RU1841317C

RU1841317C - HYDROACOUSTIC TRANSMISSION PATH POWER SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU1841317C
Application number: SU0003196890A
Authority: RU
Inventors: Ашот Араратович Алексанян; Владимир Александрович Александров; Василий Александрович Галахов; Вадим Анатольевич Майоров
Original assignee: Акционерное общество Концерн "Океанприбор"
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 2022-08-29

Abstract

FIELD: special equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of special equipment and is intended for use in hydroacoustics, location, navigation, mine detection, etc. of underwater and surface objects. The hydroacoustic transmission path contains a generator, a control signal generator, N channels, each of which contains a comparison unit, as well as a sequentially connected summing amplifier, a matching unit and a hydroacoustic converter. At the same time, a counter is introduced, the input of which is connected to the output of the generator, which is made in the form of a controlled generator, and a sequentially connected code converter and a digital-to-analog converter are introduced into each of the N channels.

EFFECT: reduction of nonlinear distortions with an increase in the efficiency

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области спецтехники и предназначено для использования в гидроакустике, локации, навигации, миноискания и т.п. подводных и надводных объектов.The invention relates to the field of special equipment and is intended for use in hydroacoustics, location, navigation, mine detection, etc. underwater and surface objects.

Известен гидроакустический передающий тракт, содержащий генератор, выход которого подключен ко входу интегратора, выход которого соединен с первым входом двухканального блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы двухканального блока сравнения соединены со входами двухтактного суммирующего усилителя мощности, выход которого через согласующее устройство соединен с гидроакустическим преобразователем (пьезокерамическим, магнитострикционным или электродинамическим). На выходах двухканального блока сравнения формируются сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), которые усиливаются по мощности двухтактным суммирующим усилителем мощности, работающим в ключевом режиме, суммирование сигналов обоих каналов в двухтактном усилителе мощности осуществляется посредством их соединения с выходом через фильтры нижних частот (ФНЧ), входящих в состав этих усилителей.A hydroacoustic transmission path is known, containing a generator, the output of which is connected to the input of an integrator, the output of which is connected to the first input of a two-channel comparison unit, the second input of which is connected to the output of the control unit, and the outputs of the two-channel comparison unit are connected to the inputs of a push-pull summing power amplifier, the output of which is through the matching device is connected to a hydroacoustic transducer (piezoceramic, magnetostrictive or electrodynamic). At the outputs of the two-channel comparison unit, signals with pulse-width modulation (PWM) are generated, which are amplified in power by a push-pull summing power amplifier operating in the key mode, the summation of the signals of both channels in the push-pull power amplifier is carried out by connecting them to the output through low-pass filters (LPF). ) included in these amplifiers.

Такое устройство имеет достаточно высокий КПД (до 80…90%) вследствие работы его усилителя мощности в ключевом режиме.Such a device has a fairly high efficiency (up to 80 ... 90%) due to the operation of its power amplifier in the key mode.

Однако для неискаженного усиления низкочастотных сигналов, вырабатываемых блоком управления, необходимо, чтобы частота опорного пилообразного напряжения, формируемого интегратором, была в 8…10 раз выше частоты низкочастотного сигнала блока управления. В результате этого при передаче сигналов с частотами от сотен Гц до 10…20 кГц требуется формирование опорного пилообразного напряжения с частотой 100…200 кГц, т.е. переключения силовых элементов (транзисторов и диодов) в двухтактном суммирующем усилителе мощности осуществляется также с частотой 100…200 кГц, что приводит к существенному росту потерь на переключения и, следовательно, снижение КЦЦ (до 70…75%) и надежности устройства.However, for undistorted amplification of low-frequency signals generated by the control unit, it is necessary that the frequency of the reference sawtooth voltage generated by the integrator be 8...10 times higher than the frequency of the low-frequency signal of the control unit. As a result, when transmitting signals with frequencies from hundreds of Hz to 10 ... 20 kHz, the formation of a reference sawtooth voltage with a frequency of 100 ... 200 kHz is required, i.e. switching power elements (transistors and diodes) in a push-pull summing power amplifier is also carried out with a frequency of 100...

