DE1591042B1 - Arrangement for the automatic regulation of the power loss of a power amplifier - Google Patents
Arrangement for the automatic regulation of the power loss of a power amplifierInfo
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Description
sich die reflektierte Leistung P3; hierdurch kann die 45 in einem von einer Gleichspannungsquelle gespeistenthe reflected power P 3 ; This means that the 45 can be fed from a DC voltage source
Verlustleistung P4 zunehmen und den zulässigen Wert übersteigen. Zum Schütze des Verstärkers unter diesen Bedingungen sieht man bekanntlich Sicherheitsschaltungen vor, die meistens einfach die Speise-Verstärker auftretende Verlustleistung regelt und diese unter einem Höchstwert hält, ein Rechenglied mit einem Ausgang und drei Eingangsklemmen auf, von denen zwei an die Ausgangsklemmen einesPower loss P 4 increase and exceed the permissible value. To protect the amplifier under these conditions, it is well known that safety circuits are provided, which usually simply regulate the power loss occurring in the supply amplifier and keep it below a maximum value, a computing element with one output and three input terminals, two of which are connected to the output terminals
spannung abschalten, wodurch das Gerät geschützt, 50 zwischen den Verstärker und den zugehörigen Bedie übertragung des Signals aber unterbrochen wird; lastungswiderstand geschalteten Reflektometers aneine derartige Unterbrechung kann jedoch schwer- geschlossen sind, wobei die Eingangsgröße an der wiegende Nachteile haben. ersten Eingangsklemme der der Belastung zuge-Switch off the voltage, which protects the device, 50 between the amplifier and the associated control unit transmission of the signal is interrupted; load resistance connected reflectometer Such an interruption can, however, be closed with difficulty, with the input variable at the have major disadvantages. first input terminal of the load assigned
Bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen wird führten Leistung P2 proportional ist, die Eingangsin der Regel das Stehwellenverhältnis zur Ermittlung 55 größe an der zweiten Eingangsklemme der von der der Fehlabstimmung infolge der Änderung des Be- Last reflektierten Leistung P3 proportional ist, dieIn the known safety devices, the output power P 2 is proportional to the input, as a rule, the standing wave ratio for determining the magnitude at the second input terminal, which is proportional to the power P 3 reflected by the mismatch as a result of the change in the load
Eingangsgröße an der dritten Eingangsklemme proportional der von der Gleichspannungsquelle an den Verstärker abgegebenen Leistung P0 ist, das Rechengerät die im Verstärker verbrauchte Leistung P4 nach der Beziehung P4 = P0-P2 + P3 ermittelt, und der Ausgang des Rechengliedes mit dem ersten Eingang eines Schwellwertgliedes mit dem ersten Eingang eines Schwellwertgliedes verbunden ist, das in an sichThe input variable at the third input terminal is proportional to the power P 0 delivered by the DC voltage source to the amplifier, the arithmetic unit determines the power P 4 consumed in the amplifier according to the relationship P 4 = P 0 -P 2 + P 3 , and the output of the arithmetic logic unit with the first input of a threshold value element is connected to the first input of a threshold value element, which in itself
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem 65 bekannter Weise mit dem zweiten Eingang an solchen Fall die durch den Sender aufgenommene eine Bezugsspannungsquelle und mit dem Ausgang Leistung nicht abzuschalten, sondern herabzusetzen, an ein zur Regelung der Verlustleistung des Verum die Verlustleistung unter den Sicherheitswert W stärkers dienendes Regelglied angeschlossen ist.The invention is based on the object in a 6 5 a known manner to the second input to such a case, received by the transmitter a reference voltage source and will not disable the output, but to reduce, to a for controlling the power dissipation of the Verum the power loss among the Safety value W stronger serving control element is connected.
lastungswiderstandes herangezogen. Ein derartiges Kriterium ist jedoch mehr oder weniger willkürlich. Das gleiche Verhältnis stehender Wellen, das zwei verschiedenen Belastungswiderständen entspricht, kann nämlich in dem einen Fall gefährlich und im anderen völlig ungefährlich sein; die Sicherheitsvorrichtung tritt dann in einem Fall in Tätigkeit, in dem dies überhaupt nicht erforderlich ist.load resistance used. However, such a criterion is more or less arbitrary. The same ratio of standing waves, which corresponds to two different load resistances, namely, it can be dangerous in one case and completely harmless in the other; the safety device then takes action in a case in which this is not necessary at all.
