Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика

Авторы патента:

H03F3/20 - усилители мощности, например усилители, работающие в режиме класса B или класса C (H03F 3/26- H03F 3/32 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2465719:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового диапазона и может быть использовано в усилителях мощности радиопередатчиков. Технический результат заключается в повышении КПД за счет третьей гармоники входного сигнала. Усилитель состоит из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным в резонанс тоже на первую гармонику входного сигнала. Дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, шунтированную введенным конденсатором, и подключен через варикап параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй ее конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй конец которой соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика. 2 ил.

Данное изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового (KB) диапазона, оконечным каскадом которого является усилитель мощности.

Известны усилители мощности с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД) за счет третьей гармоники входного сигнала, описанные в источниках:

1. Патент РФ на ПМ №84649. Транзисторный усилитель мощности / А.А.Волков, Г.В.Горелов, А.С.Геннинг. Приоритет от 19.12.2008.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. Г.Л.Зейтленка - М., Связь, 1969. - С.52.

3. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В.Шахгильдяна. - М.: «Радиосвязь», 1996, - С.103-109.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является усилитель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за прототип. Во втором и третьем источнике описан аналог изобретения.

Прототип - транзисторный усилитель мощности - состоит из оконечного резонансного каскада передатчика и резонансного утроителя частоты, подключенного параллельно к оконечному каскаду, общей нагрузкой которых являются их коллекторные контуры, включенные последовательно. Так как 3-я гармоника утроителя противофазна первой гармонике усилителя, то суммарное напряжение в нагрузке имеет седловидный провал и меньший уровень по сравнению с уровнем первой гармоники, отчего режим усилителя смещается из критического или слабо перенапряженного в недонапряженный режим, где мощность и КПД меньше, чем в исходном режиме. Для возврата в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники, отчего вырастет коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=U_к1/E_к, где E_к - напряжение источника коллекторного питания, и возрастет КПД усилителя ŋ_к=0,5ξ(α₁/α₀), где α - функция Берга.

Так как оконечный каскад передатчика является самым мощным усилительным каскадом передатчика, то и параллельно подключенный к нему утроитель частоты является тоже относительно мощным, увеличивающим общую потребляемую мощность примерно на 30%, что уменьшает КПД передатчика

Основным недостатком прототипа является пониженный КПД передатчика из-за относительно высокого потребления мощности утроителем.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД усилителя передатчика за счет дополнительно введенных варактора, конденсатора и двух колебательных контуров, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, не потребляющих энергию от источника питания.

Сущность изобретения состоит в том, что в транзисторный усилитель мощности передатчика, состоящего из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным в резонанс тоже на первую гармонику входного сигнала, дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, шунтированную введенным конденсатором, и подключен через варикап параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй ее конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй конец которой соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика.

Существенным отличием изобретения являются введенные элементы, не потребляющие энергию от источника питания и формирующие третью гармонику входного сигнала и тем самым повышающие КПД передатчика.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного усилителя, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

На фиг.1 предоконечный каскад выполнен на транзисторе VT1, а оконечный - на VT2. Варактор обозначен как VD. Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом. Сигнал u_вх(t)=Ucosωt поступает на вход предоконечного каскада, который работает в режиме колебаний 2-го рода с углом отсечки θ=90° и его выходной контур настроен в резонанс на первую гармонику входного сигнала. С выхода этого контура сигнал поступает на варактор VD. Варактор имеет нелинейную вольт-кулоновую характеристику, и поэтому на его выходе имеют место гармоники входного сигнала, 3-я из которых выделяется в его нагрузочном контуре. Эта же 3-я гармоника имеет место и во вторичной обмотке этого контура, зашунтированная конденсатором С1 и соединенная одним концом с незаземленным концом вторичной обмотки контура предоконечного каскада. Второй конец второй обмотки контура утроителя подключен ко входу оконечного каскада передатчика.