Для снижения потерь на переключения в усилителе мощности гидроакустического передающего тракта, работающего в широком частотном диапазоне, используют многоканальный принцип усиления.To reduce switching losses in the power amplifier of a hydroacoustic transmission path operating in a wide frequency range, a multichannel amplification principle is used.

Наиболее близким к предлагаемому гидроакустическому тракту является устройство, описанное в авт. свид. СССР №1226640, МКИ H03K 7/08.Closest to the proposed hydroacoustic path is the device described in ed. certificate USSR No. 1226640, MKI H03K 7/08.

Известное устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор 2 и фазовращатель 10, каждый из N выходов которого соединен со входом соответствующего интегратора 11-1…11-N, причем выход каждого интегратора 11 соединен с первым входом соответствующего двухканального блока 6-1…6-N сравнения, вторые входы которых соединены с выходом блока 1 управления, а выходы всех N двухканальных блоков 6 сравнения соединены со входами суммирующего усилителя 7 мощности, выход которого через согласующее устройство 8 соединен со входом гидроакустического преобразователя 9.The known device (Fig. 1) contains a series-connected generator 2 and a phase shifter 10, each of the N outputs of which is connected to the input of the corresponding integrator 11-1...11-N, and the output of each integrator 11 is connected to the first input of the corresponding two-channel block 6-1... 6-N comparisons, the second inputs of which are connected to the output of the control unit 1, and the outputs of all N two-channel comparison units 6 are connected to the inputs of the summing power amplifier 7, the output of which is connected through a matching device 8 to the input of the hydroacoustic transducer 9.

Работает известное устройство следующим образом. Генератор генерирует импульсный сигнал, синхронизирующий фазовращатель 10 который формирует на своих выходах N сигналов типа меандр, причем фаза сигнала на каждом выходе n равна 180°/N×(n-1), т.е. они равномерно сдвинуты по фазе в пределах полупериода тактовой частоты ƒ_т. На выходах интеграторов 11 формируются пи-образные напряжения частоты ƒ_т, также равномерно сдвинутые по фазе. Эти пилообразные сигналы в двухтактных блоках 6 сравнения сравниваются с низкочастотным сигналом блока 1 управления, в результате чего на их первых выходах формируются сигналы с ШИМ (частота следования импульсов с ШИМ - ƒ_т), синфазные по низкочастотным составляющим и сдвинутые по фазе на 180°/N×(n-1) по частоте ƒ_т. На их вторых выходах формируются сигналы, синфазные по низкой частоте сигналам на первых выходах, но противофазные по частоте ƒ_т. В результате этого на всех 2N выходах блоков 6 формируются 2N сигналов с ШИМ, синфазных по низкой частоте (частоте полезного сигнала) и сдвинутые по 180°/N градусов по тактовой частоте ƒ_т в пределах 360°. Эти сигналы усиливаются по мощности и складываются в суммирующем усилителе 7 мощности, в результате чего полезные низкочастотные составляющие сигналов складываются, а ряд паразитных высокочастотных (с частотами кƒ_т, где к=1, 2… и их комбинации с низкочастотными колебаниями) компенсируются. В результате этого на выходе суммирующего усилителя 7 мощности практически отсутствуют паразитные составляющие с частотами до 2Nƒ_т, что примерно эквивалентно применению в обычном устройстве тактовой частоты 2Nƒ_т. В результате этого частота переключений в известном устройстве может быть выбрана не в 8…10 раз выше максимальной частоты полезного сигнала, а только в (8…10)/2N, и реально; при N≥4, она может быть только в 2 раза выше максимальной частоты полезного сигнала. Это приводит к повышению КПД устройства при расширении его частотного диапазона, а также возможности применения в усилителе мощности более простых и надежных схемотехнических решений.Works known device as follows. The generator generates a pulse signal, synchronizing the phase shifter 10 which generates N meander-type signals at its outputs, and the signal phase at each output n is equal to 180°/N×(n-1), i.e. they are uniformly phase-shifted within the half cycle of the clock frequency ƒ _t . At the outputs of the integrators 11, pi-shaped voltages of frequency ƒ _t are formed, also uniformly shifted in phase. These sawtooth signals in push-pull comparison units 6 are compared with the low-frequency signal of control unit 1, as a result of which PWM signals are generated at their first outputs (pulse repetition rate with PWM - ƒ _t ), in-phase in low-frequency components and shifted in phase by 180 ° / N×(n-1) in frequency ƒ _t . At their second outputs, signals are generated that are in-phase in low frequency to the signals at the first outputs, but out of phase in frequency ƒ _t . As a result, at all 2N outputs of blocks 6, 2N PWM signals are generated, in-phase at a low frequency (useful signal frequency) and shifted by 180°/N degrees at the clock frequency ƒ _t within 360°. These signals are amplified in power and added in the summing power amplifier 7, as a result of which the useful low-frequency components of the signals are added, and a number of parasitic high-frequency components (with frequencies kƒ _t , where k = 1, 2 ... and their combinations with low-frequency oscillations) are compensated. As a result, at the output of the summing power amplifier 7 there are practically no parasitic components with frequencies up to 2Nƒ _t , which is approximately equivalent to the use of a clock frequency of 2Nƒ _t in a conventional device. As a result, the switching frequency in the known device can be selected not 8...10 times higher than the maximum frequency of the useful signal, but only in (8...10)/2N, and really; when N≥4, it can only be 2 times higher than the maximum frequency of the useful signal. This leads to an increase in the efficiency of the device while expanding its frequency range, as well as the possibility of using simpler and more reliable circuit solutions in the power amplifier.