Nach einer Ausführungsmöglichkeit des Gegenstandes der Erfindung beeinflußt das Regelglied den Erregungspegel des Leistungsverstärkers.According to one possible embodiment of the subject matter of the invention, the control element influences the Power amplifier excitation level.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Fall, in dem die Spannungsquelle eine stabilisierte Ausgangsgleichspannung liefert, der Leistungsmeßkreis durch einen Strommeßkreis ersetzt, der aus einem in die Masseschlußrückleitung der Gleichspannungsquelle zwischengeschalteten schwachen Widerstand besteht, dessen der Masse entgegengesetzte Klemme am dritten Eingang des Rechengliedes liegt.According to a development of the invention, in the case in which the voltage source is a stabilized Output DC voltage supplies, the power measuring circuit replaced by a current measuring circuit, which from a weak one interposed in the ground return line of the DC voltage source There is resistance, the terminal of which is opposite to ground at the third input of the arithmetic unit lies.
Nach noch einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird das einzige Rechenglied durch zwei in Kaskade geschaltete Differentialverstärker gebildet, von denen der erste an seinen Eingängen die von dem Reflektometer ausgesandten Signale und deren zweiter an seinen Eingängen das Ausgangssignal des ersten Differentialverstärkers und das Leistungsmeßsignal . empfängt.According to yet another development of the invention, the single arithmetic element is separated by two in Cascade-connected differential amplifier formed, of which the first at its inputs those of the Reflectometer emitted signals and their second at its inputs the output signal of the first Differential amplifier and the power measurement signal. receives.
Ist die erfindungsgemäße Anordnung mit einem einzigen, in der Technik als Addierstufe bekannten Rechenglied ausgestattet, so erfolgt die Berechnung nach Gleichung (3).Is the inventive arrangement with a single, known in the art as an adder stage Equipped with an arithmetic unit, the calculation is carried out according to equation (3).
Weist die erfindungsgemäße Anordnung zwei in Kaskade geschaltete Differentialverstärker auf, so führt der erste Differentialverstärker eine Berechnung nach der Gleichung (1) und der zweite Differentialverstärker eine Berechnung nach der Gleichung (2). durch. "If the arrangement according to the invention has two differential amplifiers connected in cascade, see the first differential amplifier performs a calculation according to equation (1) and the second differential amplifier a calculation according to equation (2). by. "
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen ist Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung in allgemeiner Form,In the following the invention will be described in detail with reference to the drawings; in these is 1 shows a block diagram of the arrangement according to the invention in general form,
Fig. 2 ein Schaltbild mit Einzelheiten einer besonderen Ausführungsform.Fig. 2 is a circuit diagram showing details of a particular one Embodiment.
In Fig. 1 erregt ein Wechselstromgenerator 11 einen Leistungsverstärker 13 über ein elektronisch gesteuertes, z. B. mit Dioden ausgestattetes regelbares Dämpfungsglied 12. Bei diesem kann es sich um einen elektronisch gesteuerten veränderlichen Erregerverstärker handeln.In Fig. 1, an alternator 11 energizes a power amplifier 13 via an electronically controlled, e.g. B. equipped with diodes adjustable Attenuator 12. This can be an electronically controlled variable exciter amplifier Act.
Der Leistungsverstärker 13 speist einen Belastungswiderstand 15 über ein Reflektometer 14 mit zwei Ausgangsklemmen, die zwei Signale abgeben, d. h. ein Signal p2, das sich mit der vom Verstärker an die Last abgegebenen LeistungP2 ändert, und ein Signalp3, das sich entsprechend der von der Last zum Verstärker reflektierten Leistung P3 ändert.The power amplifier 13 feeds a load resistor 15 via a reflectometer 14 with two output terminals, which emit two signals, ie, a signal p 2, which varies with the output from the amplifier to the load power P 2, and a signal p 3, in accordance with the power P 3 reflected from the load to the amplifier changes.
