CS272229B2 - Amplitude-modulated broadcasting transmitter - Google Patents

Description

Vynález se týká rozhlasové techniky a jeho předmětem je amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač s vysokofrekvenčním koncovým stupněm, osazeným nejméně jednou koncovou elektronkou, s hlavním modulátorem ve tvaru spínacího zesilovače, vysílajícího anodové napětí, modulované podle nízkofrekvenčního vstupního signálu, do koncové elektronky, a s vysokofrekvenčním obvodem se zdrojem nosného kmitočtu k vytvoření nosného signálu a s následujícím vysokofrekvenčním budicím stupněm, který zesiluje nosný signál a vede jej na řídicí mřížku koncové elektronky.

amplitudově modulovaných rozhlasových vysílačů s vysokým výkonem, např. krátkovlnných nebo středovlnných vysílačů s vysílacím výkonem několika set kilowatů, hraje pro provozní náklady velkou roli dosažitelná účinnost. Pro účinnost má rozhodující význam zejména konstrukce a funkce použitého modulátoru.

Proto se v poslední době přešlo k náhradě dosud obvyklého dvojčinného souměrného modulátoru třídy B, osazeného dvěma vysokovýkonovými elektronkami, spínacím zesilovačem s polovodičovými prvky, který bud pracuje s pulsovou šířkovou modulací, jak je popsáno např. ve spise EP-B1 0 025 234, nebo je vytvořen jako tak zvaný pulsový stupňový modulátor, jak je popsáno v časopise Brown Boveri Technik č. 5, (1985, str. 235 až 240).

V obou případech se zesílení výkonu nízkofrekvenčního vstupního signálu, nezbytné pro modulaci, už neprovádí lineárním zesilovačem, nýbrž časově řízeným připojováním a odpojováním spínacích stupňů s konstantním výstupním napětím. Zesílený analogový signál se pak získává dolní propustí, zapojenou na výstupu spínacího zesilovače.

O modulátoru pro pulsovou šířkovou modulaci se v důsledku konečných dob sepnutí použitých spínacích prvků, např. tyristorů, nedá jít pod minimální šířku šířkově modulovaných pulsů. To má za následek, že při 100 iní modulaci, tedy při m = 1, se nedá v modulační prohlubni, tedy v minimu nízkofrekvenčního vstupního signálu, dosáhnout požadované nulové hodnoty vysokofrekvenčního výstupního výkonu, protože spínací zesilovač dodává do vysokofrekvenčního stupně nimimální modulační výkon, pod který nelze jít. Takové promodulování na 100 % se tedy nedá při tomto druhu modulátoru dosáhnout.

Stejné úvahy platí i pro pulsový stupňový modulátor, protože u něho se kromě hrubé stupňové aproximace žádaného průběhu výstupního napětí pomocí spínacích stupňů, jejichž počet je např. 32, provádí ještě jemná aproximace pomocí superponované pulsové šířkové modulace.

Účelem vynálezu je vytvořit amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač tak, aby měl výhody dosažitelné modulátorem ve tvaru spínacího zesilovače a současně se dal stoprocentně promodulovat.

Vynález řeší tuto úlohu a jeho podstata spočívá v tom, že k realizaci 100 %ní modulace i v modulačních prohlubních jsou upraveny prostředky, kterými lze spojitě dosáhnout řízením nosného signálu podle nízkofrekvenčního vstupního signálu v modulační prohlubni nulové hodnoty vysokofrekvenčního výstupního napětí, vysílaného vysokofrekvenčním koncovým stupněm.

Jádro vynálezu leží tedy v tom, že přídavně k známé modulaci anodového napětí pro elektronku koncového stupně se v modulačních prohlubních při přibližně 100 %ní modulaci moduluje ještě nosný signál, aby se tak nastavila přes řídicí mřížky koncové elektronky nulová hodnota vysokofrekvenčního výstupního napětí.

Tato přídavná modulace nosného signálu se s výhodou provádí přídavným modulátorem, který je zapojen ve vysokofrekvenčním obv.odu přímo za zdrojem nosného' kmitočtu.

CS 272 229 B2

Nízkofrekvenční vstupní signál pro řízení přídavného modulátoru se s výhodou odebírá přímo ze vstupu hlavního modulátoru a vede se do přídavného modulátoru přes zpoždovací obvod, který vyrovnává dobu průchodu signálu hlavním modulátorem.

