Ключевой усилитель мощности

 

Изобретение относится к устрвам усиления аналогового НЧ-сигнала. Цель изобретения - упрощение. Устрво содержит А1Щ 1 усиливаемого сигнала , блок деления (БД) 2, блок памяти 3, блок переменной задержки (БПЗ) 4 сигналов управления, пр-еобразователь отношения разности (ПОР) 5 между остатком деления и делителем к делителю во временной интервал, г-р 6 управляющих импульсов, п ключевых каскадов 7, сумматор 8, фильтр нижних частот 9, г-р 10 тактовых импульсов и 2п коммутационных каналов 11. Цель достигается введением БД 2,блока памяти 3, БПЗ 4 и ПОР 5, с помощью которых аналоговый сигнал преобразуется в пропорциональное мгновенной величине аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной . Это позволяет изобразить аналоговый сигнал с помощью минимального числа сигналов импульсной формы и, следовательно, усилить сигнал с помощью минимального числа коммутационных каналов 11. 2 ил. СО О- 7 h l ,гСЮ .J ff(5P ю со 4 СО Ы 1г f-LZJiJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОаМЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 Р 3/217

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3386627/24-09 (22) 08.02.82 (31) 9 92/81 (32) 16.02.81 (33) СН (46) 28.02.87. Бюл. М - 8 (71) ББЦ АГ Браун, Бовери унд Ко {CH) (72) Андреас Фуррер (СН), Ваклау

Мертль (без гражданства), Йоханн

Милавек {AT) и Херберт Штеммлер (DE) (53) 621 ° 375.026(088.8) (56) Патент Великобритании Ф 1248209, кл. Н 3 Т, 1972. (54) КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к устрвам усиления аналогового НЧ-сигнала.

Цель изобретения — упрощение. Устрво содержит АЦП 1 усиливаемого сиг нала, блок деления (БД) 2, блок памяти 3, блок переменной задержки (БПЗ) „„SU „„1294301 А 3

4 сигналов управления, преобразователь отношения разности (ПОР) 5 между остатком деления и делителем к делителю во временной интервал, r-p 6 управляющих импульсов, п ключевых каскадов 7, сумматор 8, фильтр нижних частот 9, г-р 10 тактовых импульсов и 2п коммутационных каналов 11.

Цель достигается введением БД 2,блока памяти 3, БПЗ 4 и ПОР 5, с помощью которых аналоговый сигнал преобразуется в пропорциональное мгновенной величине аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной. Это позволяет изобразить аналоговый сигнал с помощью минимального числа сигналов импульсной формы и, следовательно, усилить сигнал с помощью минимального числа коммутационных каналов 11. 2 ил.

1 12943

Изобретение относится к устройствам усиления аналогового низкочастотного сигнала с помощью ключевого уси лителя, содержащего несколько независимых ключевых каскадов, выходы которых соединены с фильтром нижних частот.

Цель изобретения — упрощение.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенно- 10

ro ключевого усилителя мощности; на фиг. 2 — образование аналогового сигнала с помощью предложенного ключевого усилителя мощности.

Ключевой усилитель мощности содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, усиливаемого сигнала, блок 2 деления, .блок 3 памяти, блок

4 переменной задержки сигналов управления, преобразователь 5 отношения разнос ги между остатком деления и делителем к делителю во временной интервал, генератор 6 управляющих импульсов, п ключевых каскадов 7, сумматор 8, фильтр 9 нижних частот, 25 генератор 10 тактовых импульсов, 2п коммутационных каналов 11, Ключевой усилитель мощности работает следующим образом.

