усилительного каскада 2 возможно возрастание напряжения на выходе неисправного блока усиления 1 ввиду того, что к мостовой схеме на обратных диодах 7 - 10 подключен трансформатор 11, на вторичную обмотку которого поступает суммарный выходной сигнал работающих блоков усиления 1. Уровень напряжения определяется срабатыванием датчика напряжения 15, с выхода которого сигнал поступает на второй вход триггера защиты 16. Триггер защиты 16 срабатывает, с его выхода поступает сигнал на второй вход РИП 12 и на вход электронного ключа 14. При этом РИП 12 отключается от неисправного мостового ключевого усилительного каскада 2, а электронный ключ 14 включается.

При отключении неисправного блока усиления 1 выходная мощность устройства снижается, уровень сигнала U_дм, поступающего на вход двухпорогового компаратора 18, уменьшается и становится меньше нижнего порога его срабатывания U_н. При этом с помощью цепи обратной связи "датчик мощности 17 - двухпороговый компаратор 18 - реверсивный счетчик 19 - РИП 12", принцип действия которой описан выше, производится повышение уровня выходной мощности устройства до номинального.

Таким образом возникновение неисправности любого из блоков усиления 1 не приводит к возникновению перенапряжений на элементах и, как следствие, к выходу из строя других узлов устройства. Организация цепи с малым внутренним сопротивлением, подключенной к выходному трансформатору 11 неисправного блока усиления 1, без отключения остальных блоков усиления 1 и организация обратной связи по цепи "датчик мощности 17 - двухпороговый компаратор 18 - реверсивный счетчик 19 - РИП 12" позволяет сохранит работоспособность и обеспечить постоянный уровень выходной мощности усилителя мощности радиопередатчика при возникновении неисправности любого из блоков усиления 1.

Проверка возможности сохранения работоспособности и постоянной выходной мощности усилителя мощности радиопередатчика при возникновении неисправности любого из блоков усиления была проведена на макете усилителя мощности радиопередатчика с трансформаторным суммированием выходных напряжений восьми последовательно соединенных по выходам блоков усиления, каждый из которых содержит мостовой ключевой усилительный каскад.

Испытания проводились при работе макета на номинальную нагрузку в двух режимах: в режиме отключенной цепи обратной связи "датчик мощности - двухпороговый компаратор - реверсивный счетчик - РИП" и в режиме включенной цепи обратной связи .

В первом режиме при имитации неисправности одного из блоков усиления этот блок автоматически отключался, а выходная мощность макета усилителя мощности радиопередатчика составляла 75% от номинальной.

Во втором режиме при имитации неисправности одного из блоков усиления этот блок автоматически отключался, а выходная мощность макета усилителя мощности радиопередатчика составляла 97% от номинальной.

В обоих случаях сигнал на выходе макета усилителя мощности радиопередатчика не прерывался в момент имитации неисправности одного из блоков усиления.

Формула изобретения

Усилитель мощности радиопередатчика, содержащий N блоков усиления, выходы которых соединены последовательно относительно нагрузки, при этом каждый блок усиления содержит мостовой ключевой усилительный каскад с включенными параллельно ключам обратными диодами, выводы питания которого подключены к шинам питания, а в диагональ которого включена первичная обмотка выходного трансформатора, вторичная обмотка которого является выходом блока усиления, отличающийся тем, что в него введены датчик мощности, включенный в цепь нагрузки, двухпороговый компаратор, вход которого подключен к выходу датчика мощности, и реверсивный счетчик, вход которого подключен к выходу двухпорогового компаратора, а в каждый блок усиления введены регулируемый источник питания, первый вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выходные выводы - к шинам питания, датчик тока, включенный в одну из шин питания, датчик напряжения и управляемый ключ, включенные параллельно шинам питания, и триггер защиты, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, второй вход - к выходу датчика напряжения, а выход - к второму входу регулируемого источника питания и к входу управляемого ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1