Вместе с тем существенное увеличение (более 2…4) числа N каналов в устройствах мощностью до 1…2 кВт (обычно применяемых в системах указанного назначения) является нецелесообразным, т.к. ведет к увеличению общего габарита устройства, снижению его надежности и снижению промышленного КПД устройства. Учитывая, что в гидроакустике используются достаточно узкополосные сигналы в течение одной посылки (с частотным перекрытием до 2…3), тогда как полный частотный диапазон сигналов является достаточно широким (перекрытие более 10…20), то выбор тактовой частоты по максимальной частоте сигнала приводит к неоправданно большим потерям на переключения в усилителе мощности и сравнительно невысокому КПД всего устройства.At the same time, a significant increase (more than 2...4) in the number N of channels in devices with a power of up to 1...2 kW (usually used in systems for this purpose) is inappropriate, because leads to an increase in the overall size of the device, a decrease in its reliability and a decrease in the industrial efficiency of the device. Considering that in hydroacoustics rather narrow-band signals are used during one burst (with a frequency overlap of up to 2…3), while the full frequency range of the signals is quite wide (overlap of more than 10…20), then the choice of the clock frequency according to the maximum signal frequency leads to unreasonably large switching losses in the power amplifier and relatively low efficiency of the entire device.

Цель изобретения - повышение КПД.The purpose of the invention is to increase efficiency.

Поставленная цель достигается в устройстве, содержащем генератор, блок управления, выход которого соединен со вторыми входами N двухканальных блоков сравнения, выходы которых соединены со входами суммирующего усилителя мощности, выход которого через согласующее устройство соединен со входом гидроакустического преобразователя, посредством введения в его состав N цифроаналоговых преобразователей, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего двухканального блока сравнения, N преобразователей кода, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего цифроаналогового преобразователя, счетчик, выход которого соединен со входами преобразователей кода, а вход - с выходом генератора, выполненного управляемыми, вход управления которого соединен с дополнительным выходом блока управления.This goal is achieved in a device containing a generator, a control unit, the output of which is connected to the second inputs of N two-channel comparison units, the outputs of which are connected to the inputs of a summing power amplifier, the output of which is connected through a matching device to the input of a hydroacoustic transducer, by introducing into its composition N digital-to-analog converters, the output of each of which is connected to the first input of the corresponding two-channel comparison unit, N code converters, the output of each of which is connected to the input of the corresponding digital-to-analog converter, a counter, the output of which is connected to the inputs of the code converters, and the input - to the output of the generator, made controlled, the control input of which is connected to the additional output of the control unit.