Для достижения желаемого усиления необходимы 48 ключевых каскадов, что требует 48 последовательностей управляющих сигналов и, следовательно, разделения максимально преобразуемого аналогового сигнала на 48 об- 35 ластей напряжения. Для того, чтобы повысить точность при определении считываемой величины амплитуды, используется АЦП 1, который подает выходной сигнал 10 бйт, что соответствует разделению максимально преI образуемой аналоговой величины на

1024 цифровые величины. Так как ключевой усилитель мощности может обрабатывать лишь 48 последовательностей 45 управляющих сигналов, то на выходе

АЦП 1 включен блок 2 деления, котоPbIH MeHb e UH O H BblXOPHOé СИГнал АЦП 1 за счет продолженного вычитания отношения 1024:48 до тех пор, 50 пока цифровой выходной сигнал не станет равным нулю или не будет соответствовать неделимому далее остатку.

Блок 2 деления содержит два в mo- 55 да. На одном выходе появляются порядковые числа выполняемых друг за другом вычитаний, на другом — оставшийся при известных условиях после последнего вычитания остаток. Порядковые числа выполненных вычитаний направляются в блок 3 памяти, места в памяти которого являются адресуемыми этими порядковыми числами и в котором после завершения всех вычитаний каждое адресованное место установлено, а каждое неадресованное место установлено в исходное положение.

Выход блока 3 памяти через блок 4 переменной задержки соединен с генератором 6 управляющих импульсов. Генератор 6 управляющих импульсов содержит большое число коммутирующих звеньев, из которых каждое предназначено для одного места в блоке 3 памяти и при появлении такта коммутации подает содержание предназначенного для него места в памяти в качестве управляющего импульса на управляющую линию для включенного далее соответствующего ключевого каскада

7. На фиг. 1 показаны управляющие линии для пяти ключевых каскадов

7„ « 7, из которых каждый содержит два коммутационных канала 11. Следующие управляющие линии обозначены штриховыми линиями.

Другой выход блока 2 деления соединен с преобразователем 5, который рассчитывает длительность управляющего сигнала, отношение которой к временному промежутку между следующими друг за другом тактовыми импульсами соответствует разности между остатком вычитания и вычитаемым.

Этот модулированный по длительности управляющий сигнал направляется на блок 4 переменной задержки, который содержит для каждого места в блоке 3 памяти предназначенный для него контур задержки и управляет тем контуром задержки, который предназначен для установленного места в памяти с наивысшим порядковым числом. С помощью задержанного дальнейшего направления содержания "последнего" установленного места в блоке 3 памяти создается модуляция по ширине управляющего импульса для одного коммутационного канала, которая обеспечивает возможность лучшего согласования огибающей кривой ступенчато наложенных выходных сигналов коммутационных каналов с аналоговым сигналом.

Генератор 10 тактовых импульсов производит две тактовые последова4301

20

5 129 но на 10/20 тактового времени. т.е. на 6,25 мкс.

rs четвертом временном такте к моменту времени 37,5 мкс считывается содержимое памяти, и на каждую линию управления, которая предназначена для установленного места в памяти, подается управляющий сигнал, причем соответствующий месту в блоке 3 памяти управляющий сигнал задерживается, как описано вышее. Одновременно считывается аналоговый сигнал и аналоговая величина С преобразуется приблизительно в 130 числовых величин. Эти числовые величины делятся таким же образом, как описано выше, на 7 ступеней цифровых величин, которые устанавливают 7 мест в памяти, из которых седьмое выдается с задержкой, равной 10/20 тактового времени, или 12,5 мкс.

Аналоговый сигнал считывается далее в каждом из последующих временных тактов 5-17, определенные аналоговые величины D-Q преобразуются описанным образом, запоминаются в блоке 3 памяти и выцаются соответственно в последующих временных тактах 6-18 из памяти и в качестве управляющих импульсов подаются на предназначенные для них линии управляющих сигналов.