Obzvláště výhodné je zapojit mezi zpoždovaci obvod a přídavný modulátor korekční obvod, který vyrovnává nelinearity zejména vysokofrekvenčního koncového stupně a přídavného modulátoru a udává pro přídavnou modulaci nosného signálu v přídavném modulátoru bod nasazení, kdy tato modulace začíná.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení znázorněnými na výkrese, kde značí obr. 1 principiální zapojení známého pulsového stupňového modulátoru, obr. 2 výstupní napětí modulátoru z obr. 1 se stupňovitou aproximací příkladného průběhu signálu, obr. 3 schéma pulsové šířkové modulace ve spínacím zesilovači, obr. 4 příklad modulovaného vysokofrekvenčního výstupního napětí s modulační prohlubní, obr. 5 blokové schéma výhodného provedeni rozhlasového vysílače podle vynálezu, obr. 6 podrobné schéma vyzkoušeného provedení přídavného modulátoru a korekčního obvodu z obr. 5 a obr. 7 podrobné schéma vyzkoušeného zapojení zpoždovaoího obvodu podle obr. 5.

Následující popis vychází bez omezení obecné platnosti z příkladu rozhlasového vysílače s pulsovým stupňovým modulátorem. Schéma takového modulátoru, jak je popsán v citovaném časopise, je zakresleno na obr, 1. Ústřední částí modulátoru je spínací zesilovač, který sestává z většího počtu stejných spínacích stupňů J_.

Každý spínací stupeň má přibližně konstantní výstupní napětí U_g, které udává výšku stupňů při aproximaci spojitého signálu, jak ukazuje obr. 2. K vytvoření tohoto výstupního napětí υθ je každý spínací stupeň T_ připojen k vlastnímu sekundárnímu vinutí sítového transformátoru _1_, jehož primární strana je připojena např. k síti středního napětí 3 až 24 kV.

Střídavé napětí každého sekundárního vinutí se v každém spínacím zesilovači _7 usměrňuje usměrňovačem_8_a vyhlazuje kombinací vyhlazovací tlumivky 9 a kondenzátoru Pomocí vhodných přepínačů _3 na výstupu se mohou spínací stupně J_ postupně zapojovat do série nebo odpojovat.Řízení přepínačů j. podle nízkofrekvenčního vstupního signálu, přiváděného na nízkofrekvenční vstup 10, provádí řídicí obvod 4 přes světlovody 5.

Součtové výstupní napětí U_g spínacích stupňů, zapojených do série, se vedou do dolní propusti ze které se odvádí spojitý analogový signál v zesíleném tvaru. Stupňové napětí před dolní propusti 6 a vyhlazené výstupní napětí U_A za dolní propustí _6_ jsou znázorněna na obr. 2 příkladným průběhem. Výstupní napětí U_A kolísá v tomto případě kolem střední hodnoty 14 kV.

V rozhlasovém vysílači známého druhu, jehož blokové schéma je patrné z obr. 5, pokud se vynechají funkční bloky označené šrafováním, je spínací zesilovač podle obr. 1 zapojen jako hlavní modulátor 12 s dolní propustí _6, která je umístěna za ním. Výstupní napětí U_A slouží jako modulované anodové napětí pro koncovou elektronku 13 následujícího vysokofrekvenčního stupně 14, zpravidla pro vysokovýkonnou tetrodu.

Nosný kmitočet, jehož amplituda se má modulovat nízkofrekvenčním vstupním signálem, přichází ze zdroje 11 nosného kmitočtu, tedy z oscilátoru nebo kmitočtové ústředny. Nosný signál ze zdroje 11 se dráhou znázorněnou přerušovanou čarou vede do předřazeného budicího stupně 20 a zesiluje se ve vysokofrekvenčním budicím stupni 19 a zavádí se na řídicí mřížku koncové elektronky 13 ve vysokofrekvenčním koncovém stupni 14.

Předřazený budicí stupeň je zpravidla vytvořen jako širokopásmový tranzistorový zesilovač a vysokofrekvenční budicí stupeň je obvykle osazen budicí elektronkou. Společně se zdrojem 11 nosného kmitočtu a s vysokofrekvenčním koncovým stupněm 14 tvoří vysokofrekvenční obvod, jehož zapojení lze seznat například.z časopisu Brown Boverí Mitt.

5/6, 1983, str. 235 - 240.

