RU11422U1

RU11422U1 - KEY AMPLIFIER

Info

Publication number: RU11422U1
Application number: RU99104213/20U
Authority: RU
Inventors: М.К. Казаков
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Ключевой усилитель, содержащий компаратор, первый вход которого подключен к источнику входного сигнала, аналоговый коммутатор, инвертор, интегрирующий усилитель, триггер Шмитта, последовательно соединенные ключевой усилитель мощности и фильтр нижних частот, причем выход компаратора соединен с входом ключевого усилителя мощности, выход инвертора подключен к первому входу аналогового коммутатора, выход которого через интегрирующий усилитель соединен с входом триггера Шмитта, выход которого подключен к управляющему входу аналогового коммутатора, выход интегрирующего усилителя соединен со вторым входом компаратора, отличающийся тем, что в него введены амплитудный детектор, источник опорного напряжения и сумматор, причем вход амплитудного детектора соединен с источником входного сигнала, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход сумматора одновременно подключен к входу инвертора и ко второму входу аналогового коммутатора.A key amplifier containing a comparator, the first input of which is connected to the input signal source, an analog switch, an inverter, an integrating amplifier, a Schmitt trigger, a key power amplifier and a low-pass filter connected in series, the output of the comparator connected to the input of the key power amplifier, the inverter output connected to the first input of the analog switch, the output of which is connected via an integrating amplifier to the input of the Schmitt trigger, the output of which is connected to the control input of the analog switch, the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the comparator, characterized in that an amplitude detector, a reference voltage source and an adder are introduced into it, the input of the amplitude detector connected to the input signal source, and the output connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to a reference voltage source, the adder output is simultaneously connected to the inverter input and to the second input of the analog switch.

Description

КЛЮЧЕВОЙ УСЖЛИТЕЛЬKEY AMPLIFIER

Полезная модель относится к усилительной технике.The utility model relates to amplification technology.

Известны аналоговые усилители, принцип действия которых основан на перераспределении энергии источника питания между активным прибором и нагрузкой (см. Буланов Ю.С., Усов С.Н. Усилители и радиоприемные устройства. - М.: Высшая школа, 1980). Недостатком таких устройств является наличие нелинейных искажений из-за нелинейности характеристик активных элементов, а также низкий КПД.Analog amplifiers are known, the principle of which is based on the redistribution of the energy of the power source between the active device and the load (see Bulanov, Yu.S., Usov, S.N. Amplifiers and radio receivers. - Moscow: Vysshaya Shkola, 1980). The disadvantage of such devices is the presence of nonlinear distortion due to the nonlinearity of the characteristics of the active elements, as well as low efficiency.

Известны ключевые усилители мощности, принцип действия которых основан на. модуляции входного сигнала, усилении прямоугольных импульсов и демодуляции (см. Кибакин В.М. Основы ключевых методов усиления.- М.: Энергия, 1980). Такие устройства позволяют повысить КПД, но их недостатком является наличие нелинейных искажений усиливаемого сигнала.Key power amplifiers are known whose operation principle is based on. modulation of the input signal, amplification of rectangular pulses and demodulation (see Kibakin V.M. Fundamentals of key amplification methods.- M .: Energy, 1980). Such devices can improve efficiency, but their disadvantage is the presence of non-linear distortions of the amplified signal.

Наиболее близким устройством того же назначения является ключевой усилитель, содержащий компаратор, первый вход которого подрилючен с источнику входного сигнала, аналоговый коммутатор, инвертор, интегрирующий усилитель, триггер Шмитта, последовательно соединенные ключевой усилитель мощности и фильтр нюкнихчастот, причем выход компаратора соединен со входом ключевого усилителя мощности, выход инвертора подключен к первому входу аналогового коммутатора, выход которого через интегрирующий усилитель соединен со входом триггера Шмитта, выход которого подключен к управляющему входу аналогового коммутатора, выход интегрирующего усилителя соединен со вторым входом компаратора (см.The closest device for the same purpose is a key amplifier containing a comparator, the first input of which is connected to the input source, an analog switch, an inverter, an integrating amplifier, Schmitt trigger, serially connected key power amplifier and a low-pass filter, and the output of the comparator is connected to the input of the key amplifier power, the inverter output is connected to the first input of the analog switch, the output of which through the integrating amplifier is connected to the Schmitt trigger input the output of which is connected to the control input of the analog switch, the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the comparator (see

ШЖ НОЗ F3/127 SHZH NOZ F3 / 127

А.с. 1580526, опубл. в 1990, бюл.27). Такое устройство принято за прототип.A.S. 1580526, publ. in 1990, bull. 27). Such a device is taken as a prototype.

