ключевой усилитель мощности

Формула изобретения

Ключевой усилитель мощности, содержащий широтно-импульсный модулятор и выходной фильтр, отличающийся тем, что дополнительно включены высокочастотный разветвитель, двухтактный выходной каскад с числом усилительных элементов 2N при N 2, определяемым требованием к коэффициенту линейности усиления усилителя, и сумматор, причем выход широтно-импульсного модулятора соединен со входом высокочастотного разветвителя, 2N выходов которого соединены со входами 2N усилительных элементов двухтактного выходного каскада, 2N выходов которого соединены с 2N входами сумматора, выход которого соединен со входом выходного фильтра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрорадиотехники 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 АС СССР № 1104647, H03F 3/217, 1984, АС СССР № 1314438.

Известен также ключевой усилитель мощности АС СССР № 1490704, H03F 3/217, 1989, содержащий широтно-импульсный модулятор, двухтактный выходной каскад, фильтр.

Недостатком как аналогов, так и прототипа является отсутствие количественной оценки линейности усиления этих усилителей.

Целью изобретения является обеспечение количественно заданной линейности усиления ключевого усилителя мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой усилитель мощности, содержащий широтно-импульсный модулятор и выходной фильтр, дополнительно включены высокочастотный разветвитель, двухтактный выходной каскад с числом усилительных элементов, равным 2N при N 2, и определяемым требованием к коэффициенту линейности усиления усилителя, и сумматор, причем выход широтно-импульсного модулятора соединен со входом высокочастотного разветвителя, 2N выходов которого соединены со входами 2N усилительных элементов двухтактного выходного каскада, 2N выходов которого соединены с 2N 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 - широтно-импульсный модулятор;

2 - высокочастотный разветвитель;

3 - двухтактный выходной каскад;

3₁ 3_N - однотипные усилительные элементы (транзисторы);

4 - сумматор;

5 - выходной фильтр.

График функциональной зависимости коэффициента линейности (гармоник) К от числа усилительных элементов N в каждом плече двухтактного усилителя изображен на Фиг.2.

Работа схемы осуществляется следующим образом.

На вход широтно-импульсного модулятора 1 подается гармонический сигнал рабочей частоты. В широтно-импульсном модуляторе каждый полупериод гармонического сигнала преобразуется в последовательность N сигналов прямоугольной формы одинаковой амплитуды. Число N 2 определяется функциональной зависимостью коэффициента линейности (гармоник) К от числа суммируемых прямоугольных импульсов. Форма тока на выходе сумматора представлена на Фиг.3. Коэффициент линейности определяется формулой:

где P_Г=P_cp-P ₁ - мощность гармоник;

P_СР - средняя мощность за период формируемого сигнала;

P₁=0,5I₁ ²R - мощность первой гармоники;

R - активная нагрузка, на которой выделен сигнал;

I₁ - амплитуда первой гармоники импульсов одинаковой амплитуды

С учетом двухтактной схемы усиления I ₁ находится с помощью разложения Фурье:

где

С учетом вышеуказанных аналитических соотношений для коэффициента линейности справедливо выражение:

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 2N 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.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить заранее заданную линейность усиления ключевого усилителя мощности в соответствии с требованиями к данному параметру усилителя.