Der Verstärker 13 wird von einer Gleichstromversorgung 16 gespeist; dieser ist ein Leistungsmesser 17 zugeordnet, der ein der von der Stromversorgung 16 abgegebenen, d. h. vom Verstärker 13 aufgenommenen Dauerleistung P0 proportionales Signal p0 abgibt.The amplifier 13 is fed by a direct current supply 16; a power meter 17 is assigned to this, which emits a signal p 0 proportional to the continuous power P 0 output by the power supply 16, ie consumed by the amplifier 13.
Ein Rechenglied 18 vom Typ einer Addierstufe empfängt an seinen drei Eingängen die Signale p0, p2,P3 und liefert am Ausgang ein Signal p4 = po — p2 + p3, d. h. nach der Gleichung (3), das sich wie die im Verstärker 13 auftretende Verlustleistung P4 ändert. Dieses Rechenglied 18 legt das Signal p4 an den Eingang eines Schwellwertvergleichers 19, der am anderen Eingang einen Bezugswert w empfängt.A computing element 18 of the type of an adder receives the signals p 0 , p 2 , P3 at its three inputs and delivers a signal p 4 = p o − p 2 + p 3 at the output, ie according to equation (3), which is as the power loss P 4 occurring in the amplifier 13 changes. This arithmetic element 18 applies the signal p 4 to the input of a threshold value comparator 19, which receives a reference value w at the other input.
Unter bestimmten Bedingungen kann das Gerät 19 ein Ausgangssignal y liefern, das bei Anlage an das Dämpfungsglied 12 die Erregung des Verstärkers 13 herabsetzt; ein solches Signal y gibt das Gerät 19 ab, wenn das Signal p4 den Bezugswert w übersteigt. Wenn die Verlustleistung P4 im Verstärker also einen Sollwert W übersteigt, wird die Erregung am Eingang des Verstärkers 13 so verringert, daß die Leistung P4 einen neuen Wert annimmt, der niedriger als oder gleich W ist.Under certain conditions, the device 19 can deliver an output signal y which, when applied to the attenuator 12, reduces the excitation of the amplifier 13; Such a signal y is emitted by the device 19 when the signal p 4 exceeds the reference value w. If the power loss P 4 in the amplifier thus exceeds a desired value W , the excitation at the input of the amplifier 13 is reduced so that the power P 4 assumes a new value which is lower than or equal to W.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anwendung der Erfindung auf einen Sender mit einem Steueroszillator 21 und einem Modulator 22, der an einem Eingang den Ausgangsstrom des Oszillators und am anderen Eingang beispielsweise den von einem Mikrophon 22 a gelieferten Strom empfängt·. Der modulierte Hochfrequenzstrom wird in einem regelbaren Vorverstärker 23 verstärkt, der einen Leistungsverstärker 24 (Kl. AB, Kl. B oder Kl. C) erregt, dessen Ausgangskreis an eine Antenne 27 über einen Abstimm- und Anpaßkreis 25 angeschlossen ist. Zwischen den Abstimm- und Anpaßkreis 25 und die Antenne 27 istein Reflektometer 26 geschaltet, das über einen Ausgang ein Signal p2 und über einen anderen Ausgang ein Signal p3 abgibt, wobei p2 und p3 die gleiche Bedeutung wie oben angegeben haben. • Der Verstärker 24 wird über zwei mit (—) und (+) bezeichnete Klemmen von einer konstanten Gleichspannungsquelle 30 gespeist, deren negative Klemme 31 über einen schwachen Widerstand R1 an Masse und deren positive Klemme 32 an der positiven Klemme des Verstärkers 24 liegt. Der Spannungsabfall V an diesem Widerstand ist dem durch diesen hindurchfließenden Strom, d. h. der vom Verstärker 24 aufgenommenen Leistung P0 proportional. Ein erster Differentialverstärker 28 empfängt an