Усилитель мощности

 

. .".:,: к ю»Н. » I»,. = !"-»

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬС163

Союз Советскин

Социалистических

Республик " 56 5379 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.10.75 (21) 2176554/09 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.07.77. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 23.08.77 (51) М. Кл Н 03Г 3/24

Государственный комитет

Соввта Министров СССР па делам изобретений и открьпий (53) УДК 621.375.026 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. Л. Белоусов и Н. Б. Петяшин (71) Заявители (54) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к ра диотемн ике и может использаваться в радиапередаю цих успрой1спвах большой мопенасти, HIGIIQJIb Ioщих,режимы ра б от, при которых имеет место

KBlK амплитудная, TBIK и угловая модуляция.

Иавестен усилитель мощности, содержащий генератор пилообразного на п ряжен ия, подключенный,к входам широтно импульсного модулятора (ШИМ), к вылодаы которо го падклеачены два на нала ключевых усилителей, нагруженных на у1стройство lHBlKQIIIJIения эне:ргии (1).

Одна(ко:иведение ШИМ в усилитель мощнасти у слононяет его и требует высокой alKT0BloH частоты, íà IKoòoðîé 1работает ШИМ.

Тактовая частота долж на значительно .превышать верхнюю тр аничиую частоту усиливаемого 1сипнала.

Из1ве стен усилитель мощности, содержащий соединенные,по IBxopó детектор огибающей, последовательно соединенные детектор полир но сти и фазаинвертар, и па р,ключевых усилителей с сумматорам на выходе, где а=1, 2, 3..., один усилитель каждой IIBipII непосредственно соединен с выходом детектора полярности, а другой — через соответствующий .ключ с выхадам детектора полярности и выходом фазоинвертара, п ри этом выход детектора огиоающей через,по следовательно соединенные а налого-1вифровой преабразова2 тель (АЦП) и дежифретор подключен к управляющим входам всех ключей, а нагрузка соединена с,выходом сумматора через ф ильт р (2).

5 Однако в этом усилителе для получения высокой эперветической эффективности огибающая исходного сигнала преобразуется в огибающ1ую ступенчатой формы, что является причиной возникно вения нелинейных .искаже10 ний.

С целью уменьшения нелинейных искажений ia предлагаемом усилителе мощ|ности между выходам детектора полярности и дополнительным входом сумматора включен до15 полнительный ключевой усилитель с регулируемым источевикам питания, вхо|д улравления которого падссединен к его выходу через пасладавательно соединенные пороговый элемент, ревер сииный счетчик, цифроа надого20 вый преобразователь и вычитающее устройство,,другой вход которого соединен с выходом детектора огибающей, при этом между выходом дополнительного ключевого усилителя (и управляющим входам реверсивното счетеика

25 включен нуль-орган.

На фиг. 1 пряведена .структурная электри ческая схема предложенного усилителя мощности; на фиг. 2 — эптары напряжений, поясняющие его работу.

30 У силитель мощнасти содержит соединен565379

3 ные Ilo входу детектор 1 апибающей и,последовательно соединенные детектор 2 поля рности и фазоинвертор 3, и па р ключевых усилителей 4 с сумма тором 5 .на выходе, г де

n=1, 2, 3,, один усилитель 4 каждой пары

He1FGcpедст венно соединен с выходом детектора 2, а,другой — через соот ветст1в1уюшие ключ1и 6 и 7 с выходом детектора 2 и выходом фазоинвертсра 3, прн этом выход детектор1а 1 через последовательно соединенные АЦП 8 и дешифратор 9 1! Одкл 1О 1ен IH уп ра1в,1 яIощим входам всех ключей 6 и 7, а нагруз1ка 10 соединена с выхОдо м блаум м атор а 5 через филь11р 11, межд1у вь1хс1дсм детектора 2 и дополнителыным tBxQpoIM сумматора 5 IBIKJFIoчен дополнительный ключевой усилитель 12 с регул1ируемым источником пита пня 13, вход управления xoTopotro rrgrricoepFIFICIFI к его выходу через послЕдовательно соединенные поротовый элемент 14,:ревер1аивный счетчи1к 15, ц иф

poairraлсговый п рео бразователь 16 (ЦАП) и выч итающее устройство 17, другой вход lïîалад1непо соединен,с выхОдом детектора 1, при этом межд1у выхОдом д1опол нителыного ключевого усилителя 12 и упрBIBJIяющим входом реверсивного счетчика 15 нключен нульор.гalr- 18.