Определенная в десятом временном такте аналоговая величина I соответствует приблизительно 510 цифровым величинам, Поэтому на одном выходе блока 2 деления появляется "26", а на другом — "10". Следовательно, в двенадцатом временном такте в блоке

3 памяти устанавливаются лишь 26 мест и преобразователем 5 рассчитывается для двадцать шестого места в памяти сигнал задержки, который соответствует приблизительно половине тактового времени и производит задержанный управляющий импульс "1 . Это действительно для управляющих импулвсовК,L0èP

Для комплектации времен расчета

И запоминания управляющие импульсы, которые соответствуют осуществляемому при заданном временном такте считыванию аналогового сигнала, освобождаются генератором 6 управляющих импульсов лишь при последующем временном такте. Следствием этого является то, что составленный из импульсов сигнал 14 на соединяющей выходы коммутационных каналов последовательной линии и выхоДной сигнал 15 ключевого усилителя мощности соответственно смещены на длительность одного временного такта и приблизительно на полутора временных такта по сравнению с входным сигналом усилителя.

Время включения для передатчика импульсов в коммутационных каналах 11 является ограниченным, поэтому каналы попарно объединены в ключевые каскады. Генератор 6 управляющих импульсов 6 выполнен таким образом, что содержимое одной ячейки памяти попеременно подается на обе линии управляющего сигнала предназначенного для него ключевого каскада. При этом переключение между сигнальными линиями для коммутационных каналов в различных ключевых каскадах осуществляется не одновременно, а с тактовым смещением, как это показано на фиг.2 для пяти ключевых каскадов 7 — 7 и соответствующих периодов включения коммутационных каналов 11. В результате чего в один и тот же момент времени переключается лишь одна четверть настраиваемых коммутационных каналов.

Как видно на фиг. 2, аналоговый сигнал преобразуется не в не .зависящее от мгновенной величины амплитуды максимально обрабатываемое число модулированных по ширине импульсов, а в пропорциональное мгновенной величине аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной. Таким образом, появляется возможность изобразить аналоговый сигнал с помощью минимального числа сигналов импульсной формы, соответственно, усилить с помощью минимального числа-коммутационных каналов, за счет чего существенно могут снизиться в ключевом усилителе мощности коммутационные потери.

Предлагаемый ключевой усилитель мощности может иметь многочисленные модификации и прйспосабливаться к определенным рабочим условиям. Например, можно вместо описанных широких управляющих импульсов использовать очень короткие управляющие импульсы с соответствующим переднему фронту широкого управляющего импульса импульсом включения и соответствующим задней кромке импульсом выключения.

Кроме того, нет необходимости предназначать для каждого ключевого каскада линию или линии управления.Вмес1294301 тельности. Одна тактовая последовательность с частотой 80 кГц направляется на АЦП 1 и на блок 4 переменной задержки, другая тактовая последовательность с частотой 100 МГц управля- 5 ет блоком 2 деления и преобразователем 5. Таким образом, появляется возможность считывать амплитуду аналогового сигнала с промежутком времени 12,5 мкс и через такие же промежутки вьдавать управляющие импульсы для коммутационных каналов. Для компенсации времен счета и запоминания управляющие импульсы, которые соответствуют осуществленному в заданном временном такте считыванию аналогового сигнала, освобождаются генератором

6 управляющих импульсов только при следующем временном такте. Генератор 6 управляющих импульсов действует теперь таким образом, что управляющие импульсы, длительность которых больше 50 мкс, попеременно направляются то на один, то на другой коммутационный канал соответствующего ключевого каскада. Направляемые на отдельные ключевые каскады 7 управляющие импульсы смещены друг относительно друга на временной такт

12,5 мкс, в результате чего комму30 тационные каналы в ключевых каскадах

7 не переключаются одновременно.

На фиг. 2 показано образование аналогового сигнала с помощью предложенного ключевого усилителя мощнос- 35 ти. При этом принимается, что для простоты синусоидальной формы анало" говый сигнал 12 с временной длительностью 200 мкс в соответствии с частотой 5 кГц считывается в АЦП 1 каж- 40 дые 12,5 мкс в соответствии с частотой 80 кГц считанная аналоговая величина появляется на его выходе в виде цифровой величины.