Недостатком, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, является возрастание относительного коэффициента искажений при увеличении коэффициента модуляции, который равен отношению амплитудных значений треугольного и входного напряжений (, фиг.1) при преобразовании усиливаемого напряжения в прямоугольные импульсы, что используется в ключевом усилителе. Так на фиг.2 приведена рассчитанная зависимость относительного коэффициента искаженийThe disadvantage that prevents the achievement of the technical result indicated below when using the prototype is the increase in the relative distortion coefficient with increasing modulation factor, which is equal to the ratio of the amplitude values of the triangular and input voltages (, Fig. 1) when converting the amplified voltage to rectangular pulses, which is used in the key amplifier . So figure 2 shows the calculated dependence of the relative distortion coefficient

Ки /Еи{т)(1)(1)Ki / Ei (t) (1) (1)

от коэффициента модуляции т, В выражении (1) АгиСт) - коэффициент искажений при произвольном значении т, а /СиС) - коэффициент искажений при . Указанный момент приводит к возрастанию нелинейных искажений.of the modulation coefficient m, in the expression (1) AgiSt) is the distortion coefficient for an arbitrary value of m, and / CuC) is the distortion coefficient for. The specified moment leads to an increase in nonlinear distortion.

Сущность решения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в снижении нелинейных искажений.The essence of the solution lies in the desire to obtain a technical result, which consists in reducing non-linear distortions.

Указанный технический результат достигается тем, что в ключевом усилителе, содержащем компаратор, первый вход которого подключен с источнику входного сигнала, аналоговый коммутатор, инвертор, интегрирующий усилитель, триггер Шмитта, последовательно соединенные ключевой усилитель мощности и фильтр нижних частот, причем выход компаратора соединен со входом ключевого усилителя мощности, выход инвертора подключен к первому входу аналогового коммутатора, выход которого через интегрирующий усилитель соединен со входом.триггера Шмитта, выход которого подключен к управляющему входу аналогового коммутатора, выход интег- 2 рирующего усилителя соединен со вторым входом компаратора, особеииоат заключается в том, что в него введены амлитудный детектор, источник опорного напряжения и сумматор, прртаем вход амплитудного детектора соединен с источником входного сигнала, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход сумматора одновременно подключен ко входу инвертора и ко второму входу аналогового коммутатора.The indicated technical result is achieved in that in a key amplifier containing a comparator, the first input of which is connected to the input signal source, an analog switch, an inverter, an integrating amplifier, Schmitt trigger, a key power amplifier and a low-pass filter connected in series, the comparator output being connected to the input key power amplifier, the inverter output is connected to the first input of the analog switch, the output of which is connected to the input through the integration amplifier. Schmitt trigger, you the path of which is connected to the control input of the analog switch, the output of the integrating amplifier 2 is connected to the second input of the comparator, especially that an amplitude detector, a reference voltage source and an adder are introduced into it, we hide the input of the amplitude detector and is connected to the input signal source, and the output is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to a reference voltage source, the output of the adder is simultaneously connected to the inverter input and to the second input of the analog switch.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного решения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию новизна.The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the features of the claimed solution, and the determination from the list of analogs of the prototype allowed us to identify a set of significant distinctive features in relation to the applicant's technical result in the claimed device set forth in the utility model formula . Therefore, the claimed utility model meets the condition of novelty.

На чертежах представлено: на фиг.1 приведены графики усиливаемого и треугольного напряжений; на фиг.2 приведена зависимость относительного коэффициента искажений от коэффициента модуляции; на фиг.З изображена схема предложенного устройства.The drawings show: in Fig. 1, graphs of the amplified and triangular stresses are shown; figure 2 shows the dependence of the relative distortion coefficient on the modulation coefficient; Fig. 3 shows a diagram of the proposed device.

Оно содержит источник входного напряжения 1, компаратор 2, ключевой усилитель мощности 3, фильтр нижних частот 4, амплитудный детектор 5, сумматор 6, источник опорного напряжения 7, инвертор 8, аналоговый коммутатор 9, интегрирующий усилитель 10, тригге/р Шмитта 11.It contains an input voltage source 1, a comparator 2, a key power amplifier 3, a low-pass filter 4, an amplitude detector 5, an adder 6, a reference voltage source 7, an inverter 8, an analog switch 9, an integrating amplifier 10, Schmitt trigger / r 11.

