RU111727U1

RU111727U1 - TRANSISTOR AMPLIFIER POWER OF THE RADIO TRANSMITTER

Info

Publication number: RU111727U1
Application number: RU2011122370/08U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Волков
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2011-12-20

Abstract

Транзисторный усилитель мощности передатчика, состоящий из последовательно соединенных резонансных предоконечного и оконечного усилительных каскадов, а также из резонансного утроителя частоты, отличающийся тем, что в него дополнительно введен параллельный колебательный контур, настроенный в резонанс на третью гармонику входного сигнала, и изменена связь утроителя частоты в результате его подключения параллельно не оконечному, а предоконечному каскаду передатчика, при котором вторичные обмотки их коллекторных контуров включены последовательно относительно перехода база - эмиттер транзистора оконечного каскада, коллекторный контур которого соединен последовательно с введенным контуром третьей гармоники относительно перехода коллектор - эмиттер его транзистора. Transistor power amplifier of the transmitter, consisting of series-connected resonant pre-termination and final amplification stages, as well as a resonant frequency tripler, characterized in that it additionally introduces a parallel oscillatory circuit tuned to resonance to the third harmonic of the input signal, and the coupling of the frequency tripler to the result of its connection is not parallel to the terminal but to the terminal cascade of the transmitter, in which the secondary windings of their collector circuits are switched on It is investigated with respect to the base – emitter transistor of the terminal stage transistor, the collector circuit of which is connected in series with the introduced third harmonic circuit with respect to the collector – emitter junction of its transistor.

Description

Данная полезная модель (ПМ) относится к радиопередающим устройствам коротковолнового (KB) диапазона, оконечным каскадом которого является усилитель мощности.This utility model (PM) relates to short-wave (KB) radio transmitting devices, the end stage of which is a power amplifier.

Известны усилители мощности с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД) за счет третьей гармоники входного сигнала, описанные в источниках:Known power amplifiers with increased efficiency (Efficiency) due to the third harmonic of the input signal, described in the sources:

1. Патент РФ на ПМ №84649. Транзисторный усилитель мощности / А.А.Волков, Г.В.Горелов, А.С.Геннинг, Приоритет от 19.12.2008.1. RF patent for PM No. 84649. Transistor power amplifier / A.A. Volkov, G.V. Gorelov, A.S. Henning, Priority dated 12.19.2008.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. Г.Л.Зейтленка - М. Связь, 1969. - С52.2. Radio transmitting devices / Ed. G.L. Zeitlenka - M. Svyaz, 1969. - С52.

Пор технической сущности наиболее близким к ПМ является усилитель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за ее прототип. Во втором источнике описан аналог ПМ.Since the technical essence, the amplifier closest to PM is the amplifier described in the first source, which for this reason is taken as its prototype. The second source describes an analogue of PM.

Прототип - транзисторный усилитель мощности состоит из оконечного резонансного каскада передатчика и резонансного утроителя частоты, подключенного параллельно к оконечному каскаду, общей нагрузкой которых являются их коллекторные контуры, включенные последовательно. Так как 3-я гармоника утроителя противофазна первой гармонике усилителя, то суммарное напряжение в нагрузке имеет седловидный провал и меньший уровень по сравнению с уровнем первой гармоники, отчего режим усилителя смещается из критического или слабо перенапряженного в недонапряженный режим, где мощность и кпд меньше, чем в исходном режиме. Для возврата в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники, отчего вырастет коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=U_к1/E_к, где Е_к - напряжение источника коллекторного питания, и возрастет кпд усилителя ŋ_к=0,5ξ(α₁/α₀), где α - функция Берга.The prototype - a transistor power amplifier consists of a terminal resonant stage of the transmitter and a resonant frequency tripler connected in parallel to the terminal stage, the common load of which is their collector circuits connected in series. Since the 3rd harmonic of the triplicator is out of phase with the first harmonic of the amplifier, the total voltage in the load has a saddle dip and a lower level compared to the level of the first harmonic, which makes the amplifier mode shift from critical or slightly overstressed to undervoltage mode, where power and efficiency are less than in source mode. To return to the initial mode, it is necessary to increase the amplitude of the first harmonic, which will increase the coefficient of utilization of the collector voltage ξ = U _к1 / E _к , where Е _к is the voltage of the collector power source, and the efficiency of the amplifier will increase ŋ _к = 0,5ξ (α ₁ / α ₀ ), where α is the Berg function.

