Ключевой усилитель мощности



Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности
Ключевой усилитель мощности

 


Владельцы патента RU 2542879:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени адмирала Флота советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала. Технический результат достигается за счет ключевого усилителя, в котором высокочастотный сигнал с выхода предварительного усилителя, работающего в режиме усиления класса «А», преобразуется широтно-импульсным модулятором в ряд прямоугольных импульсов, при сложении которых воспроизводится входящий сигнал на новом уровне мощности. Усилитель имеет существенно более низкий уровень гармоник четных порядков по сравнению с известными ключевыми усилителями при сохранении требований также к подавлению гармоник нечетных порядков. 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках.

Одним из основных параметров радиопередатчиков является линейность усиления, что в полной мере относится и к передатчикам с ключевыми усилителями мощности.

Известны ключевые усилители с улучшенной линейностью усиления, например а.с. СССР №1104647, H03F 3/217, 1984, а.с. СССР №1314438, а.с. СССР №1490704, H03F 3/217, 1989.

Известен также ключевой усилитель мощности: патент РФ №2400923, H03F 3/217 от 07.04.2008. «КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ» (прототип), Беда С.И., Муравченко В.Л., Катанович А.А., Хотулева Н.В., содержащий широтно-импульсный модулятор, высокочастотный разветвитель, двухтактный выходной каскад, однотипные усилительные элементы (транзисторы), сумматор и выходной фильтр.

Недостатком, как аналогов, так и прототипа, является наличие гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала (при этом, как показала практика, использование двухтактных схем усиления не решает проблемы ослабления четных гармоник до уровней, отвечающих все возрастающим требованиям, предъявляемым к современным усилителям мощности высокой частоты).

Целью изобретения является улучшение линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня гармоник четных порядков в спектре усиливаемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой усилитель мощности, содержащий широтно-импульсный модулятор, высокочастотный разветвитель, выходной усилитель, содержащий N однотипных усилительных элементов, сумматор и выходной фильтр, дополнительно включен предварительный усилитель с режимом усиления класса «А», причем выход предварительного усилителя соединен со входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен со входом высокочастотного разветвителя, N выходов которого соединены со входами N усилительных элементов выходного каскада, N выходов которого соединены с N входами сумматора, выход которого соединен со входом выходного фильтра.

Структурная схема предлагаемого ключевого усилителя мощности изображена на Фиг.1.

Ключевой усилитель мощности состоит из следующих функциональных блоков:

1 - предварительный усилитель;

2 - широтно-импульсный модулятор;

3 - высокочастотный разветвитель;

4 - выходной каскад;

41…4N - однотипные усилительные элементы (транзисторы);

5 - сумматор;

6 - выходной фильтр.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

На вход предварительного усилителя подается усиливаемый гармонический сигнал. Предварительный усилитель поставлен в режим усиления класса «А», обеспечивающего наибольшую линейность усиления по сравнению с другими классами режима усиления сигнала.

С выхода предварительного усилителя сигнал рабочей частоты вида

i(t)=Im(1+cosωt)

подается на вход широтно-импульсного модулятора.

В широтно-импульсном модуляторе каждый период гармонического сигнала преобразуется в суммируемую последовательность N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды. Число N определяется конкретными для разрабатываемого усилителя требованиями к уровням высших гармоник. Чем больше N, тем меньше амплитуды суммируемых импульсов, тем точнее воспроизводится гармоническое колебание и меньше уровень высших гармоник.

Форма тока на выходе сумматора представлена на Фиг.2.

I1 - суммарная амплитуда первой гармоники N импульсов, имеющих одинаковые амплитуды 2Im/N на выходах N усилительных элементов.

Максимальное значение тока i(t)=Im(1+cosωt) равно 2Im.

Величина I1 определяется с помощью разложения Фурье:

Амплитуды высших гармоник определяются следующими соотношениями:

Длительность импульсов соответствует требованиям формирователей гармонических колебаний методом сложения прямоугольных импульсов, описанным, например, в литературе: Дмитриков В.Ф. и др. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. Москва, Радио и связь, 1988.

Вся совокупность N прямоугольных импульсов поступает на сумматор, например а.с. 527008. Устройство сложения мощностей генераторов электрических колебаний. С.Е. Лондон, С.В. Томашевич, опубл. 1976.

С выхода сумматора просуммированный сигнал поступает на вход выходного фильтра, селектирующего колебания рабочей частоты.

На Фиг.3 приведен график зависимости степени подавления G(k) дБ гармоник различных порядков k (от 1-й до 21-й) для случая числа разбиений амплитуды сигнала на N=200 суммируемых прямоугольных импульсов. Величина tn нормирована к величине периода гармонического колебания Т, принятого равным 1. Величина Im также принята равной 1.