На вход оконечного каскада поступает сумма напряжений первой гармоники Uк₁ и третьей гармоники Uк₃, соотношение которых Uк₃/Uк₁=0,15-0,3. Такое соотношение выполняется, так как варикап с его входным и выходным контурами образуют варакторный утроитель частоты, КПД которого равен 0,75. Так как 3-я гармоника противофазна первой, то входное и выходное напряжение оконечного каскада имеет седловидный провал (двугорбую кривую), как показано на фиг.2, а напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора при наличии третьей гармоники увеличивается, как показано на фиг.2, и режим из оптимального критического или слабо перенапряженного переходит в недонапряженный режим, где КПД и выходная мощность меньше, чем в исходном режиме. Для перехода в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники Uк₁, отчего увеличится коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=Uк₁/Eк, где Eк - напряжение источника питания, а также КПД оконечного каскада ή=0,5ξα1/α2, где α - функции Берга. Так как третья гармоника формируется из первой, то она отстает от нее, отчего двугорбая кривая суммарного напряжения будет несимметричной: один горб больше другого и будет заходить в перенапряженный режим. В этом случае нельзя увеличивать амплитуду первой гармоники для перехода в критический или слабоперенапряженный режим и тем самым нельзя увеличить КПД передатчика и его выходную мощность. Для исключения этого недостатка и введен конденсатор C1, который симметрирует двугорбую кривую, обеспечивая возможность увеличения КПД и выходной мощности.

Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение КПД передатчика на 18% (с 70% до 88%) и выходной мощности за счет введенных элементов, не потребляющих мощности источника питания.

Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика, состоящий из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным тоже на первую гармонику входного сигнала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, зашунтированную введенным конденсатором, и подключен через варактор параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй ее конец соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика.

Похожие патенты:

Регулирующая схема // 2374754

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для регулировки амплитуды радиочастотного сигнала. .

Способ управления силовым каналом усилителя мощности класса d // 2320077

Изобретение относится к технике усиления мощности электрических сигналов (С) и может быть использовано при усилении мощности в системах воспроизведения звука, в устройствах автоматики, измерительной и преобразовательной техники.

Двухтактный усилитель мощности // 2274947

Изобретение относится к усилителям мощности низкой частоты и может использоваться в миниатюрных слуховых аппаратах. .

Антенный усилитель кнч диапазона // 2265275

Изобретение относится к радиоэлектронике при проектировании плавучих объектов. .

Двухканальный усилитель класса d // 2188498

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в широкополосных передающих трактах звукового диапазона частот для радиовещания и звукоподводной связи.

Устройство и способ объединенного линейного усиления мощности // 2177205

Коммутационный усилитель мощности с аналоговой коррекцией выходного напряжения // 2166834

Линейный усилитель мощности // 2156537

Усилитель мощности // 2156536

Изобретение относится к технике радиопередающих устройств диапазонов ВЧ, ОВЧ, УВЧ и может быть использовано в усилителях мощности телевизионных, связных, AM и ЧМ вещательных станций, в промышленных генераторах и генераторах накачки лазеров.

Устройство для усиления мощности радиосигналов // 2154900

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для увеличения действия наземных и воздушных средств связи, имеющих небольшую излучаемую мощность 10-20 Вт в диапазоне УKB (с ЧМ мод.).

Резонансный усилитель мощности // 2517378

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе резонансных усилителей мощности. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя до 2-10 и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки и частоты. Резонансный усилитель мощности содержит входной трансформатор, n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=2, 3, …, m, и устройство обратной связи, обеспечивающее однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов // 2565017

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении высокого коэффициента полного сопротивления микросхемы электропитания. Контур включает в себя: два подконтура (201, 202), расположенных зеркально по отношению друг к другу, и третий конденсатор (2101), соединенный с выходом параллельно. Контур питания постоянного тока и контур СВЧ-сигнала. Соответствующие катушки (211, 212) индуктивности контура СВЧ-сигнала последовательно соединены с соответствующим конденсатором (251, 252). Контур обладает низкой чувствительностью и симметричной структурой. Благодаря отсутствию чрезвычайно прерывающейся области электромагнитного поля могут быть повышены плотность компоновки и степень использования площади микросхемы. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов // 2565366

