DE2148640B2 - Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignale - Google Patents
Leistungsverstärkerschaltung für amplitudenmodulierte HochfrequenzsignaleInfo
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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 Vd=Va-Vm, wobei VA die Stromversorgungsspannung
ist.
Bei einem amplitudenmodulierten Eingangssigna!
nimmt VA einen veränderlichen V-'srt Vn, an, der von
dem Modulations-Pegel abhängt, d. h. von dem Augenblickswert des Hüllkurvensignals des Eingangssignals
der Verstärkerschaltung. Die Spannung VA 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 VD und daher mit
einem optimalen Wirkungsgrad zu arbeiten, was dadurch erreicht wird, daß die feste Stromversorgungssnannung
durch eine veränderliche Spannung Va ersetzt
wird, die in folgender Weise von Vn, abhängt:
" V,= Vn,+ Vn
Dieses Ergebnis wird auf folgende Weise erhalten: Da der Verstärker 3 linear ist, entspricht jeder
Spitzenspannung V,„ eine Ausgangsleistung P, und eine
M> Eingangsleistung Pn für die gilt:
£' = C und Vn, = 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 Pe proportional ist, nämlich:
und der Spitzenwertdetelctor liefert einen Spitzenstrom:
Im=Ki fPe
Dabei sind Ki und Kj konstante Koeffizienten.
Der Hilfsverstärker 7 liefert eine Spannung V3:
Der Hilfsverstärker 7 liefert eine Spannung V3:
V3=Ka In,+ Va
worin Vc, eine konstante Spannung ist.
Daraus folgt:
Daraus folgt:
V1=K^Ki [Pe+Vc,
Wenn dem Koeffizient Ka ein solcher Wen erteilt wird,
daß gilt:
und wenn Vn= Vo gemacht wird, erhält man:
Vä=Kt [G ■ Pe+ Vd= K, ! P5+ Vn
Man erhält also tatsächlich:
Vä=Kt [G ■ Pe+ Vd= K, ! P5+ Vn
Man erhält also tatsächlich:
Va= Vn,+ VD
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 — Vm die zu der Ausgangsspann
..ng V1 des Verstärkers 7 addiert wird, damit
die Restspannung V3- Vn,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 Va zuzuführen und Va 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 (5)
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.
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