Так как оконечный каскад передатчика является самым мощным усилительным каскадом передатчика, то и параллельно подключенный к нему утроитель частоты является тоже относительно мощным, увеличивающим общую потребляемую мощность примерно на 30%, что уменьшает кпд передатчикаSince the transmitter end stage is the most powerful transmitter amplifier stage, the frequency tripler connected in parallel with it is also relatively powerful, increasing the total power consumption by about 30%, which reduces the transmitter efficiency

Основным недостатком прототипа является пониженный кпд передатчика из-за относительно высокого потребления мощности утроителем.The main disadvantage of the prototype is the reduced efficiency of the transmitter due to the relatively high power consumption of the triple.

Техническим результатом ПМ является повышение кпд усилителя передатчика за счет дополнительно введенного колебательного контура и новой связи утроителя частоты путем подключения его параллельно не к оконечному, а к предоконечному каскаду передатчика, мощность которого раз в 10 меньше мощности оконечного каскада. Поэтому и утроитель частоты потребляет мощность в 10 раз меньшую, чем в прототипе.The technical result of PM is to increase the efficiency of the transmitter amplifier due to the additionally introduced oscillatory circuit and a new coupling of the frequency tripler by connecting it in parallel not to the terminal but to the terminal stage of the transmitter, whose power is 10 times less than the power of the terminal stage. Therefore, the frequency tripler consumes power 10 times less than in the prototype.

Сущность ПМ состоит в том, что в транзисторный резонансный усилитель мощности передатчика, состоящий из последовательно соединенных резонансных предоконечного и оконечного усилительных каскадов, а так же и из резонансного утроителя частоты, дополнительно введен параллельный колебательный контур, настроенный в резонанс на 3-ю гармонику входного сигнала, и изменена связь утроителя частоты в результате его подключения параллельно не оконечному, а предоконечному каскаду передатчика, при которой вторичные обмотки и их коллекторных контуров включены последовательно относительно перехода база - эмиттер транзистора оконечного каскада, коллекторный контур которого соединен последовательно с введенным контуром 3-й гармоники относительно перехода коллектор - эмиттер его транзистора.The essence of PM consists in the fact that a parallel oscillatory circuit tuned to the 3rd harmonic of the input signal is additionally introduced into the transistor resonant power amplifier of the transmitter, consisting of series-connected resonant pre-termination and terminal amplification stages, as well as a resonant frequency tripler , and the coupling of the frequency tripler was changed as a result of its connection not to the terminal but to the terminal cascade of the transmitter, in which the secondary windings and their collector circuit The s are connected in series with respect to the base - emitter junction of the terminal stage transistor, the collector circuit of which is connected in series with the introduced 3rd harmonic circuit with respect to the collector - emitter junction of its transistor.

Существенным отличием ПМ является дополнительно введенный колебательный контур и новая связь утроителя частоты в результате его подключения параллельно не к оконечному, а к предоконечному каскаду, что и определило повышение КПД передатчика.A significant difference between the PM is the additionally introduced oscillatory circuit and the new coupling of the frequency tripler as a result of its connection in parallel not to the terminal, but to the pre-terminal stage, which determined the increase in the transmitter efficiency.

ПМ иллюстрируется чертежами.PM is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного усилителя, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Figure 1 presents a schematic diagram of the proposed amplifier, and figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

На фиг.1 предоконечный каскад выполнен на транзисторе VT1, утроитель частоты - на VT2, а оконечный каскад - на VT3.In Fig. 1, the pre-terminal stage is made on transistor VT1, the frequency tripler is on VT2, and the terminal stage is on VT3.

Работа схемы на фиг.1 происходит следующим образом. Входной сигнал u_вx(t)=Ucosωt поступает на базу транзистора VT1 предоконечного усилителя и параллельно на базу транзистора VT2 утроителя частоты.The operation of the circuit in figure 1 is as follows. The input signal u _x (t) = Ucosωt is supplied to the base of the transistor VT1 of the pre-termination amplifier and in parallel to the base of the transistor VT2 of the frequency tripler.

Предоконечный каскад работает в режиме колебаний 2-го рода с углом отсечки θ=90° и его коллекторный контур настроен в резонанс на первую гармонику частоты ω входного сигнала.The terminal stage operates in the mode of oscillations of the second kind with a cutoff angle θ = 90 ° and its collector circuit is tuned to resonance to the first harmonic of the frequency ω of the input signal.

Утроитель частоты на транзисторе VT2 работает тоже в режиме колебаний второго рода при угле отсечки θ=120/3=40°, что задается с помощью потенциометра R_n, а его коллекторный контур настроен в резонанс на третью гармонику частоты 3ω входного сигнала.The frequency tripler on the transistor VT2 also operates in the mode of oscillations of the second kind at a cutoff angle θ = 120/3 = 40 °, which is set using the potentiometer R _n , and its collector circuit is tuned to the third harmonic of the frequency 3ω of the input signal.

