DE2148640A1

DE2148640A1 - Leistungsverstaerkerschaltung fuer amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale

Info

Publication number: DE2148640A1
Application number: DE19712148640
Authority: DE
Inventors: Pierre Le Seigneur
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1327132A; AU3440671A; DE2148640B2; US3720880A; FR2109336A5; NL7113693A

Description

Unser Zeichen: T 1086

THOMSON-CSF

101, Bä.Murat

75 Paris 16eme, Prankreich

Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte -> Hochfrequenzsignale .

Die Erfindung bezieht sich auf Transistor-Leistungsverstärkerschaltungen für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale, insbesondere für die Verwendung in Einseitenbandsendern.

Bekanntlich ist der Wirkungsgrad dieser Schaltungen gering, vor allem wegen der guten Linearität, die von ihnen bis zu der maximalen modulierten Leistung gefordert wird, und weil mit den üblicherweise verwendeten Modu .-lationssignalen, beispielsweise den Sprachsignalen, diese maximale modulierte Leistung nur während eines kleinen Prozentsatzes der Zeit erreicht wird.

Die Erfahrung zeigt, daß die dann erhaltene mittlere Leistung nur etwa 1/1O der maximalen Leistung beträgt, und daß der praktische Wirkungsgrad fclein ist, nämlich in der GrößenOrdnung von 20% liegt.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils.

Lei/Ba

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Nach der Erfindung ist eine Leistungsverstärkerschaltung . für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale mit einem linearen Transistorverstärker gekennzeichnet durch eine Anordnung, die zu dem Tranaistor verstärker eine Stromversorgungsspannung liefert, die eine lineare Funktion des Augenblickswerts des Hüll kurve ns ignals seines Eingangssignals ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt das Prinzipschaltbild einer Leistungsverstärkerschaltung nach der Erfindung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltung wird das zu verstärkende Signal dem Eingang 1 eines Richtkopplers zugeführt. Ein Ausgang 10 dieses Richtkopplers ist mit dem Signaleingang 11 eines symmetrischen Transistorverstärkers 3 verbunden, der im AB-Betrieb arbeitet; der Ausgang 4 dieses Verstärkers bildet den Ausgang der Schaltung. Ein Bruchteil des Eingangs signals des Richtkopplers 2 wird über einen Ausgang 5 dieses Richtkopplers dem Eingang eines Spitzenwertdetektors 6 zugeführt. Der Ausgarigsstrom dieses Detektors wird dem Signaleingang eines Hilfsvecstärkers 7 mit veränderlicher Verstärkung zugeführt, dessen Ausgang W mit dem Stromversorgungseingang 8 des Verstärkers 3

verbunden ist. Eine Regelschleife, die eine später beschriebene Schaltung 20 enthält, verbindet den Ausgang des Verstärkers 7 mit ainem Verstärkungssteuereingang 13.

Der Verstärker 3 ist die Leistungsstufe einer linearen Hochfrequenzverstärkeranordnung klassischer Art; er arbeitet im symmetrischen AB-Betrieb mit zwei Transistoren oder awei Gruppen von mehreren »parallelgeschalteten Transistoren, die in symmetrischer Emitterschaltung

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geschaltet sind.

Bei den bekannten Verstärkern dieser Art arbeiten die Leistungsstufen mit konstanter Stromversorgungsspannung. Wenn der Signaleingang des Verstärkers eine nichtmodulierte Sinusschwingung wäre, hätte die Spitzenspannung an den Kollektoren der Transistoren bei jeder Halbschwingung des HP-Signals dann einen konstanten Wert Y^₁ und in gleicher Weise auch die Restspannung V^ = V. - V„, wobei V^ die S tromversorgungs spannung ist.

Bei einem amplitudenmodulierten Eingangssignal nimmt V^ einen veränderlichen Wert V an, der von dem Modulations-

abhängt, d.h. von dem Augenblickswert des Hüllkurvensignals des EingangsSignaIs der Verstärkerschaltung. Die Spannung V^ muß so bemessen sein, daß sie die Maxima des' Modulations signals deckt, und die Restspannung, die eine Ursache für den geringen Wirkungsgrad ist, nimmt einen veränderlichen Wert V^ an, der für die meiste Zeit nutzlos groß ist.

Die beschriebene Schaltung macht es möglich, mit einer konstanten Restspannung V^ und daher mit einem optimalen Wirkungsgrad zu arbeiten, was dadurch erreicht wird, daß die feste Stromversorgungsspannung durch eine veränderliche Spannung V ersetzt wird, die in folgender Weise von V abhängt:

Dieses Ergebnis wird auf folgende Weise erhalten:

Da der Verstärker 3 linear ist, entspricht jeder Spitzenspannung V_m eine Ausgangsleistung P_a und eine Eingangs-

J] ö

leistung P , für die gilt:

¹S = G aid V= K₁ \ Ρ_σ ψ- m 1 \| s

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Darin ist K₁ ein Parameter, der von der von den Leistungstransistoren aus gesehenen Lastimpedanz abhängt.

Der Richtkoppler 2 liefert einen Strom I, der dem Wert Up ' proportional ist, nämlich :

und der Spitzenwertdetektor liefert einen Spitzenstrom:

Dabei sind K₂ und K, konstante Koeffizienten.

Der Hilfsverstärker 7 liefert eine Spannung V_

el

- h ^l* ^{+ T}ot

worin 7_ß^ eine konstante Spannung ist, Daraus folgt:

Wenn dem Koeffizient K. ein solcher Wert erteilt W wird , ifeß gilt:

and wenn ?_ct = V_D gemacht wird, erhält man :

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Man erhält also tatsächlich :

In der Praxis müssen die Änderungen des Verstärkungsfaktors G der Transistoren des Verstärkers 3 in Abhängigkeit von der Frequenz des die Information tragenden Hochfrequenzsignals oder von Änderungen der Umgebungstemperatur der Transistoren berücksichtigt werden.

