DE2148640B2

DE2148640B2 - Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale

Info

Publication number: DE2148640B2
Application number: DE2148640A
Authority: DE
Inventors: Pierre Paris Le Seigneur
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1979-11-15
Also published as: US3720880A; AU3440671A; NL7113693A; DE2148640A1; FR2109336A5; GB1327132A

Description

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 Modulationssignalen, 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 Vio der maximalen Leistung betrügt, und daß der praktische Wirkungsgrad klein ist, nämlich in der Größenordnung von 20% liegt.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils.

Nach der Erfindung ist eine Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale mit einem linearen Transistorverstärker gekennzeichnet durch eine Anordnung, die zu dem Transistorverstärker eine Stromversorgungsspannung liefert, die eine lineare Funktion des Augenblickswerts des Hüllkurvensignals 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 2 zugeführt Ein Ausgang 10 dieses

ίο Richtkopplers ist mit dem Signaleingang il eines symmetrischen Transistorverstärkers 3 verbunden, der im AB-Betrieb arbeitet; der Ausgang 4 dieses Verstärkers bildet den Ausgang der Schaltung. Ein Bruchteil des Eingangssignals des Richtkopplers 2 wird über einen Ausgang 5 dieses Richtkopplers dem Eingang eines Spitzenwertdetektors 6 zugeführt Der Ausgangsstrom dieses Detektors wird dem Signaleingang eines Hilfsverstärkers 7 mit veränderlicher Verstärkung zuführt, dessen Ausgang mit dein Strom-Versorgungseingang 8 des Verstärkers 3 verbunden ist Eine Regelschleife, die eine später beschriebene Schaltung 20 enthält, verbindet den Ausgang des Verstärkers 7 mit seinem Verstärkungssteuereingang 13.

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

J5 bei jeder Halbschwingung des HF-Signals dann einen konstanten Wert Vm, und in gleicher Weise auch die Restspannung V_d=V_a-Vm, wobei V_A die Stromversorgungsspannung ist.

Bei einem amplitudenmodulierten Eingangssigna!

nimmt V_A einen veränderlichen V-'srt V_n, an, der von dem Modulations-Pegel abhängt, d. h. von dem Augenblickswert des Hüllkurvensignals des Eingangssignals der Verstärkerschaltung. Die Spannung V_A muß so bemessen sein, daß sie die Maxima des Modulations-

4> signals deckt, und die Restspannung, die eine Ursache für den geringen Wirkungsgrad ist, nimmt einen verändelichen Wert Vj an, der für die meiste Zeit nutzlos groß ist.

Die beschriebene Schaltung macht es möglich, mit

w einer konstanten Restspannung V_D und daher mit einem optimalen Wirkungsgrad zu arbeiten, was dadurch erreicht wird, daß die feste Stromversorgungssnannung durch eine veränderliche Spannung V_a ersetzt wird, die in folgender Weise von V_n, abhängt:

" V,= V_n,+ V_n

Dieses Ergebnis wird auf folgende Weise erhalten: Da der Verstärker 3 linear ist, entspricht jeder Spitzenspannung V,„ eine Ausgangsleistung P, und eine M> Eingangsleistung P_n für die gilt:

£' = C und V_n, = Zi₁ I P,.

hi Darin ist K\ ein Parameter, der von der von den Leistungstransistoren aus gesehenen Lastimpedanz abhängt.

Der Richtkoppler 2 liefert einen Strom /, der dem

Wert j P_e proportional ist, nämlich:

und der Spitzenwertdetelctor liefert einen Spitzenstrom:

Im=Ki fP_e

Dabei sind Ki und Kj konstante Koeffizienten.
Der Hilfsverstärker 7 liefert eine Spannung V₃:

V₃=Ka I_n,+ V_a

worin V_c, eine konstante Spannung ist.
Daraus folgt:

V₁=K^Ki [P_e+V_c,

Wenn dem Koeffizient Ka ein solcher Wen erteilt wird, daß gilt:

und wenn V_n= Vo gemacht wird, erhält man:
V_ä=Kt [G ■ Pe+ Vd= K, ! P₅+ Vn
Man erhält also tatsächlich:

V_a= V_n,+ V_D

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, weiche die Schaltung 20 enthält, und deren Eingang 21 an einen Hilfsausgang 9 des Verstärkers 3, und deren Eingang 22 an den Ausgang des Verstärkers 7 angeschlossen 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_m die zu der Ausgangsspann ..ng V₁ des Verstärkers 7 addiert wird, damit die Restspannung V₃- V_n,geliefert wird. Diese wird mit ihrem Sollwert Vo 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 Wer·. K₁,+ Vo 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 Eingangsschaltung 2—6 der beschriebenen Schaltung fortzulassen, dem Signaleingang des Hilfsverstärkers eine konstante Spannung V_a zuzuführen und V_a ausschließlich durch die beschriebene Regelung zu erhalten- Es treten jedoch dann gewisse Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilität der Regelschleife auf. Diese Schwierigkeiten werden bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform vermieden.

Die Bestandteile der beschriebenen Schaltung können von jeder bekannten Art sein. Hinsichtlich des Hilfsverstärkers 7 wirkt sich jedoch die Ausführungs-

form auf die Anwendung der beschriebenen Anordnung aus.

Bei einem Hilfsverstärker, der direkt das Analogsignal verstärkt, wird die in der Leistungsstufe nicht verbrauchte Leistung von den Transistoren der Endstufe dieses Analogverstärkers absorbiert. Der Gesamtwirkungsgrad bleibt natürlich gegenüber der klassischen Schaltung unverändert, aber ä\z 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).

Für Sender mittlerer Leistung kann ein Hilfsverstärker verwendet werden, der im D-Betrieb arbeitet (d.h. abwechselnd im gesperrten Zus'and und im gesättigten Zustand arbeitet), dem eine Schaltung zur Umwandlung des Analogsignals in dauermodulierte Impulse vorgeschaltet ist, und dem ein die entgegengesetzte Umwandlung vornehmender Umsetzer nachgeschaltet ist.

Der Wirkungsgrad eines solchen Verstärkers kann in der Größenordnung von 90% liegen, so daß der Gesamtwirkungsgrad etwa doppelt so groß, wie bei der entsprechenden klassischen Schaltung is*. Min hat

4i) daher die Wahl zwischen den folgenden praktischen Vorteilen:

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

4) — Verringerung der Masse der Radiatoren und des Volumens der Stromversorgungsschdltung ,m Fall eines an Bord befindlichen Materials;

— Erhöhung der Unabhängigkeit eines tragbaren Senders bei konstantem Volumen der Energie-

">o quelle.

Hier/u 1 15IiHt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale mit einem linearen Transistorverstärker, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die zu dem Transistorverstärker eine Stromversorgungsspannung liefert, die eine lineare Funktion 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. Leistugsverstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüfs'.'erstlrker einen veränderlichen Verstärkungsfaktor aufweist, und daß die Anordnung eine Regelschleife enthält, die die Differenz zwischen dem Wert des Ausgangssignais des Hilfsverstärkers und dem Augenbliekswert 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. Leistungsverstärxerscha.cung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsverstärker im D-Betrieb arbeitet, caß ihm ein Wandler vorgeschaltet ist, der den Ausgangsstrom des Spitzenwertdetektors in dauermodulierte Impulse umwandelt, und daß ihm ein Wandler nachgeschaltet ist, der die Ausgangsimpulse des Hilfsverstärk'.ers in ein Analogsignal umwandelt.