seinen beiden Eingängen die Signale p2 und p3 und liefert über seinen Ausgang ein Signal pu das gleich der Differenz von p2 — p3 ist. Dieses Signal ^1 ändert sich nach der Gleichung (1) entsprechend der tatsächlich der Last zugeführten Leistung P1.2 shows schematically the application of the invention to a transmitter with a control oscillator 21 and a modulator 22 which receives the output current of the oscillator at one input and the current supplied by a microphone 22a, for example, at the other input. The modulated high-frequency current is amplified in a controllable preamplifier 23 which excites a power amplifier 24 (Kl. AB, Kl. B or Kl. C), the output circuit of which is connected to an antenna 27 via a tuning and matching circuit 25. A reflectometer 26 is connected between the tuning and matching circuit 25 and the antenna 27 and emits a signal p 2 via one output and a signal p 3 via another output, p 2 and p 3 having the same meaning as given above. The amplifier 24 is fed via two terminals marked (-) and (+) from a constant DC voltage source 30, the negative terminal 31 of which is connected to ground via a weak resistor R 1 and the positive terminal 32 of which is connected to the positive terminal of the amplifier 24. The voltage drop V across this resistor is proportional to the current flowing through it, ie the power P 0 consumed by the amplifier 24. A first differential amplifier 28 receives the signals p 2 and p 3 at its two inputs and delivers a signal p u via its output which is equal to the difference between p 2 -p 3 . This signal ^ 1 changes according to equation (1) according to the power P 1 actually supplied to the load.
Ein zweiter Differentialverstärker 29 empfängt an einem Eingang das Signal P1 und an einem anderen Eingang das Signal p0, das proportional der von der Gleichspannungsquelle 30 an den Verstärker 24 abgegebenen Leistung P0 ist. Dieser zweite Verstärker liefert über seinen Ausgang eine dem Signal p4 gleichwertige Spannung U1, die proportional der Verlustleistung P4 ist.A second differential amplifier 29 receives the signal P 1 at one input and the signal p 0 at another input, which signal is proportional to the power P 0 delivered by the DC voltage source 30 to the amplifier 24. This second amplifier supplies via its output a voltage U 1 which is equivalent to the signal p 4 and which is proportional to the power loss P 4 .
Eine eine Bezugsspannung abgebende Batterie 40 liegt mit ihrer positiven Klemme 41 an Masse und mit ihrer negativen Klemme 42 über einen Widerstand Jl2 an einer Klemme 23 a, über die die Verstärkung des Vorverstärkers 23 gesteuert wird. An der Klemme 23a liegt eine Spannung U2. Zwischen die Klemme 23 a und den Ausgang des Verstärkers 29 ist eine Diode 50 geschaltet, deren Kathode über einen Ausgangskreis des Verstärkers 29 an Masse liegt. Die am Ausgang des Verstärkers 29 abgegriffene Spannung U1 ist wie erwähnt gleich dem Signal p4 der Pig. I.A battery 40 emitting a reference voltage has its positive terminal 41 connected to ground and its negative terminal 42 via a resistor Jl 2 to a terminal 23 a, via which the gain of the preamplifier 23 is controlled. A voltage U 2 is applied to terminal 23a. A diode 50 is connected between the terminal 23 a and the output of the amplifier 29, the cathode of which is connected to ground via an output circuit of the amplifier 29. The voltage U 1 tapped at the output of the amplifier 29 is, as mentioned, equal to the signal p 4 of the Pig. I.