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении согласования выходного полного сопротивления микросхемы мощности с широкополосной сетью. Контур включает в себя разветвленный подконтур, образованный из контура питания постоянного тока и контура мощного СВЧ-сигнала. Контур питания постоянного тока начинается с порта (211) электропитания стока транзистора с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) и соединен с питающим выходом транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, используя соответствующую линию после параллельного подключения к первому конденсатору (221) типа металл-диэлектрик-металл (МДМ) и последовательного соединения с первой микрополосковой катушкой (222) индуктивности и симметричными микрополосковыми линиями (223) ответвления. Контур мощного СВЧ-сигнала начинается с сигнального выхода транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, объединяет в две линии соответствующие линии, причем эти две линии соответственно параллельно соединены с двумя третьими МДМ конденсаторами (241, 242), соответственно последовательно соединены со вторым электродом вторых МДМ конденсаторов (231, 234), соответственно параллельно соединены с заземляющими микрополосковыми катушками (232, 235) индуктивности и соответственно последовательно соединены со вторыми микрополосковыми катушками (233, 236) индуктивности. 5 з.п. ф-лы 4 ил.

Параметрический резонансный генератор // 2598688

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов. Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности и снижение зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки. Технический результат заключается в увеличении мощности и стабилизации величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки. Сущность: в предлагаемом параметрическом резонансном генераторе, содержащем группу катушек индуктивности, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и устройство для периодического изменения индуктивности резонансного контура, установленное на оси электродвигателя, катушки индуктивности установлены в пазах статора параметрического резонансного генератора, а устройство периодического изменения индуктивности выполнено в виде ротора с пазами и выступами в поперечном сечении, катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через диодно-конденсаторный блок или через еще один резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ увеличения мощности электрического сигнала // 2600097

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в усилителях. Достигаемый технический результат - увеличение коэффициента усиления. Способ увеличения мощности электрического сигнала характеризуется тем, что на вход усилителя для питания колебательного контура подают сигнал переменного тока, находящийся в полосе пропускания колебательного контура усилителя через элемент положительной обратной связи, указанный сигнал подают через элемент обратной связи последовательно с источником сигнала, при этом в сердечнике лавинообразно нарастает магнитный поток, который индуцирует ЭДС во вторичных обмотках усилителя для питания потребителей. 1 ил.

Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) // 2601144

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилителях мощности. Достигаемый технический результат - увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров усиления электрических сигналов от величины нагрузки. Устройство усиления электрических сигналов содержит две группы катушек индуктивности, диск с приводом от электродвигателя для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между катушками индуктивности, которые попарно соединены последовательно между собой и с емкостью и образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, вторичную обмотку которого образуют дополнительные обмотки каждой катушки индуктивности. Способ усиления электрических сигналов характеризуется тем, что возбужденные в резонансном контуре колебания преобразуют по напряжению в упомянутом трансформаторе Тесла, выпрямляют и через инвертор передают в нагрузку. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Параметрический резонансный генератор и способ возбуждения в генераторе электрических колебаний // 2605764

