ШИРОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках.
К серьезным недостаткам существующих широкополосных усилителей мощности с коллекторной модуляцией можно отнести их относительно низкий КПД. Это обусловлено тем, что изменение коллекторного напряжения без учета величины напряжения на базе приводит к существенному изменению режима усиления транзисторов относительно оптимального режима.
Известны широкополосные усилители мощности, например, патент №811168 Австралия, от 20 12.91, патент №735221 США ОТ 24.09.91. №2366074 РФ от 27.07.2009.
Наиболее близким по технической сущности является широкополосный усилитель мощности, патент №2366074 РФ от 27.07.2009. Широкополосный усилитель мощности содержит генератор прямоугольных тактовых импульсов с постоянной частотой следования импульсов, усилитель мощности тактовых импульсов с амплитудной коллекторной модуляцией и фильтр нижних частот с частотой среза соответствующей верхней частоте рабочего диапазона широкополосного усилителя.
Общим недостатком известных усилителей мощности является относительно низкий КПД.
Целью полезной модели является повышение КПД широкополосных усилителей мощностей с коллекторной модуляцией.
Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный усилитель мощности, содержащий генератор прямоугольных тактовых импульсов с постоянной частотой следования импульсов, усилитель мощности тактовых импульсов с амплитудной коллекторной модуляцией и фильтр нижних частот с частотой среза соответствующей верхней частоте рабочего диапазона широкополосного усилителя дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), дешифратор, исполнительный элемент и линия задержки, причем выход дешифратора соединен со входом исполнительного элемента, причем выход исполнительного элемента соединен с коллекторным входом усилителя мощности, первый выход генератора прямоугольных тактовых импульсов соединен с аналого-цифровым преобразователем, второй выход соединен с входом линии задержки, а выход линии задержки соединен с входом усилителя мощности, который соединен с входом фильтра нижних частот, к выходу которого подключена нагрузка широкополосного усилителя.
Структурная схема полезной модели изображена на Фиг.1
Полезная модель состоит из следующих функциональных блоков:
1. АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
2. ДЕШ - дешифратор;
3. ИЭ - исполнительный элемент;
4. ГТИ - генератор прямоугольных тактовых импульсов постоянной частоты;
5. ЛЗ - линия задержки;
6. УМ - усилитель мощности тактовых импульсов с коллекторной модуляцией;
7. ФНЧ - фильтр нижних частот.
Работа схемы осуществляется следующим образом. Генератор тактовых импульсов 4 генерирует импульсы прямоугольной формы постоянной амплитуды с постоянной частотой следования, превышающей максимальную частоту рабочего диапазона не менее чем в 2 раза. Импульсы тактовой частоты с 1-го выхода генератора подаются на вход линии задержки 5. Со 2-го выхода генератора тактовых импульсов сигналы подаются на один из входов АЦП 1 с целью синхронизации и приравнивания частоты квантования входного сигнала по амплитуде частоте следования тактовых импульсов. Сигналы от возбудителя подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 1, с выхода которого сигнал возбудителя, квантованная амплитуда которого в виде шифрованной импульсной последовательности подаются на вход дешифратора 2. В дешифраторе 2 после процедуры дешифрования вырабатывается сигнал, соответствующий амплитуде сигнала возбудителя, который поступает на исполнительный элемент 3. Исполнительный элемент 3 (например, блок реле) при поступлении сигнала от дешифратора 2 подключает к коллектору (либо к коллекторам, при использовании нескольких усилительных элементов) источник коллекторного напряжения с уровнем напряжения соответствующим амплитуде сигнала возбудителя. Число градаций переключаемых значений величины коллекторного напряжения изменяется в зависимости от номинала рабочей частоты возбудителя. Число градаций определяется теоремой Котельникова. Как было сказано выше, частота тактовых импульсов должна быть не менее удвоенной рабочей частоты возбудителя. Поскольку в нашем случае частота квантования совпадает с частотой тактовых импульсов, то число градаций N на любой частоте рабочего диапазона определяется соотношением:
T
где: f - частота тактовых импульсов;
P
f - рабочая частота возбудителя.
P
Максимальное количество градаций величины коллекторного напряжения должно соответствовать величине N рассчитанной для случая, когда f равна минимальной частоте рабочего диапазона.
Сигналы от генератора прямоугольных тактовых импульсов 4 пришедшие на вход линии задержки 5 (например искусственная длинная линия на фильтрах нижних частот) задерживаются на время равное суммарному времени задержки в АЦП 1, дешифраторе 2 и исполнительном элементе 3 с тем, чтобы при приходе с линии задержки 5 на вход усилителя мощности 6 напряжение на коллекторе (коллекторах) усилителя соответствовало амплитуде сигнала возбудителя.
На Фиг.2 представлены выходные характеристики усилительного элемента, динамические характеристики, соответствующие различным напряжением коллекторного напряжения, напряжение на коллекторе и амплитуды коллекторного тока для 3-х случаев коллекторного напряжения. Величина напряжения на входе усилительного элемента постоянна и равна своему максимальному значению, обеспечивающему режим насыщения, требуемого для реализации ключевого режима, при максимальном значении напряжения на коллекторе.
Предлагаемая схема широкополосного усилителя мощности с амплитудной коллекторной модуляцией, реализующая ключевой режим усиления, повышает КПД этого усилителя, что способствует повышению его экономичности и надежности за счет снижения тепловыделений усилителя, являющихся одним из основных факторов влияющих на надежность радиоаппаратуры.