В таком устройстве частота следования импульсов с ШИМ изменяется в соответствии с частотой низкочастотного полезного сигнала, причем, благодаря постоянству амплитуды опорного пилообразного напряжения, линейных искажений при этом не возникает, в предлагаемом тракте отношение частоты переключений к частоте входного сигнала имеет наименьшую возможную величину, что приводит к снижению потерь на переключения и повышению КПД устройства без ухудшения его характеристик качества.In such a device, the pulse repetition rate with PWM changes in accordance with the frequency of the low-frequency useful signal, and, due to the constant amplitude of the reference sawtooth voltage, linear distortion does not occur, in the proposed path, the ratio of the switching frequency to the frequency of the input signal has the smallest possible value, which leads to to reduce switching losses and increase the efficiency of the device without compromising its quality characteristics.

Таким образом, поскольку предлагаемое устройство имеет отличия от прототипа, оно обладает новизной. При этом, заявителю и авторам неизвестны решения, в которых бы повышение КПД достигалось подобным образом, следовательно, данные отличия следует считать существенными.Thus, since the proposed device has differences from the prototype, it has a novelty. At the same time, the applicant and the authors are not aware of solutions in which an increase in efficiency would be achieved in a similar way, therefore, these differences should be considered significant.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства-прототипа.In FIG. 1 shows a block diagram of a prototype device.

На фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемого устройства.In FIG. 2 shows a block diagram of the proposed device.

На фиг. 3 приведены возможные реализации суммирующих усилителей мощности.In FIG. 3 shows possible implementations of summing power amplifiers.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит блок 1 управления, дополнительный выход которого соединен со входом управления управляемого генератора 2, выход которого соединен со входом счетчика 3, выход которого соединен со входами N преобразователей 4 кода, выход каждого из которых через соответствующий цифроаналоговый преобразователь 5 соединен с первым входом соответствующего двухканального блока 6 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 1 управления, а выходы каждого из N двухканальных блоков 6 сравнения соединены со входами суммирующего усилителя 7 мощности, выход которого через согласующее устройство 8 соединен с гидроакустическим преобразователем.The proposed device (Fig. 2) contains a control unit 1, the additional output of which is connected to the control input of the controlled generator 2, the output of which is connected to the input of the counter 3, the output of which is connected to the inputs of N code converters 4, the output of each of which is through a corresponding digital-to-analog converter 5 connected to the first input of the corresponding two-channel comparison unit 6, the second input of which is connected to the output of the control unit 1, and the outputs of each of the N two-channel comparison units 6 are connected to the inputs of the summing power amplifier 7, the output of which is connected to the hydroacoustic transducer through a matching device 8.

Реализация блока 1 управления определяется функцией, выполняемой всей гидроакустической системой, и, как правило, он содержит программное устройство (управляемое с пульта) и синтезатор низкочастотных сигналов. На его основном выходе формируются низкочастотные сигналы (которые необходимо излучить в среду), а на дополнительном - цифровой сигнал, несущий информацию о величине внешней частоты, содержащейся на его основном выходе. Такая информация имеется в прямом виде на всех современных гидроакустических комплексах.The implementation of the control unit 1 is determined by the function performed by the entire hydroacoustic system, and, as a rule, it contains a software device (controlled from the remote control) and a low-frequency signal synthesizer. At its main output, low-frequency signals are formed (which must be radiated into the environment), and at the additional output, a digital signal that carries information about the value of the external frequency contained at its main output. Such information is available in direct form on all modern hydroacoustic systems.

Управляемый генератор 2 является обычным автогенератором с управляемой частотой выходного сигнала. Он может быть построен на основе кварцевого генератора и управляемых делителях частоты.Controlled oscillator 2 is a conventional oscillator with controlled output frequency. It can be built on the basis of a crystal oscillator and controlled frequency dividers.

Счетчик 3 является стандартным элементом с выходным сигналом в параллельном двоичном коде. При поступлении на него импульсов с выхода генератора 2 на входе счетчика 3 формируется линейно нарастающий код.Counter 3 is a standard element with a parallel binary output. When it receives pulses from the output of the generator 2 at the input of the counter 3 is formed linearly increasing code.