Bei einem unter einem bestimmten Schwellwert liegenden absoluten Wert der negativen Spannung U1 ist IZ1 kleiner als U2. Die Diode 50 ist umgekehrt vorgespannt, sie leitet nicht, und die Spannung U2 ist gleich U0, denn im Widerstand R2 fließt kein Strom. Wenn U1 einen festen Wert übersteigt, d. h. bei einer über dem Schwellwert liegenden Verlustleistung P4, wird U1 größer als U2, und die Diode 50 wird unter Berücksichtigung ihrer Restspannung durchlässig. Infolge des durch den Widerstand R2 fließenden Stroms J wird somit die Spannung U2 an U1 angeglichen. Die Spannung U2 wird also höher negativ; hieraus folgt ein Absinken der Verstärkung des Vorverstärkers 23,If the absolute value of the negative voltage U 1 is below a certain threshold value, IZ 1 is less than U 2 . The diode 50 is reverse biased, it does not conduct, and the voltage U 2 is equal to U 0 , because no current flows in the resistor R 2. If U 1 exceeds a fixed value, ie if the power loss P 4 is above the threshold value, U 1 becomes greater than U 2 , and the diode 50 becomes conductive, taking into account its residual voltage. As a result of the current J flowing through the resistor R 2 , the voltage U 2 is thus matched to U 1. The voltage U 2 is thus higher negative; this results in a decrease in the gain of the preamplifier 23,
eine Verminderung der Erregung des Leistungsverstärkers und eine Verringerung der Verlustleistung dieses Verstärkers. Die Abgabe erfolgt weiter auf einem niedrigeren Pegel, und die gewünschte Wirkung ist erreicht.a reduction in the excitation of the power amplifier and a reduction in the power dissipation of this amplifier. The delivery continues on a lower level and the desired effect is achieved.
Zur besseren Veranschaufichung der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bekannten Anordnungen sind in folgender Tabelle die Werte verschiedener, an einem in Betrieb befindlichen Sender gemessener Parameter angegeben.To better illustrate the advantages of the arrangement according to the invention over known ones The following table shows the values for various arrangements on a transmitter that is in operation measured parameter indicated.
IO Mit S ist das Stehwellenverhältnis bezeichnet; dieses ist gleich , wobei r = \l~p~ ist. G ist die IO The standing wave ratio is denoted by S; this is the same, where r = \ l ~ p ~ . G is the
Verstärkung des Vorverstärkers. Die nicht zu überschreitende Verlustleistung ist W = 1500 W.Amplification of the preamplifier. The power loss that must not be exceeded is W = 1500 W.
Vier Betriebsarten a), b), c), d) werden genannt. Die Leistung ist in W, die Spannung in V und die Verstärkung in db angegeben.Four operating modes a), b), c), d) are mentioned. The power is in W, the voltage in V and the Gain specified in db.
a) Nennbetrieb, Die Antenne ist angepaßt, das Stehwellenverhältnis gleich 1. Die Diode 50 ist umgekehrt vorgespannt, und die Quellenspannung (U2 = o0 = — 6 V) liegt am Vorverstärker 23, dessen Verstärkung unter diesen Bedingungen 20 db beträgt.a) Nominal operation, the antenna is adapted, the standing wave ratio is 1. The diode 50 is reverse biased, and the source voltage (U 2 = o 0 = -6 V) is applied to the preamplifier 23, the gain of which is 20 db under these conditions.
b) Der Belastungswiderstand nimmt zu. Hieraus entsteht einerseits eine Fehlanpassung, die sich in einer Verringerung der in der Last verbrauchten Leistung P1 von 1000 auf 450 W ausdrückt und darin, daß das Stehwellenverhältnis S gleich 3 wird; * andererseits wird der Gleichstromquelle auf Grund der Krümmung der Kennlinie der Leistungsröhren, deren Spitzenstrom sich verringert, wenn der Belastungswiderstand zunimmt, weniger Leistung P0 entnommen. Die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 29 nimmt den Wert CZi = — 3 V an. Die Diode 50 bleibt gesperrt, und die Verstärkung des Vorverstärkers 23 beträgt 20 db.b) The load resistance increases. On the one hand, this results in a mismatch, which is expressed in a reduction in the power P 1 consumed in the load from 1000 to 450 W and in the standing wave ratio S being equal to 3; * On the other hand, less power P 0 is drawn from the direct current source due to the curvature of the characteristic curve of the power tubes, the peak current of which decreases as the load resistance increases. The output voltage of the differential amplifier 29 assumes the value CZi = -3V. The diode 50 remains blocked and the gain of the preamplifier 23 is 20 db.