Величина G(k) дБ рассчитывалась по формуле:

Из графика, представленного на Фиг.3, видно, что уровень четных гармоник подавлен не менее чем на 200дБ относительно уровня подавления гармоник нечетных порядков.

Предлагаемая схема полезной модели ключевого усилителя по сравнению с другими типами ключевых усилителей мощности позволяет обеспечить требуемое подавление нечетных гармоник рабочей частоты с одновременным существенным подавлением гармоник четных порядков, улучшая линейные свойства таких усилителей мощности.

Ключевой усилитель мощности, содержащий широтно-импульсный модулятор, высокочастотный разветвитель, выходной усилитель, содержащий N однотипных усилительных элементов, сумматор и выходной фильтр, отличающийся тем, что дополнительно включен предварительный усилитель с режимом усиления класса «А», причем выход предварительного усилителя соединен со входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен со входом высокочастотного разветвителя, N выходов которого соединены со входами N усилительных элементов выходного каскада, N выходов которого соединены с N входами сумматора, выход которого соединен со входом выходного фильтра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в передающих и ретранслирующих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией с использованием нелинейных усилителей.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом.

Изобретение относится к области электроники, а именно к предварительным усилителям для съема сигналов с детекторов ионизирующих излучений при использовании длинной кабельной линии в схемах амплитудной спектрометрии и для регистрации ядерных излучений.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи. Техническим результатом является - увеличение затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно стабильной добротности Q амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ и большом коэффициенте усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0.

Изобретение относится к области радиотехники и связи, а именно к устройствам усиления мощности. Технический результат: повышение на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов с широким динамическим диапазоном.

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого с входов канала «X» зависит от уровня сигнала управления канала «Y».

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Технический результат заключается в преобразовании энергии высших гармоник в энергию постоянного тока и возвращении этой энергии источнику питания. В усилителе используют мостовую схему сложения мощности вместо балластного резистора электрической цепи, содержащей широкополосное согласующее устройство, двухполупериодный выпрямитель, накопительный конденсатор, дроссель и ограничительный диод, что обеспечивает возвращение части энергии полезного сигнала источнику питания радиопередатчика, повышая его КПД. 1 ил.

Изобретение относится к микросхемам СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации. Технический результат заключается в повышении добротности резонансной амплитудно-частотной характеристики избирательного усилителя при использовании низкодобротных планарных индуктивностей. Избирательный усилитель на основе планарной индуктивности с низкой добротностью содержит первый (1) и второй (2) входные полевые транзисторы, причем затвор первого (1) входного полевого транзистора соединен со входом устройства (10), вторую (11) шину источника питания. Сток первого (1) входного полевого транзистора связан с выходом устройства (5) и подключен к затвору второго (2) входного полевого транзистора. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к генераторам управляемым напряжением. Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки частоты при сохранении нижнего предела диапазона частот и возможности создания генератора в монолитном исполнении. В генератор дополнительно введены полевой транзистор с барьером Шотки - третий, две индуктивности - вторая и третья, разделительный конденсатор и низкочастотный фильтр питания, при этом сток третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе через разделительный конденсатор и одновременно - со стоком второго полевого транзистора с барьером Шотки через вторую индуктивность, затвор третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен с истоком второго полевого транзистора с барьером Шотки, и их общая точка соединения заземлена через третью индуктивность, исток третьего полевого транзистора с барьером Шотки заземлен, а на сток второго полевого транзистора с барьером Шотки подают постоянное напряжение положительной полярности через низкочастотный фильтр питания, при этом величина третьей индуктивности в пять раз меньше величины второй индуктивности, а величину емкости разделительного конденсатора определяют из определенного выражения. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот КУ (повышении его fв) без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном содержит входной дифференциальный каскад (1) с первым (2) и вторым (3) противофазными токовыми выходами. В схему введены первое (16) и второе (17) дополнительные токовые зеркала, согласованные с цепью смещения потенциалов (15), вход первого (16) токового зеркала подключен к базе первого (5) выходного транзистора, а его токовый выход связан с эмиттером второго (8) выходного транзистора, вход второго (17) токового зеркала подключен к базе второго (8) выходного транзистора, а его токовый выход связан с эмиттером первого (5) выходного транзистора. 4 ил.