Преобразователи кода 4 могут быть выполнены на основе постоянно-запоминающих устройств (ПЗУ). Они преобразуют выходной сигнал (линейно растущий код с выхода счетчика 3 в симметричный по времени линейно нарастающий и затем линейно спадающий код. В преобразователях кода 4 учтен требуемый фазовый сдвиг их выходных кодов на 180°/N относительно друг друга по частоте ƒ_т (ƒ_т частота полного счета счетчика 3).Converters code 4 can be made on the basis of read-only memory devices (ROM). They convert the output signal (linearly increasing code from the output of counter 3 into a time-symmetrical linearly increasing and then linearly decreasing code. Code converters 4 take into account the required phase shift of their output codes by 180°/N relative to each other in frequency ƒ _t (ƒ _t counter full counting frequency 3).

Цифроаналоговые преобразователи 5 преобразуют входные линейно изменяющиеся двоичные коды в линейно изменяющиеся напряжения, фазы которых отличаются друг от друга на 180°/N (соответственно фазам сигналов на выходах преобразователей кода). Блоки 5 являются стандартными элементами.Digital-to-analogue converters 5 convert input linearly varying binary codes into linearly varying voltages, the phases of which differ from each other by 180°/N (corresponding to the phases of the signals at the outputs of the code converters). Blocks 5 are standard elements.

Двухканальные блоки 6 сравнения (см. фиг. 2) могут содержать по два компаратора 6-1-1 и 6-1-2, на прямые входы которых поступает низкочастотный сигнал, а на инверсные - прямые и инвертированные (инвертором 6-1-3) пилообразные напряжения. На выходах каждого блока 6 формируются сигналы с ШИМ, причем эти сигналы являются синфазными по низкой частоте и противофазными по частоте ƒ_т следования импульсов.Two-channel comparison blocks 6 (see Fig. 2) may contain two comparators 6-1-1 and 6-1-2, the direct inputs of which receive a low-frequency signal, and the inverse - direct and inverted (inverter 6-1-3 ) sawtooth stresses. At the outputs of each block 6, signals with PWM are generated, and these signals are in-phase at a low frequency and anti-phase at a frequency ƒ _t of the pulse repetition.

Суммирующий усилитель 7 мощности строится по известным схемам и содержит 2N (по числу входов) двухтактных ячеек (обычно полумостового типа), выходы которых через дроссели выходных ШЧ соединены вместе (фиг. 3а). Эти ячейки могут быть соединены попарно в мосты и затем просуммированы аналогичным образом (фиг. 3б).Summing power amplifier 7 is built according to known schemes and contains 2N (according to the number of inputs) push-pull cells (usually half-bridge type), the outputs of which are connected together through output SC chokes (Fig. 3a). These cells can be bridged in pairs and then summed in a similar way (Fig. 3b).

Согласующее устройство 8 обычно содержит согласующий трансформатор, элементы коммутации и компенсации реактивной проводимости гидроакустического преобразователя 9, выравнивающие его частотную характеристику.The matching device 8 usually contains a matching transformer, switching elements and reactive conductance compensation of the hydroacoustic transducer 9, equalizing its frequency response.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

В предлагаемом устройстве по сигналу на дополнительном выходе блока 1 управления, несущего информацию о максимальной частоте низкочастотного сигнала в данной посылке (в данном режиме работы тракта), устанавливается частота генерирования управляемого генератора 2 таким образом, чтобы частота ƒ_т опорного напряжения составляла (8…10)/2N максимальной частоты передаваемого низкочастотного сигнала. При снижении максимальной частоты передаваемого сигнала происходит и снижение частоты ƒ_т следования импульсов с ШИМ, что позволяет повысить КПД тракта, за счет снижения потерь на переключения. Для достижения значительного повышения КПД достаточно обеспечить возможность изменения ƒ_т дискретно - 3…5 значений (при увеличении уровней дискретизации изменения ƒ_т КПД будет возрастать), например: 2 кГц, 5 кГц, 10 кГц, и 20 кГц. Учитывая, что в верхней области частот тракт работает малое время, кратковременное повышение ƒ_т не повлияет существенно на КПД тракта.In the proposed device, according to the signal at the additional output of the control unit 1, which carries information about the maximum frequency of the low-frequency signal in this package (in this mode of operation of the path), the generation frequency of the controlled generator 2 is set so that the frequency ƒ _t of the reference voltage is (8 ... 10 )/2N maximum frequency of the transmitted low-frequency signal. With a decrease in the maximum frequency of the transmitted signal, there is also a decrease in the frequency ƒ _t of pulse repetition with PWM, which makes it possible to increase the efficiency of the path by reducing switching losses. To achieve a significant increase in efficiency, it is enough to provide the possibility of changing ƒ _t discretely - 3 ... 5 values (with increasing sampling levels, changes in ƒ _t efficiency will increase), for example: 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz, and 20 kHz. Considering that the path operates for a short time in the upper frequency region, a short-term increase in ƒ _t will not significantly affect the efficiency of the path.

