ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
BROADBAND HARMONIC AMPLIFIER

Изобретение относиться к области радиотехники, а именно к широкополосным усилителям мощности. Предложено техническое решение, реализующее теоретическое обоснование улучшения линейности усиления широкополосных усилителей за счет отсечки верхней части полуволны при достижении уровня, равного 0,8 от максимального значения амплитуды усиливаемого гармонического колебания, что соответствует углу верхней отсечки равного 54°. Достигаемый технический результат - снижение уровня побочного излучения на гармониках несущей частоты на выходе широкополосных усилителей.
Целью изобретения является снижение уровня побочных излучений на гармониках несущей частоты широкополосными радиопередатчиками.
О
о
бл
О
р
о
бл.
о
н
бл
o
н
o
о
Поставленная цель достигается тем, что широкополосный усилитель мощности - двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером на трансформаторах с магнитной связью между обмотками отличающийся тем, что в него дополнительно введены в каждое плечо двухтактного усилителя ограничительный диод Д, источник постоянного напряжения отсечки Е и блокирующий конденсатор С, при этом, ограничительный диод Д подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С на входе транзистора - усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена, при этом, параллельно с источником постоянного напряжения отсечки, включен блокирующий конденсатор С, при этом емкость блокировочного конденсатора источника Е выбирается из условия 1/2πƒ⋅С<<R, где ƒ - нижняя частота рабочего диапазона, R - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е.
Для достижения поставленной цели необходима техническая реализация теоретически обоснованного способа, изложенного в работах 1. и 2. [1. «Способ снижения паразитного излучения широкополосных радиопередатчиков», Патент №2266611 от 20.12.2005. Муравченко В.Л., Катанович А.А., Еркин А.Ю., Барабанов Д.Ю. 2. Катанович А.А Муравченко В.Л. Автоматизация управления корабельными комплексами связи ВМФ. - СПб.: Судостроение. 2014.]
n
1
Г
В работах [1] и [2] показано, что при изменении угла верхней отсечки импульса косинусоидальной формы на уровне, соответствующем углу 54 (0,942 рад.), коэффициент К=Р/Р, определяющий отношение мощности первой гармоники к суммарной мощности высших гармоник, максимален и равен 6,17.
1
где: α - коэффициент первой гармоники;
0
α - коэффициент постоянной составляющей;
0
θ - угол верхней отсечки, радианы.
График этой зависимости представлен на Фиг. 1. [3. Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019611961 в реестре программ для ЭВМ от 07.02.2019 г. Программа решения задачи анализа изменений отношения мощности первой гармоники к совокупной мощности высших гармоник при ограничении сверху импульсов косинусоидальной формы. Муравченко В.Л., Балахонов А.Н.].
О
о
бл
О
р
о
бл
Известен двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ) на трансформаторах с магнитной связью между обмотками [4. С.И. Дингес, Р.Ю. Иванюшкин, В.Б. Козырев, К.И. Кукк, В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2020. - 1200 с.] недостатком которого, как и других двухтактных усилителей является то, что «все нечетные гармоники токов транзисторов выделяются в основной нагрузке… [4. с. 243]». С целью снижения уровня паразитных излучений на четных и нечетных гармониках предложен (фиг. 2) двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ) на трансформаторах с магнитной связью между обмотками, отличающийся тем, что в него дополнительно введены в каждое плечо двухтактного усилителя ограничительный диод Д, источник постоянного напряжения отсечки Е и блокирующий конденсатор С, при этом, ограничительный диод Д подключен непосредственно перед разделительным конденсатором С на входе транзистора - усилителя таким образом, что его проводимость направлена в сторону источника постоянного напряжения отсечки Е, который последовательно соединен с ограничительным диодом и отрицательная клемма которого заземлена, при этом, параллельно с источником постоянного напряжения отсечки, включен блокирующий конденсатор С.
о
о
m
m
О
о
н
бл
o
н
o
о
Работа усилителя. При включении усилителя в работу на входных клеммах усилителя появятся противофазные гармонические сигналы. На клемме с положительным потенциалом напряжение начинает возрастать до тех пор, пока напряжение на ограничительном диоде не сравняется с напряжением источника постоянного напряжения отсечки Е. В результате, на входе транзистора поддерживается постоянное напряжение, равное напряжению Е=0,809 U, соответствующего уровню гармонического колебания при углах равных 54° и 126°, до тех пор, пока уровень входного гармонического колебания не сравняется и снизится ниже уровня 0,809 U. В этом случае ограничительный диод Д снова запирается и напряжение на входе транзистора начинает снижаться до нуля, соответствующего окончанию положительной полуволны. Далее формируется гармонический сигнал на выходе второй половины двухтактной схемы с той разницей только, что ток в выходном трансформаторе протекает в противоположном направлении относительно тока в трансформаторе первого плеча двухтактного усилителя. Емкость блокировочного конденсатора источника Е выбирается из условия 1/2πƒ⋅С<<R, где ƒ - нижняя частота рабочего диапазона, R - внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения отсечки Е. На Фиг. 3 представлен график полуволны гармонического сигнала с обозначением уровня ограничения сверху, соответствующего углам 54° и 126°.