КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электрорадиотехнике, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использована в радиопередатчиках коротковолнового диапазона. В ключевой усилитель введены устройства установки фиксированной амплитуды для всех усилительных элементов выходного каскада с целью повышения линейности усиления ключевого усилителя мощности.
Известны ключевые усилители с улучшенной линейностью усиления, например, Авторское свидетельство СССР №1490704 1989 г., Патент РФ №2400923 07.04.2008 г.
Линейность усиления это характеристика радиопередающего устройства, определяющая уровень паразитных излучений в виде высших гармоник несущей частоты на выходе усилителя мощности. Чем меньше уровень паразитных излучений усилителя мощности, тем меньше уровень помех радиоприему, в особенности, если радиоприемные устройства размещены на относительно близком расстоянии от радиопередатчика, как это имеет место на кораблях.
Наиболее близким по технической сущности является «Ключевой усилитель мощности» Патент РФ №2400923 от 07.04.2008 г.
Недостатком прототипа является то, что в нем не учтен тот факт, что характеристики всех усилительных элементов, например транзисторов, не являются идеально совпадающими. Их выходные характеристики (зависимость уровня выходного сигнала от уровня сигнала на входе усилительного элемента) имеют некоторый, допустимый по технологическим нормам, разброс выходных параметров. При отдельном одиночном использовании усилительного элемента-транзистора, относительно небольшое отклонение его выходной характеристики, укладывающееся в допустимый разброс по нормативной документации на усилительный элемент, учитывается разработчиком ключевого усилителя мощности и не имеет существенного влияния на линейность усиления усилителя.
В рассматриваемом случае имеет место сложение N сигналов от N усилительных элементов. При появлении сигналов разного уровня на N входах сумматора суммируемые импульсы будут отличаться по амплитуде, что приведет к искажению суммарного сигнала на выходе ключевого усилителя мощности. Результатом этих искажений станет ухудшение линейности ключевого усилителя и, как следствие, возрастание уровня паразитных излучений на высших гармониках.
Целью полезной модели является улучшение линейности усиления ключевых усилителей мощности, содержащих суммирующие устройства сигналов от N усилительных элементов.
Поставленная цель достигается тем, что в ключевой усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель, широтно-импульсный модулятор, аналого-цифровой преобразователь, выходной каскад, N аналого-цифровых преобразователей, N однотипных усилительных элементов, сумматор и выходной фильтр, дополнительно включены N устройств выравнивания амплитуд N усилительных элементов, причем N входов N устройств выравнивания амплитуд соединены с N выходами цифроаналоговых преобразователей, а N выходов устройств выравнивания амплитуд соединены с N входами однотипных усилительных элементов с соответствующими им номерами цифроаналоговых преобразователей и усилительных элементов.
Структурная схема ключевого усилителя мощности представлена на прилагаемом Чертеже - фиг. 1. Обозначения, принятые на фиг. 1, следующие:
1 - предварительный усилитель;
2 - широтно-импульсный модулятор;
3 - аналого-цифровой преобразователь;
4 - устройство выравнивания амплитуд сигналов выходного каскада в составе:
а1
aN
4…4 - цифроаналоговые преобразователи;
b1
bN
4…4 - устройства выравнивания амплитуд выходных сигналов;
1
N
4…4 - однотипные усилительные элементы;
5 - сумматор;
6 - выходной фильтр.
Работа схемы.
На вход предварительного усилителя 1 подается усиливаемый гармонический сигнал. Предварительный усилитель поставлен в режим усиления класса А, обеспечивающего наибольшую линейность усиления по сравнению с другими классами усиления сигнала. С выхода предварительного усилителя сигнал рабочей частоты подается на вход широтно-импульсного модулятора 2. В широтно-импульсном модуляторе каждый период гармонического колебания преобразуется в последовательность N сигналов прямоугольной формы одинаковой амплитуды. При этом, каждому промежуточному n-ому сигналу соответствует амплитуда, равная сумме n одинаковых амплитуд n сигналов. При поступлении каждого n-ого сигнала на аналого-цифровой преобразователь 3, уровень этого сигнала преобразуется в соответствующую этому уровню цифровую последовательность. Число двоичных знаков числовой последовательности м определяется формулой .
а
aN
bN
Сформированная цифровая последовательность поступает на все цифроаналоговые преобразователи 4. Каждый из N сигналов преобразуется в цифровую последовательность, соответствующую определенному уровню сигнала. Все устройство выравнивания амплитуд сигналов выходного каскада состоит из основных элементов: цифроаналоговые преобразователи 4, устройства выравнивания амплитуд выходных сигналов 4, однотипные усилительные элементы 4N. При этом цифроаналоговые преобразователи 4ам запрограммированы таким образом, что сигнал на их выходах появляется только тогда, когда входная цифровая последовательность соответствует последовательности, занесенной в память некоторого из них. Вероятность искажения сигнала, переданного в цифровой форме, существенно ниже вероятности искажения аналогового сигнала, передаваемого с помощью схемы из пассивных элементов. Число открываемых усилительных элементов в этом случае строго соответствует полученным командам, переданным в цифровой форме.
N
b
р
С целью достижения равенства амплитуд сигналов на выходах однотипных усилительных элементов 4, с помощью вновь введенных устройств выравнивания амплитуд выходных сигналов 4. При этом, предварительная регулировка напряжения смещения рабочей точки каждого усилительного элемента производится двумя последовательно включенными резисторами R (один из которых регулируемый R2) и разделительным конденсатором С (см. Чертеж - фиг. 2). Режим транзистора, используемого в качестве усилительного элемента, по постоянному току задается делителем. (А.Д. Гуменюк, В.И. Журавлев, Ю.Ю. Мартюшев, Г.Д. Петрухин, А.З. Струков, СИ. Цветков. Основы электроники, радиотехники и связи. - М.: Горячая линия - Телеком. 2008. стр. 208).
Обозначения, принятые на фиг. 2, следующие:
К
Е - напряжение источника питания коллекторов транзисторов (усилительных элементов);
R - резисторы делителя коллекторного напряжения;
R2 - регулируемый резистор для изменения напряжения смещения на управляющем электроде транзистора (усилительного элемента);
р
С - разделительный конденсатор для недопущения влияния постоянного напряжения смещения на работу цифроаналогового преобразователя;
N
Вся совокупность N прямоугольных импульсов от N однотипных усилительных элементов 4 поступает на сумматор 5, с выхода которого сигнал поступает на вход выходного фильтра 6, селектирующего колебания рабочей частоты.
Таким образом, ключевой усилитель мощности выдает выходной сигнал с помощью перечисленных элементов, что позволяет улучшить линейность усиления формируемых выходных сигналов.