Важно отметить, что для реализации возможности изменения частоты опорного сигнала необходимо сохранение неизмененной амплитуды опорного пилообразного напряжения при всех ƒ_т (и строго равных по всем N каналам). Поэтому применение для формирования опорного пилообразного напряжения интеграторов импульсных сигналов (см. устройство-прототип, фиг. 1) является невозможным, т.к. амплитуда сигнала на выходе интегратора изменяется обратно пропорционально частоте сигнала и зависит от многих дестабилизирующих факторов. Изменение амплитуды опорного пилообразного напряжения приводит к изменению сигнала тракта (при изменении ƒ_т), т.е. появлению линейных искажений - изменение ƒ_т в 10 раз приведет к неравномерности АЧХ тракта примерно на 20 дБ, что недопустимо. Кроме того, различие амплитуд опорных напряжений по каналам вызовет различную загрузку по мощности выходных каскадов усилителя 7 и, следовательно, снижению КЦЦ устройства.It is important to note that in order to implement the possibility of changing the frequency of the reference signal, it is necessary to maintain the unchanged amplitude of the reference sawtooth voltage at all ƒ _t (and strictly equal in all N channels). Therefore, the use of pulse signal integrators (see the prototype device, Fig. 1) for the formation of a reference sawtooth voltage is impossible, because the amplitude of the signal at the output of the integrator varies inversely with the frequency of the signal and depends on many destabilizing factors. A change in the amplitude of the reference sawtooth voltage leads to a change in the path signal (with a change in ƒ _t ), i.e. the appearance of linear distortion - a change in ƒ _t by 10 times will lead to an uneven frequency response of the path by about 20 dB, which is unacceptable. In addition, the difference in the amplitudes of the reference voltages across the channels will cause a different power loading of the output stages of the amplifier 7 and, consequently, a decrease in the CCC of the device.

Данные обстоятельства сделали необходимым формирование пилообразного напряжения по схеме: счетчик 3, преобразователь 4 кода, цифроаналоговый преобразователь. При таком формировании опорного пилообразного напряжения импульсы с выхода генератора 2 поступают на вход счетчика 3, на выходе которого формируется линейно нарастающий код. Этот код преобразуется преобразователем кода 4 в симметричный по времени линейно нарастающий, а затем линейно спадающий код. Причем в преобразователях кодов 4 обеспечивается заданный фазовый сдвиг выходных кодов на 180°/N относительно друг друга по частоте ƒ_т. Эти линейно изменяющиеся двоичные коды преобразуются цифроаналоговым преобразователем 5 в линейно изменяющиеся напряжения, фазы которых отличаются друг от друга на 180°/N (соответственно фазам сигналов на выходах преобразователей кода). При таком формировании опорного пилообразного напряжения его амплитуда не зависит от частоты этого напряжения и изменение его частоты не приводит к линейным искажениям и различиям в глубине ШИМ по каналам, что исключает появление дополнительных потерь.These circumstances made it necessary to form a sawtooth voltage according to the scheme: counter 3, code converter 4, digital-to-analog converter. With this formation of the reference sawtooth voltage, the pulses from the output of the generator 2 are fed to the input of the counter 3, at the output of which a linearly increasing code is formed. This code is converted by code converter 4 into a time-symmetric ramp-up and then ramp-down code. Moreover, in the code converters 4, a given phase shift of the output codes is provided by 180°/N relative to each other in frequency ƒ _t . These linearly varying binary codes are converted by the digital-to-analogue converter 5 into linearly varying voltages, the phases of which differ from each other by 180°/N (corresponding to the phases of the signals at the outputs of the code converters). With this formation of the reference sawtooth voltage, its amplitude does not depend on the frequency of this voltage and a change in its frequency does not lead to linear distortions and differences in the PWM depth across the channels, which eliminates the appearance of additional losses.