♦5

CS 272 229 B2 fc>

Jak bylo-uvedeno, nutí poměrně malý počet spínacích stupňů ve spínacím zesilovači, např. 32, k tomu, aby se jemná aproximace spojitého signálu prováděla přídavnou pulsovou šířkovou modulací , aby vznikl hladký průběh. Alespoň jeden ze spínacích stupňů_7 v sériovém zapojení vysílá proto pulsy podle obr. 3, které mají periodu T a proměnlivou šířku, jak naznačuje dvojitá šipka. Při takovém provozu s pulsovou šířkovou modulací nelze jít v důsledku konečných spínacích dob použitých spínacích prvků pod minimální šířku impulsů naznačenou šrafovane. To znamená, že na rozdíl od idealizovaného případu podle obr.

se při 100 %ní modulaci nedá v modulační prohlubni spojitě vytvořit hodnota U_A - 0.

Na výstupní straně vysílače na anténě 15 je tedy signál podle obr. 4, kde nosný kmitočet TF má obálku E, která v minimu nesleduje čárkovaně naznačený průběh pro 100 %ní modulaci, nýbrž má konečnou minimální hodnotu E_m· Takový průběh však znamená totéž jako přídavné zkreslení, takže se dosud u vysílačů podle stavu techniky nemohlo modulovat na 100 %, nýbrž pouze do takové hloubky, aby v prohlubních modulace byla minimální hodnota E_m obálky.

Aby se mohl zachovat hlavní modulátor 12 ve tvaru spínacího zesilovače se všemi svými výhodami beze změn a přesto umožnit 100 %ní promodulování, se podle vynálezu v kritických místech modulačních prohlubní, když obálka nabyde minimální hodnoty E_m, přídavně nosný signál ve vysokofrekvenčním obvodu moduluje, to znamená silně zeslabí. Tímto způsobem lze přes řídicí mřížku koncové elektronky 13 vysokofekvenční výstupní signál v modulační prohlubni dál snížit, třebaže anodové napětí zůstává na minimální hodnotě a konstantní. Kombinovaná modulace přes anodové napětí a přes nosný signál umožňuje tedy 100 %ní modulaci bez jakýchkoliv nevýhod.

Pro přídavnou modulaci slouží ve výhodném provedení podle obr. 5 přídavný modulátor 18, zapojený ve vysokofekvenčním obvodu přímo za zdrojem 11. Přerušovaně naznačené vedení v tomto případě odpadá.

Nízkofrekvenční signál pro řízení střídavého modulátoru 18 se odebírá přímo na vstupu hlavního modulátoru 12, tedy za vstupními filtry, které jsou případně na nízkofrekvenčním vstupu 10. Protože hlavní modulátor 12 má poměrně dlouhou dobu průchodu signálu, avšak obě modulace musejí být vzájemně časově sladěné, musí být před přídavným modulátorem _8_zapojen zpoždovací obvod 16, který vyrovnává dobu průchodu signálu hlavním modulátorem 12, zejména při vyšších modulačních kmitočtech.

Kromě zpoždění ve zpožďovacím obodu 16 se musí nízkofrekvenční signál předběžně korigovat v korekčním obvodu 17, a to pro nelinearitu vysokofekvenčního koncového stupně 14 a přídavného modulátoru 18, pro okamžik nasazení přídavné modulace teprve v oblasti vysokého stupně modulace, pro minimální vliv na mřížkový proud I konoové elektronky 13 a k potlačení přídavného vedlejšího vyzařování ve vysokofrekvenčním spektru.

Podobné zapojení vyzkoušeného provedení přídavného modulátoru 18 a korekčního obvodu 17 je znázorněno na obr. 6.

Vlastní přídavný modulátor 18 sestává z dvoustupňového řízeného zeslabovače s dvojitým tranzistorem T3, T4 řízeným polem, za kterým následuje impedanční měnič s tranzistorem T5, aby se zabránilo nedefinovatelnému zatížení zeslabovače následujícím předřazeným budicím stupněm 20.

Korekční obvod 17 je zapojen jako nelineární zesilovač s operačními zesilovači VI až V4. V důsledku uvedených důvodů se pro přídavnou modulaci nosného signálu využívá pouze poměrně úzkých záporných špiček, avšak bez jakýchkoli nespojitých přechodů.

Za předpokladu sinusového průběhu modulačního signálu, např. podle obr. 4, se horní část sinusové vlny silně stlačí nelineárním odporem diod D5 až D8.

