Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика



Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика
Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика

 


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=Uк1/Eк, где Eк - напряжение источника коллекторного питания, и возрастет КПД усилителя ŋк=0,5ξ(α10), 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 uвх(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:

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

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.

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

Изобретение относится к радиоэлектронике при проектировании плавучих объектов. .

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

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.

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.).

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.

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.

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.
Наверх