Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика

Предложено с помощью отрицательной полуволны третей гармоники входного сигнала раздваивать импульс первой гармоники этого сигнала и коллекторного тока оконечного каскада передатчика, а его нагрузочный колебательный контур расстраивать в индуктивную сторону как при сильно перенапряженном режиме. При этом режим работы оконечного каскада не перенапряженный, а критический, являющийся отличительным и обеспечивающим КПД передатчика 90%. Это превышает КПД в обычном критическом режиме на 20%, обеспечивая максимально возможную мощность передачи при угле отсечки первой гармоники =90°.

Полезная модель (ПМ) относится к области передачи радиосигнала.

Известны транзисторные усилители мощности с повышенным КПД, описаны в ряде источников, например в:

1. Патент РФ на изобретение 2465719 Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика. /А.А.Волков Приоритет от 16.06.2011 г.

2. Радиопередающие устройства. Под ред. Шахгильдяна В.В. - М.: Радио и связь, 1996 - С.64-68.

3. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики - М.: Энергия, 1976 - С 127-140.

По технической сущности наиболее близким к ПМ является транзисторный усилитель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках [2, 3] - аналоги ПМ.

Прототип состоит из последовательно включенных предоконечного каскада (ПОК), аналогового сумматора, оконечного каскада передатчика (OK) - транзисторного усилителя мощности, а так же утроителя частоты, вход которого соединен с входом ПОК, а его выход подключен ко второму входу сумматора . Нагрузкой ОК является последовательно соединенные два параллельных колебательных контура, один из которых настроен на первую гармонику U₁, а второй на третью гармонику U₃ входного сигнала. При угле отсечки =90° значения U₃=0, a U₁=max. При наличии утроителя частоты на вход ОК поступает сумма U ₁+U₃, отчего в импульсе U₁ образуется седловидный провал и уровень суммарного напряжения в нагрузке уменьшается, а на переходе коллектор - эмиттер увеличивается. При этом ОК переходит из начального критического режима в недонапряженный с уменьшением мощности сигнала в нагрузке. Для возвращения в исходный критический режим надо увеличить U₁, отчего возрастает коэффициент использования коллекторного напряжения

где, E_k - напряжение источника питания, и увеличивается КПД коллекторной цепи _k=0.5·· транзисторного усилителя ОК. Но при наибольшем отношении увеличение U₁ составляет 0.1U₁, т.е. =1.1. Если при =1 в критическом режиме без 3-й гармоники КПД _k=70%, то при =1.1 КПД _k=70·1.1=77%, т.е. КПД вырастает всего на 7%, что недостаточно.

Основным недостатком прототипа является недостаточное увеличение КПД за счет третей гармоники.

Техническим результатом ПМ является увеличение КПД больше чем на 7%.

Сущность ПМ состоит в том, что в транзисторный усилитель мощности радиопередатчика, состоящий из последовательно соединенных ПОК, , ОК, а так же утроителя частоты, вход которого соединен с входом ПОК, дополнительно введен однополупериодный выпрямитель напряжения, через который выход утроителя частоты подключается к второму входу сумматора для поступления в него только отрицательной полуволны третей гармоники входного сигнала. Нагрузкой ОК является одиночный колебательный контур, расстроенный в индуктивную сторону относительно первой гармоники входного сигнала.

Существенным отличием ПМ является введенный элемент и его связь с другими элементами, а также изменение нагрузки ОК.

Полезная модель иллюстрируется чертежом на фиг.1 и временной диаграммой на фиг.2, поясняющая его работу.

На фиг.1 обозначено:

1 - предоконечный каскад (ПОК);

2 - утроитель частоты;

3 - аналоговый сумматор;

4 - однополупериодный выпрямитель;

5 - оконечный каскад (ОК).

Работа схемы происходит следующим образом.

Сигнал с частотной модуляцией (ЧМ) u(t)=Ucos(·t+m·sint), где m - индекс ЧМ, поступает на вход предоконечного каскада (ПОК) 1 и параллельно на вход утроителя частоты 2 (фиг.1). С выхода блока 1 усиленный входной сигнал u₁(t)=U ₁cos(·t+m·sint) поступает на один вход сумматора 3, а с выхода блока 2 третья гармоника этого сигнала поступает на второй вход сумматора 3 через однополупериодный выпрямитель 4, пропускающий на свой выход только отрицательную полуволну. Для упрощения энергетического анализа вторым слагаемым в u₁(t) можно пренебречь, т.к. несущая частота со в этом выражении во много раз больше частоты модулирующего сигнала. В этом случае при U₃U₁ сигнал на выходе сумматора 3, т.е. на входе ОК 5, имеет вид раздвоенного симметричного синусоидального импульса как при сильно перенапряженном режиме ОК, хотя режим работы его критический. Это облегчает тепловой режим ОК 5. Расстроенный в индуктивную сторону выходной коллекторный колебательный контур создает несимметричный импульс его коллекторного тока, как показано на фиг.2. Расчеты и эксперимент показывают, что при этом КПД ОК 5 _k=90% вместо 70% в обычном критическом режиме без раздвоения импульса; т.е. КПД возрастает по сравнению с прототипом на 20-7=13%, а не на 7%. КПД ОК 5 определяет практически КПД всего передатчика. При этом угол отсечки входного сигнала =90°, когда U₁=max, что соответствует максимуму выходной мощности.

Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение КПД передатчика на 13%, в критическом режиме. Это облегченный режим работы генератора по сравнению с сильно перенапряженном режиме при том же выигрыше в КПД. По сравнению с прототипом, в ОК используется только один колебательный контур, расстроенный в индуктивную сторону.

Транзисторный усилитель мощности радиопередатчика, состоящий из последовательно включенных предоконечного каскада, аналогового сумматора, оконечного каскада, а также утроителя частоты, вход которого соединен с входом предоконечного каскада, отличающийся тем, что в него дополнительно введен однополупериодный выпрямитель напряжения, через который выход утроителя частоты подключен ко второму входу сумматора, при этом нагрузкой оконечного каскада является одиночный колебательный контур, расстроенный в индуктивную сторону относительно первой гармоники входного сигнала.

РИСУНКИ