Tvar záporných špiček se dá ovlivnit adicí ještě užších sinusových špiček, které se získávají diodami Dl, D2 a operačním zesilovačem V2 a jejichž amplitudu lze nastavovat potenciometrem P3. Tím se zlepší činitel zkreslení při 100 %ní modulaci.

CS 272 229 B2 4

Tranzistory Tl, T2 a elektroluminiscenční dioda LED tvoří indikační obvod. Elektroluminiscenční dioda se rozsvítí při dosažení 100 %ní modulace, protože je vybuzena při každém modulačním vrcholu monostabilním multivibrátorem, tvořeným tranzistory Tl a T2, s dostatečnou dobou sepnutí. Tento indikační obvod slouží především jako pomůcka k nastavení.

Potenciometrem Pl se nastavuje vstupní úroveň nízkofrekvenčního signálu a potenciometrem P2 požadovaný okamžik nasazení přídavné modulace. K přizpůsobení modulační charakteristice tranzistorů T3, T4 a tedy k dosažení požadovaného tvaru obálky slouží potenciometry P4 a P5. Přídavný modulátor 18 má kmitočtový rozsah až do 30 MHz.

Podrobné schéma vyzkoušeného provedení zpoždovacího obvodu 16 je na obr. 7. Protože klasické zpoždovací vedení je pro potřebné doby průchodu a pro nízkofrekvenční obor příliš složité, je zpoždovací obvod 16 v obr. 7 vytvořen jako třístupňová aktivní dolní propust, kombinovaná s nastavitelným vyrovnávaČem fáze.

Tři stupně dolní propusti jsou realizovány operačními zesilovači V5 až V7. Poteniometrem P6 lze podle potřeby korigovat průběh amplitud při vyšších frekvencích a potenciometrem P7 se nastavuje koincidence mezi hlavním modulátorem a přídavným modulátorem při kmitočtu asi 4 kHz. Zpožďovacím obvodem 16 podle obr. 7 se dosahuje požadované zpoždění v kmitočtovém rozmezí od 50 Hz do 5 kHz.

Jako operační zesilovače Vl až V8, tranzistory Tl až T6, diody Dl až D8, odpory Rl až R42, kondenzátory Cl až C23 a potenciometry Pl až P7 v obvodech podle obr. 6 a 7 lze použít běžných součástek, které jsou na trhu a mají vhodné dimenze.

Vynález tedy umožňuje realizovat amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač, který má výhodu modulace pomocí spínacího zesilovače a současně se dá promodulovat až do 100%.

Claims (5)

1. PPŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač,' zahrnující vysokofrekvenční koncový stupeň se dvěma vstupy a výstupem, obsahující nejméně jednu koncovou elektronku, dále nízkofrekvenční vstup, dolní propust, jejíž výstup je spojen s jedním vstupem vysokofrekvenčního koncového stupně, hlavní modulátor ve· tvaru spínacího zesilovače, který je připojen svým vstupem k nízkofrekvenčnímu vstupu a svým výstupem ke vstupu dolní propusti, a zdroj nosného kmitočtu, který je přes vysokofrekvenční budicí stupeň v činném spojení se druhým vstupem vysokofrekvenčního koncového stupně, vyznačený tím, že mezi zdrojem (11) nosného kmitočtu a vysokofrekvenčním budicím stupněm (19) je zapojen přídavný modulátor (18), jehož modulační vstup je v činném spojení s nízkofrekvenčním vstupem (10).
2. 2. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač podle bodu 1, vyznačený tim, že přídavný modulátor (18) je vytvořen jako dvoustupňový řiditelný zeslabovačsdvojitým tranzistorem (Tj, T₄) řízeným polem a za ním zapojeným impedančním měničem.

   0. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač podle bodu 2, vyznačený tím, že mezi modulačním vstupem přídavného modulátoru (18) a nízkofrekvenčním vstupem (10) je zapojen zpoždovací obvod (16).

   CS 272 229 B2
3. 4. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač podle bodu 3, vyznačený tím, že zpoždo- vací obvod (IS) sestává z kombinace třístupňové aktivní dolní propusti a nastavitelného vyrovnávače fáze.
4. 5. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač podle bodu 4, vyznačený tím, že mezi zpoždovaoím obvodem (16) a modulačním vstupem přídavného modulátoru (18) je zapojen korekční obvod (17).
5. 6. Amplitudově modulovaný rozhlasový vysílač podle bodu 5, vyznačený tím, že korekční obvod (17) je tvořen nelineárním zesilovačem.