П1радлагаемый усилитель работает следу ющ1им Образом.

При OTtcy>CTBHIH сигнала на входе усилителя на входе де1нифратс1ра 9 АЦП 8 QotpIMIH руют на пряжения, пода ва емые на ключи 7, 1которые пс1дключа1от ссот1вет1ст ву1сщие ключевые усилители 4 к выходу фазоиивертора 3.

С появлением сигнала на,входе усил ителя (фиг. 2, а) па выходах детектора 2, фазоинвертор1а 3 и детектора 1 появляются сигналы (фиг. 2 б, в, г) соотвепспвен1но. Выходной сигнал регулируемого источника .питания 13 я1вляется питающим FIaïtðÿæeíHeì .для,дополни тельного ключевого усилителя 12, опибающая выходного сигнала которого псвтс1ряет опибающую входного GHmaла. На ключевые усилители 4 пОдают1ся сдинакс1вые, но прот1ивсфавные сипналы, при это1м на сумматоре 5 на1пряжения, поступающ ие с ключевых усилителей 4, взаимно компенсируются, и выходной сигнал асего уаилителя определяется лишь выходным сипналом дополнительного,ключевого усилителя 12 (фиг. 2,д) на отрезке в1реMetHH GT 0 go Ir.

Выходное напряжение Ur с .ключевого усилителя 12 подается на пороговый элемент 14, на tBIBotpoA вход которого подается опор ное напряжение U, пде U=2E, т. е. равно удвоенной амплитуде выходиого напсяжения одного из ключевых уаилителей 4. В момент II ра1венства этих на1п1ряжен ий п1роисходит срабатывание порогового элемента 14 (фиг. 2,е). В ревер1аив1нем счетчике 15 происходит за1п1ись сигнала с порогового элемента 14, на,выходе (ЦАП) 16 поя вляепся на1п ряжение, .равное

U, величине — — (фиг, 2, ж), где К вЂ” коэфф1и5

4 циент передачи по опибающей от,входа регулируемого источ1ник а питан1ия 13 до выхода дополнительного 1ключевого усилителя 12.

Это:напряжение выч1итается и з,выходного на пряжения дете1ктора 1 .в вычитающем устройстве 17 (фиг. 2,з), на выходе которото напряжение уменьшается по чти до нуля, соответспвен1но уменьшаются на пряжен1ия на 1выхолах регулируемого и сточника .пит1аиия 13 и дополнителы1ото ключевого усилителя 12.

ОдrroIBðeìeiíío с эпим IFBlrlptBJKetrrие огиба1сщей Irà входе АЦП 8 сравнивается с величнU, ной опор ного напряжения — —, и,в момент I 1 (фиг. 2,г) на выходе деш1иф1рассора 9 поя1вляется па нряжение, изменяющее ссстоя1ние ключей 6 и 7 TBIMHIM образом, что K;Iючевые YIGFIJrtHтели 4 Од ной из rlatp оказьпваются с этого момента, включенными синфазно (фиг. 2, и, к), что энвивалентно воз1ра ста1н ию напряжения ла выходе сумматора 5 на величину 2Е, т. е. в момент fr н1ап1РЯжение на выхоДе Уеил ителЯ мощности не сменяется, исключаются скачки вых1с1дной мощ1но1сти в момент:комм1утации ключевых у1силителей 4, а огибающая Boiorripoиз.в од1ипс я tHelgpep bliBIHIO.

Пр и да»дынейrrleIM возраста1нии мпно1вен ного значения овибающей возрастает на1пряжеии» на входе репулир:уемого источ1н1ика,п1ита н1ия 13, на его выходе и выходное нап1ряжение ключевого усилителя 12, суммируясь с .выходными сигналам1и в1ключенных синфазно 1ключевых усилителей 4, при этом изменение на п1ряжения на выходе у1аил1ителя мощности повто1ряет изменение входното аипнала. Дальнейшее увеличение входного си пиала приводит к тоиу, что напряжен1ие на выхОде до1полнительного ключс1вопо усилителя 12 в нс1вь достигает ве личины UI=2E (момент 4), что,пр1иводит к появлению .нового HIMlrlyльса с нороговово элемента 14, пс1реводящего ревераивный cveTчик 15 в нс1вое соопоя1ние, на выходе АЦП 8 напряжение меняемся так, что ключи 6, 7 оказьиваются в таком состоянии, что аинфазню нключают1ся в1се ключевые усилителями 4 и

12 (фланг. 2 л, м) .