Вторичные обмотки коллекторных контуров транзисторов VT1 и VT2 включены последовательно относительно перехода база - эмиттер транзистора VT3 оконечного каскада, работающего тоже в режиме колебаний 2-го рода при угле отсечки θ=90°.The secondary windings of the collector circuits of transistors VT1 and VT2 are connected in series with respect to the base-emitter junction of the transistor VT3 of the terminal stage, which also works in the mode of oscillations of the second kind at a cutoff angle θ = 90 °.

С помощью этих вторичных обмоток снимается шунтирующее действие низкого входного сопротивления транзистора VT3 на данные контура (за счет понижающего коэффициента трансформации). Так как напряжение третьей гармоники U_кз противофазно первой U_к1, что задается соответствующим включением вторичной обмотки контура утроителя, то суммарное напряжение на базе транзистора VT3 имеет седловидный провал при ωt=90°, как показано на фиг.2. Нагрузкой коллекторной цепи транзистора VT3 является последовательно включенные контур, настроенный в резонанс на первую гармонику частоты входного сигнала, и введенный контур, настроенный в резонанс на третью гармонику этого сигнала, на выходе которых имеет место усиленное суммарное напряжение обмоток U_б3, т.е. U_к∑=γU_б3, где γ - коэффициент усиления по напряжению усилителя на транзисторе VT3. По закону Кирхгофа на переходе коллектор - эмиттер транзистора VT3 напряжение е_кэ=Е_к-U_к∑>е_кэкр. На фиг.2 видно, что наличие третьей гармоники U_к3, противофазной первой U_к1, увеличивает напряжение е_кэ, переводя режим работы транзистора VT3 из критического или слабоперенапряженного в недонапряженный режим, где меньше его КПД и полезная мощность. Для возвращения в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники U_k1, отчего увеличится коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=U_k1/Е_к, где Е_к - напряжение коллекторного питания, а так же увеличится КПД оконечного каскада передатчика ŋ_к=0,5ξ(α₁/α₀), где α - функции Берга, и его выходная мощность.Using these secondary windings, the shunt effect of the low input resistance of the transistor VT3 on the circuit data is removed (due to the lowering transformation coefficient). Since the voltage of the third harmonic U _{kz is out of} phase with the first U _k1 , which is set by the corresponding inclusion of the secondary winding of the triplicator circuit, the total voltage at the base of transistor VT3 has a saddle dip at ωt = 90 °, as shown in Fig. 2. The collector circuit load of the VT3 transistor is a series-connected circuit tuned in resonance to the first harmonic of the frequency of the input signal, and an introduced circuit tuned to resonance to the third harmonic of the signal, the output of which has an amplified total voltage of the windings U _b3 , i.e. U = γU _kΣ _b3 where γ - the voltage gain of the amplifier transistor VT3. According to Kirchhoff’s law, at the collector – emitter junction of the VT3 transistor, the voltage e _ke = E _k –U _k∑ > e _kakr . Figure 2 shows that the presence of the third harmonic U _k3 , out of phase with the first U _k1 , increases the voltage e _ke , transferring the operation mode of the transistor VT3 from critical or low-voltage to under-voltage mode, where its efficiency and net power are less. To return to the initial mode, it is necessary to increase the amplitude of the first harmonic U _k1 , which will increase the utilization of the collector voltage ξ = U _k1 / Е _к , where Е _к is the collector supply voltage, and the efficiency of the transmitter end stage ŋ _к = 0,5ξ ( α ₁ / α ₀ ), where α are the Berg functions and its output power.

Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение КПД усилителя мощности передатчика за счет включения утроителя частоты параллельно предоконечному каскаду передатчика и включения введенного колебательного контура третьей гармоники последовательного с колебательным контуром оконечного каскада передатчика.The technical and economic effect of PM is to increase the efficiency of the transmitter power amplifier by turning on the frequency tripler parallel to the pre-terminal stage of the transmitter and turning on the input third-harmonic oscillatory circuit of the transmitter terminal cascade sequential with the oscillatory circuit.

Claims

Transistor power amplifier of the transmitter, consisting of series-connected resonant pre-termination and final amplification stages, as well as a resonant frequency tripler, characterized in that it additionally introduces a parallel oscillatory circuit tuned to resonance to the third harmonic of the input signal, and the coupling of the frequency tripler to the result of its connection is not parallel to the terminal but to the terminal cascade of the transmitter, in which the secondary windings of their collector circuits are switched on It is investigated regarding the base – emitter transistor of the terminal stage transistor, the collector circuit of which is connected in series with the introduced third harmonic circuit with respect to the collector – emitter junction of its transistor.