Dies ist der Zweck der Regelschleife, welche die Schaltung enthält, und deren Eingang 21 an einen Hilfsausgang 9 des Verstärkers" 3, und deren. Eingang 22 an den Ausgang des Verstärkers angesjhlossen sind.

Die Schaltung 20 liefert mit Hilfe eines Spitzenwertdetektors, der von dem an dem Kollektor eines Transistors des Verstärkers 3·angeschlossenen Eingang 21 gespeist wird, die Spannung -V , die zu der Ausgangsspannung V des Verstärkers 7 addiert wird, damit die Restspannung V- V_n, geliefert wird. Diese wird mit ihrem Sollwert V^ verglichen, damit ein Fehlersignal geliefert wird, das vom Ausgang der Schaltung 20 dem Verstärkungssteuereingang 13 des Verstärkers 7 zugeführt wird, so daß dessen Ausgangsspannung auf dem Wert V + V^ gehalten wird·

Die Verbesserung des Wirkungsgrads ist sehr beträchtlich, und die Güte der Verstärkung bleibt im Vergleich zu'der üblichen Betriebsweise unverändert, da die Transistoren des Verstärkers 3 stets in ihrem linearen "Bereich arbeiten.

Es ist zu bemerken, daß es möglich ist, die Eingangsichal tung 2-6 der beschriebenen Schaltung fortzulassen, dem Signaleingang des Hilf sver stärke rs eine konstante Spannung V₀ zuzuführen und V. ausschließlich durch die beschriebene

el

Regelung zu erhalten. Es treten jedoch dann gewisse

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Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilität der Regel-. schleife auf. Diese Schwierigkeiten werden bei der beschriebenen bevorzugten Ausftihrungsform vermieden.

Die Bestandteile der beschriebenen Schaltung können von jeder bekannten Art sein. Hinsichtlich des Hilfsverstärkers wirkt sich jedoch die Ausftihrungsform auf die Anwendung der beschriebenen Anordnung aus.

Bei einem Hilfsverstärker, der direkt üms Analogsignal verstärkt, wird die in der Leistungsstufe nicht verbrauchte Leistung von den Transistoren der Endstufe dieses Analog-" Verstärkers absorbiert. Der Gesamtwirkungsgrad bleibt

natürlich gegenüber der klassischen Schaltung unverändert, aber die Verlustleistung der Transistoren der Hochfrequenz-Leistungsstufe ist sehr viel kleiner, und die Zuverlässigkeit ist verbessert. Eine solche Ausbildung eignet sich insbesondere für Sender großer Leistung (beispielsweise mit mehreren Kilowatt).

Pur Sender mittlerer Leistung kann ein Hilfsverstärker verwendet werden, der im D-Betrieb arbeitet (d.h. abwechselnd im gesperrten Zustand und im gesättigten Zustand arbeitet), dem eine Schaltungzur Umwandlung des Analog- h signals in dauermodulierte Impulse vorgeschaltet 1st, und

dem ein die ent^gengesetste Umwandlung vornehmender. Umsetzer nach ge sch alt et ist.

Der Wirkungsgrad eines solchen lerstärkers kann in der Größenordnung von 90$ liegen, so daß der Gesamtwirkungs-. . grad etwa doppelt so groß, wie bei der entsprechenden klassischen Schaltung ist. Man hat daher die Wahl zwischen den folgenden praktischen Vorteilen:

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- Erhöhung der Betriebssicherheit der Transistoren bei gleicher Masse der Kühlradiatoren;

- Verringerung der Masse der Radiatoren und des Volumens der Stromversorgungsschaltung im Pail eines an Bord befindlichen Materials;

- Erhöhung der Unabhängigkeit eines tragbaren Senders bei konstantem Volumen der Energiequelle.

Hate nta η Sprüche

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Claims

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Patentansprüche

Ί·)Leistungsverstärkerschaltung für amplitudemnodulierte Hochfrequenzsignale mit einem linearen Transistorverstärker, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die zu dem Transistorverstärker eine Stromversorgungsspannung liefer-i?, die eine lineare Punktion des Augenblickswerts des Hüllkurvensignals seines Eingangssignals ist.
2. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Koppler, der einen vorbestimmten Bruchteil der Leistung des Eingangssignals abnimmt, einen Spitzenwertdetektor, der den abgenommenen Bruchteil der Leistung empfängt und einen Strom liefert, der dem Augenblickswert der Hüllkurve des diesem Bruchteil der Leistung entsprechenden Signals proportional ist, und einen den Strom verstärkenden Hilfsverstärker.
3. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsverstärker einen veränderlichen Verstärkungsfaktor aufweist, und daß die Anordnung eine Regelschleife en-fchält, die die Differenz zwischen dem Wert des Ausgangssignals des Hilfsverstärkers und dem Augenblickswert des Hüllkurvensignals des Ausgangssignals eines Transistors des Leistungsverstärkers auf einem konstanten Wert hält.
4. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsverstärker direkt den Ausgangsstrom des Spitzenwertdetektors verstärkt.
5. Leistußgsvers-tärkerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsverstärker im D-Betrieb arbeitet, daß ihm ein Wandler vorgeschaltet ist, der

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den Ausgangsstrom des Spitzenwertdetetctors in dauermodulierte Impulse umwandelt, und daß ihm ein Wandler nachgeschaltet ist, der die Ausgangsimpulse des Hilfsverstärkers in ein Analogsignal umwandelt.

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