Изобретение относится к электротехнике, к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов. Технический результат состоит в повышении мощности и снижении зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки. Параметрический резонансный генератор содержит группу катушек, соединенных последовательно и образующих с емкостью резонансный контур. Устройство периодического изменения индуктивности резонансного контура установлено на оси электродвигателя. Параметрический резонансный генератор и устройство периодического изменения индуктивности резонансного контура выполнены из первой и второй параметрических резонансных электрических машин, установленных друг над другом. Каждая из электрических машин имеет статор и ротор. Роторы двух электрических машин установлены на общем валу. В пазах статора первой и второй электрических машин вокруг зубцов статора установлены основные катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью в отдельный резонансный контур каждой электрической машины. Каждая основная катушка индуктивности во второй электрической машине имеет дополнительную обмотку. Все дополнительные обмотки всех катушек индуктивности второй электрической машины соединены последовательно и совместно с основными катушками индуктивности выполнены в виде резонансного трансформатора Тесла, в котором основные катушки индуктивности резонансного контура являются первичной обмоткой. Дополнительные обмотки катушек индуктивности выполнены в виде вторичной обмотки. Выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через выпрямитель или еще один трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой и через преобразователь частоты с резонансным контуром катушек индуктивности первой электрической машины. Роторы первой и второй электрической машины в поперечном сечении имеют на внешнем ободе выступы и пазы. Размеры выступа ротора равны общему размеру двух зубцов и двух пазов статора. Количество выступов ротора в два раза меньше числа зубцов статора в каждой электрической машине. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство и способ стребкова усиления электрических сигналов (варианты) // 2622847

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Технический результат - увеличение коэффициента усиления электрических сигналов и повышение стабильности величины коэффициента усиления при изменении нагрузки. Предложено четыре варианта устройств усиления электрических сигналов и способ усиления электрических сигналов. Предлагаемые устройства усиления электрических сигналов содержат по две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур, и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, который содержит источники света, которые могут быть выполнены и установлены различным образом. 5 н. и 22 з.п. ф-лы.

Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) // 2639948

Изобретение относится к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Задачей и техническим результатом является в способе и устройстве увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров от величины нагрузки с увеличением добротности резонансных контуров за счет однонаправленной передачи электрической энергии от источника питания к нагрузке, исключения сопротивления нагрузки из электрической цепи, обеспечивающей параметрическое усиление электрических колебаний, и использования энергии электрического поля уединенных емкостей, что приводит к параметрическому изменению емкости в резонансных контурах высоковольтных обмоток трансформаторов Тесла. Предлагается усиление электрических сигналов путем параметрического возбуждения колебаний в резонансном контуре и преобразование электрической энергии в энергию колебаний с частотой f1 в резонансном контуре низковольтной обмотки трансформатора Тесла, а также усиление электрических колебаний тока и напряжения путем периодического изменения потенциала за счет поляризации молекул воздуха и паров воды в электрическом поле уединенной емкости и параметрического резонанса в резонансном контуре высоковольтной обмотки трансформатора Тесла с частотой f2=f1. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство и способ усиления электрических сигналов (варианты) // 2644119

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления и снижении зависимости параметров от величины нагрузки. Технический результат в группе изобретений достигается за счет того, что прибор для изменения параметров резонансного контура выполнен в виде двух естественных уединенных емкостей из проводящего материала, установленных над повышающим и понижающим трансформатором Тесла, и соединен со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура. Также указанный прибор может быть выполнен в виде n+2 уединенных емкостей из проводящего материала, одна из которых установлена над повышающим трансформатором Тесла и n+1 уединенных емкостей установлены над n+1 понижающим трансформаторами Тесла, каждая уединенная емкость соединена со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура, все 2(n+2) резонансные контуры имеют одинаковую резонансную частоту. Также в одном из вариантов обеспечивается усиление электрических колебаний путем параметрического изменения емкости резонансного контура высоковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в резонансный контур низковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла с частотой f3=f2=f1=f0, выпрямления тока и напряжения и преобразования электрической энергии по частоте и напряжению в инверторе и передачи в нагрузку и частично по цепи обратной связи через блок питания на вход источника питания. Усиление электрических колебаний может быть достигнуто путем параметрического изменения емкости n+1 резонансных контуров высоковольтных обмоток n+1 понижающих трансформаторов Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в n+1 резонансных контуров низковольтной обмотки n+1 понижающих трансформаторов Тесла с резонансной частотой, одинаковой для всех 2(n+2) резонансных контуров, выпрямления тока и напряжения в n+1 выпрямителе. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.