Изобретение относится к области усилителей аналоговых сигналов. Техническим результатом является повышение значения верхней граничной частоты без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Каскодный усилитель содержит первый и второй входные транзисторы, первый выходной транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору первого входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения, второй выходной транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору второго входного транзистора, а база связана с источником напряжения смещения. База первого выходного транзистора связана с источником напряжения смещения через первый дополнительный резистор, база второго выходного транзистора связана с источником напряжения смещения через второй дополнительный резистор, база первого выходного транзистора соединена с базой первого дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру второго выходного транзистора, база второго выходного транзистора соединена с базой второго дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру первого выходного транзистора, причем эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов связаны со второй шиной источника питания через дополнительный токостабилизирующий двухполюсник. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве устройства усиления сигналов различных датчиков, в условиях воздействия низких температур и радиации. Технический результат заключается в обеспечении радиационно-стойкого низкотемпературного дифференциального усилителя за счет р-канальных полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса. Истоки, соответствующие выходам полевых транзисторов, соединены со стоками соответствующих входов транзистора, затвор одних выходов полевых транзисторов соединен с затворами других соответствующих полевых транзисторов и истоки одних входов полевых транзисторов через первый двухполюсник связан с шиной источника питания, а истоки других первых полевых транзисторов через второй двухполюсник соединены с объединяющим затвором вспомогательным затвором вспомогательного транзистора. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов, реализуемых по новым и перспективным технологиям). Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот КУ без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Технический результат достигается за счет каскодного усилителя с расширенным частотным диапазоном, который содержит входной преобразователь напряжение-ток (1), токовый выход которого подключен к эмиттеру выходного транзистора (2), неинвертирующий повторитель тока (3), токовый вход которого соединен с базой выходного транзистора (2), а токовый выход связан с эмиттером выходного транзистора (2), выход устройства (4), соединенный с коллектором выходного транзистора (2), резистор коллекторной нагрузки (5), включенный между шиной источника питания (6) и коллектором выходного транзистора (2). В схему введен дополнительный повторитель напряжения (7), вход которого соединен с выходом устройства (4), а выход связан с базой выходного транзистора (2) через дополнительный корректирующий конденсатор (8). 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала. Прецизионный операционный усилитель содержит: входной параллельно-балансный каскад, первый и второй противофазные токовые выходы которого соединены с первой шиной источника питания через соответствующие первый и второй токостабилизирующие двухполюсники, первый и второй вспомогательные транзисторы, коллекторы которых объединены и соединены со второй шиной источника питания через третий токостабилизирующий двухполюсник и связаны с общей истоковой цепью входного параллельно-балансного каскада, база первого вспомогательного транзистора соединена с первым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, база транзистора соединена со вторым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, первый выходной транзистор, база которого соединена с первым токовым выходом входного параллельно-балансного каскада, а коллектор связан со входом токового зеркала, согласованным со второй шиной источника питания. 1 з.п ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Двойной каскодный усилитель содержит: входной транзистор, исток которого связан с первой шиной источника питания, а затвор через разделительный конденсатор соединен со входом устройства и через вспомогательный двухполюсник связан с первым источником напряжения смещения, первый выходной транзистор, сток которого соединен с выходом устройства и через двухполюсник нагрузки подключен ко второй шине источника питания, а затвор через вспомогательный резистор связан со вторым источником напряжения смещения, второй выходной транзистор, сток которого соединен с истоком первого выходного транзистора, исток подключен к стоку входного транзистора, а затвор связан с третьим источником напряжения смещения, причем между затвором первого выходного транзистора и стоком входного транзистора включен корректирующий конденсатор. 6 ил.

Изобретение относится к применению симметричных активных нагрузок, обеспечивающих преобразование выходных токов симметричных дифференциальных каскадов и их согласование с промежуточными выходными каскадами. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкой и низкотемпературной симметричной активной нагрузки с использованием в структуре полевых транзисторов биполярно-полевого технологического процесса, что позволяет применять их при более низких напряжениях питания или увеличить диапазон изменения выходных напряжений при включении в структуру аналоговых микросхем, например, операционных усилителей. В составе симметричной активной нагрузки в качестве первого (5) и второго (6) выходных транзисторов используются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, причем сток первого (5) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером первого (13) дополнительного транзистора и через первый (14) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, сток второго (6) выходного полевого транзистора с управляющим p-n переходом соединен с эмиттером второго (15) дополнительного транзистора и через второй (16) дополнительный резистор соединен с первой (9) шиной источника питания, причем второй вывод токостабилизирующего двухполюсника (7) подключен ко второй (17) шине источника питания, согласованной с первым (11) и вторым (12) токовыми выходами устройства, коллектор первого (13) дополнительного транзистора соединен с первым (11) токовым выходом устройства, коллектор второго (15) дополнительного транзистора соединен со вторым (12) токовым выходом устройства, а базы первого (13) и второго (14) дополнительных транзисторов связаны с базами первого (2) и второго (4) входных транзисторов. 6 ил.
Наверх