В динамике устройство работает следующим образом.In dynamics, the device operates as follows.

Напряжение низкой частоты поступает с источника входного напряжения 1 на первый вход компаратора 2, где преобразуется в прямоугольные импульсы с изменяющейся длительностью путем срав- 3 нения с треугольным напряжением, подаваемым на второй вход компаратора 2 с выхода интегрирующего усилителя 10. Эти импульсы усиливаются ключевым усилителем мощности 3 и демодулируются с помощью фильтра нижних частот 4. Анализ показывает, что для снижения нелинейных искажений необходимо пропорциональное увеличение тактовой частоты (это частота треугольного напряжения) при снижении уровня усиливаемого сигнала. С этой целью напряжение с источника 1 подается на амплитудный детектор 5, на выходе которого напряжение равно амплитудному значению входного сигнала.. Это напряжение подается на первый вход сумматора 6, на второй вход которого подается также противоположное ему по знаку напряжение /оп с источника опорного напряжения 7. Напряжение Uy с выхода сумматора поступает через инвертор 8 на первый вход аналогового коммутатора 9, на второй вход которого напряжение с выхода сумматора б подается непосредственно. В зависимости от полярности управляющего напряжения на выходе триггера Шмитта 11 аналоговый коммутатор 9 формирует на входе интегрирующего усилителя 10 напряжение того или иного знака. При этом значение частоты треугольного напряжения, снимаемого с выхода интегрирующего усилителя 10, прямо пропорционально значению управляющего напряжения Uy на выходе сумматора б, а следовательно (поскольку Wy /mBx-Won), обратно пропорционально напряжению Утвх источника 1, т.е. коэффициенту модуляции я.The low-frequency voltage is supplied from the input voltage source 1 to the first input of the comparator 2, where it is converted into rectangular pulses with a varying duration by comparing 3 with the triangular voltage supplied to the second input of the comparator 2 from the output of the integrating amplifier 10. These pulses are amplified by a key power amplifier 3 and demodulated using a low-pass filter 4. Analysis shows that in order to reduce non-linear distortion, a proportional increase in the clock frequency is necessary (this is the frequency of the triangle voltage) while reducing the level of the amplified signal. To this end, the voltage from source 1 is supplied to an amplitude detector 5, at the output of which the voltage is equal to the amplitude value of the input signal. This voltage is supplied to the first input of adder 6, the second input of which also supplies voltage / op from the reference voltage source that is opposite in sign 7. The voltage Uy from the output of the adder enters through the inverter 8 to the first input of the analog switch 9, the second input of which the voltage from the output of the adder b is supplied directly. Depending on the polarity of the control voltage at the output of the Schmitt trigger 11, the analog switch 9 generates a voltage of one or another sign at the input of the integrating amplifier 10. In this case, the frequency value of the triangular voltage taken from the output of the integrating amplifier 10 is directly proportional to the value of the control voltage Uy at the output of the adder b, and therefore (since Wy / mBx-Won), is inversely proportional to the voltage Uvh of the source 1, i.e. modulation factor i.

Таким образом, снижение уровня входного сигнала усилителя приводит к увеличению тактовой частоты, что, в свою очередь, позволяет снизить уровень нелинейных искажений усилителя, поскольку происходит увеличение частот гармонических составляющих, что позволяет обеспечить их более полное подавление фильтром нижних частот.Thus, a decrease in the input signal level of the amplifier leads to an increase in the clock frequency, which, in turn, allows one to reduce the level of nonlinear distortion of the amplifier, since there is an increase in the frequencies of harmonic components, which allows them to be more completely suppressed by the low-pass filter.

- 4 Таким образом, вьшеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.- 4 Thus, the foregoing information indicates that the tool embodying the claimed solution in its implementation is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant. Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability.

- 5 ФОРМУЛА- 5 FORMULA

Claims

A key amplifier containing a comparator, the first input of which is connected to an input signal source, an analog switch, an inverter, an integrating amplifier, a Schmitt trigger, a key power amplifier and a low-pass filter connected in series, the output of the comparator connected to the input of the key power amplifier, the inverter output connected to the first input of the analog switch, the output of which through an integrating amplifier is connected to the input of the Schmitt trigger, the output of which is connected to the control input of the analog switch, the output of the integrating amplifier is connected to the second input of the comparator, characterized in that an amplitude detector, a reference voltage source and an adder are introduced into it, and the input of the amplitude detector is connected to the input signal source, and the output is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to a reference voltage source, the adder output is simultaneously connected to the inverter input and to the second input of the analog switch.