Сформированные таким образом пилообразные напряжения поступают на первые входы двухканальных блоков 6 сравнения, на вторые входы которых поступает низкочастотный сигнал с основного выхода блока 1 управления. На выходах каждого блока 6 сравнения формируются сигналы, синфазные по низкой частоте и попарно-противофазные по частоте ƒ_т следования импульсов. Эти сигналы усиливаются по мощности и складываются в суммирующем усилителе 7 мощности. В результате полезные низкочастотные составляющие складываются, а комбинационные составляющие, группирующиеся вокруг частот nƒ_т при n=1…2 (N-1), вычитаются. Это позволяет значительно понизить частоту переключений каналов усиления, а следовательно, повысить КПД передающего тракта, при обеспечении малых искажений выходного сигнала. Далее, сигнал с выхода суммирующего усилителя 7 мощности через согласующее устройство 8 поступает в гидроакустический преобразователь 9.The sawtooth voltage thus formed is supplied to the first inputs of the two-channel comparison units 6, the second inputs of which receive a low-frequency signal from the main output of the control unit 1. At the outputs of each comparison unit 6, signals are generated that are in-phase at low frequency and pairwise-antiphase at frequency ƒ _t of pulse repetition. These signals are amplified in power and added in the summing amplifier 7 power. As a result, useful low-frequency components are added, and combinational components grouped around frequencies nƒ _t at n=1…2 (N-1) are subtracted. This allows you to significantly reduce the frequency of switching amplification channels, and therefore increase the efficiency of the transmitting path, while ensuring low distortion of the output signal. Further, the signal from the output of the summing power amplifier 7 through the matching device 8 enters the hydroacoustic transducer 9.

Таким образом, за счет изменения опорной частоты ƒ_т (частоты коммутации элементов усилителя 7 мощности), потери на переключения в предлагаемом устройстве снижаются в 5…10 раз, а общие потери - в 2…5 раз, что приводит к повышению электронного КПД тракта с 80…85% до 90…95%, что позволяет уменьшить энергопотребление, и улучшить надежность и массогабаритные показатели устройства.Thus, by changing the reference frequency ƒ _t (the switching frequency of the elements of the power amplifier 7), the switching losses in the proposed device are reduced by 5...10 times, and the total losses by 2...5 times, which leads to an increase in the electronic efficiency of the path with 80...85% to 90...95%, which allows to reduce power consumption and improve the reliability and weight and size of the device.

На предприятии изготовлен макет предлагаемого гидроакустического тракта мощностью 2 кВт, испытания которого подтвердили его технические преимущества. The company made a model of the proposed hydroacoustic path with a power of 2 kW, the tests of which confirmed its technical advantages.

Claims

A hydroacoustic transmission path containing a generator, a control signal generator, N channels, each of which contains a comparison unit, as well as a summing amplifier, a matching unit and a hydroacoustic transducer connected in series, while the first input of the comparison unit of each of the N channels is connected to the output of the control signal generator , and the outputs of the comparison unit of each of the N channels are connected to the corresponding inputs of the summing amplifier, characterized in that, in order to reduce nonlinear distortions while increasing the efficiency, a counter is introduced, the input of which is connected to the output of the generator, which is made in the form of a controlled generator that controls the input of which is connected to the additional output of the control signal generator, and in each of the N channels a serially connected code converter and a digital-to-analog converter are introduced, while the input of the code converter of each of the N channels is connected to the output of the counter, and in each of the N channels, the output of the digital-to-analog converter is connected to the second input of the comparator.