Имп1улысс1м с порогового элемент а 14 реверсивный счетчик 15 залисы1вает но1вый б1ит информации, что приводит к увел1ичан и ю напряжения на выходе ЦАП 16 еще на величиU, ну — —, прои этом на;входе регули1руамого источника пита1ния 13 нал1ряжение скачком снимается до HIJJJIH. EiKIH входной сигнал продолжает увеличиваться, то напряжение на:выходе регул1ирyeimgII о .источника питания 13;возрастает, что,в конеч1ном счете IrpHIBorrrtFIT к возраста1нию выходного напряжения,в1сего увиспите Iÿ мощн1с1с пи.

Пр1и уменьшении вхОдного сигнала на пряжение на входе АЦП 8, BTîðoM входе вычитающего устройвпва 17 и н а выходе репул1и,руемопо источника питания 13 уме1ньш ается, что нриво1дит к уменьшен1ию напряжения ре гул1ируемого источника пита1н1ия 13 почти до

565379 нуля в результате на выходе нуль-органа 18

/ формирует ся им пульс,момент 4), которыи уменьшает на один бит информацию,:за писанную .в реверсиэный счепчик 15, что соотBeTcTiByeT уменьшен ею на|пряжения на выхаде

U, ЦАП 16 на величппгу

Одновременно с этим напряжение на выходе АЦП 8 также становился upaTiHbllvl опорному на лряжению, что nplHlBopHT к изменению напряжений на выходе АЦП 8 и на входе дешиф ратара 9, при этоьм управляющее напряжение с деш ифра тара 9, nopaiBaelvroe на ключи 6 и 7, ста навится таким, что ч исло пар синфазно включенных ключевых усилителей 4 снижаемся на одн,у.

Уменьшение напряжения на выходе

U, ЦАП 16 на велич и и у — — приводит к та каму

К же увеличению,на пряжения на входе регул иU руемого источника питания 13 на величину а на выходе дапол нителыного ключевото усилителя 12 на пряжение BoapaeTiaeT на величину UI = 2Е. В то же время за счет того, что пара ключевых усилителей 4 возбуждается противофазно, выходное на пряжеиие усилитеU, ля мо цнасти снижается на велич и ну при этом на п ряжен ие на нагрузке 10 изменяется |пла в н.о.

На временных интер валах между хам м утациями ключевых усилителей 4, напряжение иа выходе которых меняется диаирепно, Hainряжение на,выхаде у сил ителя мощ насти иаменяет ся плачевно, краме того,,плавно изменяепся сипнал на,выходе до|полн ительного ключево го усил ителя 12, что приводит к уменьшению

6 шумов NBaHToiBBIHIHH (нелинейных искажений в спектре выход ного сигнала1, Фо р мул а изобр етен|ия

Усилитель мощности, содержащий соединенные по входу детектор огибающей и последовательно соединенные детектор полярности и фазоинвертор, п пар ключевых усилителей с сумматором на выходе, где и=1,2,3, ..., один усилитель каждой пары непосредственно соединенсвыходом детектора полярности, а др гой — через соответствующий ключ с выходом детекщра полярности и выходом фазоI5 инвертара, п р и этом выход детектора огибающей через по следавательно соединенные аналогоцифровой преобразователь и дешифратор подключен к управляющим входам всех ключей, а нагрузочка соединена с выходом су|мgp матора через фильтр, о т л и ч а ю щlH и с я тем, что,,с целью уменьшения нелинейньп искажений, между выходам детектора,полярно ст и и дополнительн ььм вх одопп сумм ато р а включен дополнительный ключевой у силитель с регу лируемым источником питания, вход упра вления,котарого падсо„-динеи к его выходу через последовательно соед иненпые пороговый элемент, ревер сивный счетчик, цифроаналоговый преобразаватель и выиитающее устройст30 во, другой вход иоторого сосдинен с выходом детектора огибающей, при этом между выходом дополнительного ключевото усилителя и упр а вляющим входом реверсивного счетчика включен нуль-орган.

Истачниии инфар мации, принятые во вним,ание п р и экспертизе изабретея ия

1. Патент Ф,ра нщии № 2007588,.кл, Н 03F, 1970.

2. Патент Ф рапгции ¹ 1586550, кл. Н ОЗК, 40 1970.

Редактор Т. Янова

Составитель Г. Теплова

Техред 3. Тараненко

Корректор Л. Брахннна

Заказ 5255

Подписное

МОТ, Загорский филиал

Изд. № 577 Тираж 1080

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5