45

АЦП 1 обеспечивает возможность разделения максимально преобразуемой аналоговой области 13 на 1024 цифровых величины, тогда как коммутационные каналы 11 могут обработать лишь 48 управляющих импульсов.Появляющаяся на выходе АЦП 1 цифровая величина делится поэтому в последующем блоке 2 деления на ступени цифровой величины, из которых каждая содержит 20 цифровых величин (на фиг. 2 по ординате нанесены лишь ступени цифровой величины).

Блок памяти 3 построен таким образом, что при каждом тактовом сигнале все неустановленные места в блоке памяти устанавливаются в исходное состояние.

Далее принимается, что в первом временном такте в момент времени нуль все места в блоке памяти установлены в исходное положение, т.е. не осуществляется вьдача сигнала. В этот момент амплитуда аналогового сигнала также равняется нулю, поэтому после считывания сигнала на выходе АЦП 1 появляется цифровой сигнал "0", который далее не обрабатывается.

Во втором временном такте в момент времени 12,5 мкс все места в блоке памяти все еще установлены в исходное положение и не может осуществляться вьдача сигнала. Для этого при считывании аналогового сигнала устанавливается аналоговая величина А, которая соответствует приблизительно 18 цифровым значением. На одном выходе блока 2 деления появляется "1", а на другом "18",что означает, что уже при первом вычитании (1024:48) цифровых величин остается остаток 18..Следовательно, в блоке 3 памяти устанавливается .одно место, и преобразователь 5 направляет на блок 4 переменной задержки сигнал задержки, который осуществляет вьдачу содержимого памяти с, задержкой, равной приблизительно 2/20 тактового времени (в настоящем примере, следовательно, 1,25 мкс).

В третьем временном такте в момент времени 25 мкс содержимое памяти считывается с названной задержкой и подается в качестве управляющего сигнала импульсной формы на линию управления для одного из ключевых каскадов

7. Одновременно считывается аналоговый сигнал и при этом устанавливается аналоговая величина В, которая соответствует приблизительно 50 цифровым величинам. На одном выходе блока 2 деления появляется "3", а на другом - "10", что означает, что при трехкратном вычитании (1024:48) цифровых величин остается остаток 10.В блоке 3 памяти устанавливаются три места, и преобразователь 5 направляет на блок 4 переменной задержки сигнал задержки, который.при вьдаче содержимого памяти задерживает содержимое третьего места в памяти приблиэитель1294301

25 то этого импульсы включения и выклю.чения могут быть снабжены адресами и по методу временного уплотнения направляться по одной линии управления на все предназначенные для них ключевые каскады, соответственно, коммутационные каналы. Настраиваемые ключевые касКады необязательно должны имитировать временное протекание аналогового сигнала, как это показано на фиг. 2. Так как выходные сигналы ключевых каскадов суммируются на сумматоре 8, появляющийся на выходе усиленный аналоговый сигнал является всегда одинаковым независимо от того, какой ключевой каскад бып включен и от какого управляющего сигнала, а также независимо от того, включен или выключен ключевой каскад от одного и того же управляющего сигнала.

Формула изобретения

Ключевой усилитель мощности, содержащий аналого-цифровой преобразователь усиливаемого сигнала, генератор управляющих импульсов, п выходов которого соединены с входами и ключевых каскадов соответственно, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом ключевого усилителя мощности, а также генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам управления аналого-цифрового преобразователя и генератора управляющих импульсов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения, между выходом аналого-цифрового преобразователя и входами генератора управляющих импульсов включены последовательно соединенные блок деления, блок памяти и блок переменной задержки сигналов управления, а между другим выходом блока деления и входом управления блока переменной задержки введен преобразователь отношения разности между остатком деления и делителем к делителю во временной интервал, вход управления которого, а также входы управления блока памяти и блока деления подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому выходам генератора тактовых импульсов.

1294301

1 р 2а (/ 1

Составитель Е. Бурашников

Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 399/61 Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4