c) Man nehme an, die Diode 50 sei vom Verstärker 29 abgetrennt und es erfolge keine Regelung der Sicherheitsleistung. In diesem Fall ist das Stehwellenverhältnis S gleich dem Wert im Fall b); der Belastungswiderstand hat sich jedoch verringert. Infolge der Krümmung der Kennlinie der Leistungsröhren nimmt der Scheitelstrom und damit die Leistung P0 bei einer Verlustleistung P4 von 1740 W einen übermäßigen und gefährlichen Wert an. Gleichzeitig erhält U1 den Wert von —9,5 V; da die Regelschleife jedoch offen ist, erfolgt keine Berichtigung der Verstärkung des Vorverstärkers 23, die weiter 20 db beträgt.c) Assume that the diode 50 has been disconnected from the amplifier 29 and that there is no regulation of the safety performance. In this case, the standing wave ratio S is equal to the value in case b); however, the load resistance has decreased. As a result of the curvature of the characteristic curve of the power tubes, the peak current and thus the power P 0 at a power loss P 4 of 1740 W assumes an excessive and dangerous value. At the same time, U 1 has a value of -9.5 V; however, since the control loop is open, there is no correction of the gain of the preamplifier 23, which is still 20 db.
d) Die Bedingungen für den Belastungswiderstand sind die gleichen wie im Fall c); die Schleife ist jedoch geschlossen. Im abgeglichenen Zustand ist die Ausgangsspannung LT1 des Differentialverstärkers 29 gleich.— 7,7 V; da die Diode 50 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, ergibt sich auf der Anodenseite eine Spannung U2, die sich von IZ1 einzig durch den Wert der Restspannung von 0,7 V unterscheidet. Bei einer Spannung U2 = — 7 V liegt die Verstärkung des Vorverstärkers 23 bei 19 db.d) The conditions for load resistance are the same as in case c); however, the loop is closed. In the balanced state, the output voltage LT 1 of the differential amplifier 29 is equal to 7.7 V; since the diode 50 is forward-biased, there is a voltage U 2 on the anode side, which differs from IZ 1 only by the value of the residual voltage of 0.7 V. At a voltage U 2 = -7 V, the gain of the preamplifier 23 is 19 db.
Eine herkömmliche Regelvorrichtung, die in Abhängigkeit vom Stehwellenverhältnis arbeitet, würde im Fall b), in dem die Röhren bei einer Verlustleistung von 550 W keineswegs gefährdet sind, die Auslösung hervorrufen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dagegen tritt in diesem Fall nicht in Tätigkeit. Sie schützt die Anlage im Fall d) und hält den Sende-A conventional control device that depends on from the standing wave ratio would work in case b), in which the tubes at a power loss of 550 W are in no way endangered, causing tripping. The device according to the invention on the other hand does not take action in this case. It protects the system in case d) and keeps the transmission
60 betrieb bei einer der Antenne zugeführten, verminderten Leistung auf nur 293 W aufrecht. 60 operated with a reduced power supplied to the antenna to only 293 W.
Die Regelung der vom Verstärker aufgenommenen Leistung durch Beeinflussung des Pegels des Erregerstroms ist im allgemeinen von Vorteil; im Rahmen der Erfindung sind jedoch weitere Arten der Regelung möglich, z. B. der Schirmgitterspannung einer Pentode oder Tetrode.The regulation of the power consumed by the amplifier by influencing the level of the excitation current is generally beneficial; However, other types of regulation are within the scope of the invention possible, e.g. B. the screen grid voltage of a pentode or tetrode.
Ferner können Berechnungen digital unter Verwendung eines Digitalgeräts und analog-digitaler Umsetzer vorgenommen werden. Eine derartige Anlage kann bei zentraler überwachung mehrerer Verstärker Vorteile bieten.Furthermore, calculations can be done digitally using a digital device and analog-digital Converters are made. Such a system can with central monitoring of several amplifiers Offer advantages.
Claims (5)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |