RU2123760C1

RU2123760C1 - Am signal transmitter

Info

Publication number: RU2123760C1
Application number: RU94004262A
Authority: RU
Inventors: Е.Б. Иссерлин; А.А. Воробьев; А.Д. Плисс; В.М. Робина
Original assignee: Российский институт мощного радиостроения
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has two gated push-pull amplifiers, each of which has two opposing switching gates, oscillating circuit, power supply, pulse-width modulator, driving circuit and two inductance power accumulators. EFFECT: increased efficiency, increased quality, decreased weight and size. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих устройствах. The invention relates to radio engineering and can be used in radio transmitting devices.

Известны высокоэффективные усилители амплитудно-модулированных колебаний ("Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме", В.Б. Козырев и др. , М., Радио и связь, 1985 г., с. 151 - 178). Такой усилитель содержит высокочастотный двухтактный генератор и широтно-импульсный модулятор класса D. Выходной каскад модулятора осуществляет усиление ШИМ сигнала и его обратное преобразование при помощи фильтра низкой частоты. High-performance amplifiers of amplitude-modulated oscillations are known ("Transistor generators of harmonic oscillations in the key mode", VB Kozyrev et al., M., Radio and Communications, 1985, pp. 151 - 178). Such an amplifier contains a high-frequency push-pull oscillator and a pulse-width modulator of class D. The output stage of the modulator amplifies the PWM signal and its inverse transformation using a low-pass filter.

Наряду с достоинствами таких усилителей известны и их недостатки, связанные с необходимостью подавления продуктов ШИМ, для его используются многоканальные схемы. Along with the advantages of such amplifiers, their disadvantages associated with the need to suppress PWM products are also known; multichannel circuits are used for it.

Ближайшим аналогом является изобретение "Передатчик амплитудно-модулированных сигналов" по а.с. N 1665517, кл. H 04 B 1/04, опубл. 23.07.91, Бюл. N 27. Такой передатчик содержит два ключевых двухтактных усилителя, широтно-импульсный модулятор, возбудитель, полосовой фильтр (колебательную систему), силовой источник питания и два элемента совпадения. The closest analogue is the invention "Transmitter of amplitude-modulated signals" by A.S. N 1665517, cl. H 04 B 1/04, publ. 07/23/91, Bull. N 27. Such a transmitter contains two key push-pull amplifiers, a pulse-width modulator, an exciter, a band-pass filter (oscillatory system), a power supply and two matching elements.

Два ключевых двухтактных усилителя этого передатчика образуют мостовую схему резонансного инвертора. На входы первого ключевого двухтактного усилителя управляющие противофазные сигналы типа "меандр" поступают от возбудителя непрерывно, а на входы второго ключевого двухтактного усилителя от возбудителя поступают "пачки" импульсов, при этом длительность "пачки" определяется широтно-импульсным модулятором и формируется с помощью двух схем совпадения. В результате этого к входу выходного полосового фильтра прикладываются радиоимпульсы, длительность которых определятся широтно-импульсным модулятором. Благодаря сокращению числа преобразований в таком передатчике может быть достигнут высокий КПД. Two key push-pull amplifiers of this transmitter form a bridge circuit of a resonant inverter. The inputs of the first key push-pull amplifier control antiphase signals of the "meander" type are received from the pathogen continuously, and the inputs of the second key push-pull amplifier come from the pathogen "bursts" of pulses, while the duration of the "burst" is determined by a pulse-width modulator and is formed using two circuits coincidences. As a result of this, radio pulses are applied to the input of the output bandpass filter, the duration of which is determined by a pulse-width modulator. By reducing the number of conversions in such a transmitter, high efficiency can be achieved.

Однако этот передатчик не лишен известных недостатков, связанных с возможностью прохождения "сквозных" токов через транзисторы, а также необходимостью подавления тактовой частоты и ее продуктов. However, this transmitter is not without its known drawbacks related to the possibility of passing through currents through transistors, as well as the need to suppress the clock frequency and its products.

Перед разработчиками была поставлена задача создания ключевого двухтактного амплитудно-модулированного передатчика с высокими технико-экономическими показателями, лишенного указанных недостатков. The developers were tasked with creating a key push-pull amplitude-modulated transmitter with high technical and economic performance, devoid of these shortcomings.

Поиск технического решения привел к схеме, приведенной на фиг. 1. The search for a technical solution led to the circuit shown in FIG. one.

На фиг. 4 приведены эпюры, поясняющие работу передатчика, где:
1, 2 - управляющие напряжения на входах коммутирующих приборов 1-1 и 1-2;
3, 4 - управляющие напряжения на входах коммутирующих приборов 2-1 и 2-2;
5, 6 - напряжения между выводами 1 и 2 коммутирующих приборов 2-1 и 2-2;
7 - выходное напряжение.In FIG. 4 shows diagrams explaining the operation of the transmitter, where:
1, 2 - control voltages at the inputs of switching devices 1-1 and 1-2;
3, 4 - control voltages at the inputs of switching devices 2-1 and 2-2;
5, 6 - voltage between the terminals 1 and 2 of the switching devices 2-1 and 2-2;
7 - output voltage.

Формирование амплитудно-модулированного сигнала в таком передатчике осуществляется путем периодической подзарядки двух индуктивных накопителей энергии 7 и 8 в течение части полупериода высокочастотных колебаний и передачей энергии колебательной системе 3 в течение последующего полупериода. Удержание тока индуктивных накопителей энергии 7 и 8 в течение паузы, когда подзарядка не производится, поочередно выполняется коммутирующими приборами 2-1 и 2-2, одновременно осуществляющими передачу энергии колебательной системе 3. The formation of the amplitude-modulated signal in such a transmitter is carried out by periodically recharging two inductive energy storage devices 7 and 8 for part of a half-period of high-frequency oscillations and transferring energy to the oscillating system 3 during the subsequent half-period. Holding the current of inductive energy storage devices 7 and 8 during a pause, when recharging is not performed, is alternately performed by switching devices 2-1 and 2-2, simultaneously transmitting energy to the oscillatory system 3.

При включении коммутатора 1-1 на время τ_и осуществляется подзарядка индуктивного накопителя 7. В это же время ток индуктивного накопителя 8 проходит через колебательную систему 3 и коммутатор 1-1. В момент окончания импульса "1" длительностью τ_и сигналом "3" отпирается коммутатор 2-1 и остается в таком состоянии на время T_в/2-τ_и, т.е. до окончания полупериода несущей частоты. В результате этого на выходе колебательной системы формируется полуволна напряжения (эпюра "7"). Аналогично формируется вторая полуволна.When the switch 1-1 is turned on for the time τ _{, the} inductive drive 7 is recharged. At the same time, the current of the inductive drive 8 passes through the oscillating system 3 and the switch 1-1. At the end of pulse "1" with duration τ _and signal "3", switch 2-1 is unlocked and remains in this state for a time T _in / 2-τ _and , i.e. until the end of the half-cycle of the carrier frequency. As a result of this, a half-wave of voltage is formed at the output of the oscillatory system (diagram "7"). The second half-wave is formed similarly.

Как непосредственно следует из рассмотренной схемы передатчика амплитудно-модулированных сигналов, в нем исключена возможность прохождения "сквозных" токов, так как коммутирующие приборы включены встречно. Кроме того, нет проблемы подавления напряжения тактовой частоты и ее продуктов, так как широтно-импульсная модуляция осуществляется на несущей частоте передатчика. Следовательно, отсутствуют низкочастотные элементы фильтра, характерные для передатчиков с широтно-импульсной модуляцией. As follows directly from the considered transmitter circuit of the amplitude-modulated signals, it excludes the possibility of passing "through" currents, since the switching devices are turned on in opposite directions. In addition, there is no problem of suppressing the voltage of the clock frequency and its products, since pulse-width modulation is carried out at the carrier frequency of the transmitter. Therefore, there are no low-frequency filter elements characteristic of pulse-width modulated transmitters.

Таким образом, предложенный передатчик обеспечивает высокий промышленный КПД при улучшенных качественных и массогабаритных показателях. Thus, the proposed transmitter provides high industrial efficiency with improved quality and overall dimensions.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного передатчика амплитудно-модулированных сигналов. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed transmitter amplitude-modulated signals.

На фиг. 2 - схема транзисторного варианта выполнения передатчика с диодами в коллекторных цепях транзисторов второго усилителя. In FIG. 2 is a diagram of a transistor embodiment of a transmitter with diodes in the collector circuits of transistors of a second amplifier.

На фиг.3 - схема транзисторного варианта выполнения передатчика с одним общим диодом в эмиттерной или истоковой цепи второго усилителя. Figure 3 - diagram of a transistor embodiment of the transmitter with one common diode in the emitter or source circuit of the second amplifier.

На фиг.4 - эпюры сигналов, поясняющие работу передатчика. Figure 4 - diagrams of signals explaining the operation of the transmitter.

Передатчик (фиг. 1) содержит первый ключевой двухтактный усилитель 1 с коммутирующими приборами 1-1 и 1-2, второй ключевой двухтактный усилитель 2 с коммутирующими приборами 2-1 и 2-2, колебательную систему 3 (резонансный контур или П-образный фильтр), силовой источник питания 4, широтно-импульсный модулятор 5, возбудитель 6, а также два индуктивных накопителя энергии 7 и 8. При этом коммутирующие приборы 1-1 и 1-2, а также 2-1 и 2-2 усилителей 1 и 2 включены встречно, выводы 2 коммутирующих приборов усилителя 1 соединены с минусовым выводом силового источника питания 4, плюсовой вывод которого соединен с выводами 2 усилителя 2. Индуктивные накопители энергии 7 и 8 включены параллельно коммутирующим прибором усилителя 2, а колебательная система 3 включена между выводами 1 коммутирующих приборов усилителя 2. Выводы 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5 соединены с входами двухтактного усилителя 1, а выходы 3 и 4 широтно-импульсного модулятора 5 соединены с входами двухтактного усилителя 2. Вход тактовой частоты широтно-импульсного модулятора 5 соединен с выходом возбудителя 6. Второй вход широтно-импульсного модулятора 5 соединен с источником напряжения низкой частоты. The transmitter (Fig. 1) contains the first key push-pull amplifier 1 with switching devices 1-1 and 1-2, the second key push-pull amplifier 2 with switching devices 2-1 and 2-2, the oscillating system 3 (resonant circuit or U-shaped filter ), a power supply 4, a pulse-width modulator 5, a pathogen 6, as well as two inductive energy storage devices 7 and 8. Moreover, switching devices 1-1 and 1-2, as well as 2-1 and 2-2 of amplifiers 1 and 2 are included in the opposite direction, the terminals 2 of the switching devices of the amplifier 1 are connected to the negative terminal of the power source 4, the positive terminal of which is connected to the terminals 2 of the amplifier 2. Inductive energy storage devices 7 and 8 are connected in parallel with the switching device of the amplifier 2, and the oscillating system 3 is connected between the terminals 1 of the switching devices of the amplifier 2. The terminals 1 and 2 of the pulse-width modulator 5 are connected to the inputs of the push-pull amplifier 1, and the outputs 3 and 4 of the pulse-width modulator 5 are connected to the inputs of the push-pull amplifier 2. The input of the clock frequency of the pulse-width modulator 5 is connected to the output of the exciter 6. The second input of the pulse-width a different modulator 5 is connected to a low frequency voltage source.

В качестве коммутирующих приборов ключевых двухтактных усилителей могут использоваться генераторные или модуляторные лампы L1 ... L4. При этом анод коммутирующего прибора 1-1 соединен с анодом коммутирующего прибора 2-1, анод коммутирующего прибора 1-2 соединен с анодом коммутирующего прибора 2-2, катод коммутирующего прибора 1-1 соединен с катодом коммутирующего прибора 1-2 и с минусовым выводом источника питания 4, катод коммутирующего прибора 2-1 соединен с катодом коммутирующего прибора 2-2 и с плюсовым выводом источника питания 4. As switching devices of key push-pull amplifiers, generator or modulator lamps L1 ... L4 can be used. In this case, the anode of the switching device 1-1 is connected to the anode of the switching device 2-1, the anode of the switching device 1-2 is connected to the anode of the switching device 2-2, the cathode of the switching device 1-1 is connected to the cathode of the switching device 1-2 and with a negative terminal the power source 4, the cathode of the switching device 2-1 is connected to the cathode of the switching device 2-2 and with the positive output of the power source 4.

Передатчик (фиг. 2) содержит в качестве коммутирующих приборов транзисторы T1 ... T4. Усилитель 2 дополнительно содержит диоды 9 и 10, аноды которых соединены с общими точками индуктивных накопителей энергии 7 и 8 и коллекторов или стоков транзисторов усилителя 1. The transmitter (Fig. 2) contains transistors T1 ... T4 as switching devices. The amplifier 2 further comprises diodes 9 and 10, the anodes of which are connected to the common points of the inductive energy storage devices 7 and 8 and the collectors or drains of the transistors of the amplifier 1.

Передатчик (фиг. 3) содержит в качестве коммутирующих приборов транзисторы T1 . .. T4. Усилитель 2 дополнительно содержит диод 11, анод которого соединен с эмиттерами или истоками транзисторов усилителя 2, а катод соединен с плюсовым выводом источника питания 4. The transmitter (Fig. 3) contains transistors T1 as switching devices. .. T4. The amplifier 2 further comprises a diode 11, the anode of which is connected to the emitters or the sources of the transistors of the amplifier 2, and the cathode is connected to the positive terminal of the power supply 4.

Передатчик работает следующим образом. The transmitter operates as follows.

С выхода возбудителя 6 (фиг. 1) сигналы типа "меандр" несущей частоты передатчика поступает на вход широтно-импульсного модулятора 5, на второй вход которого поступает модулирующий сигнал низкой частоты. Широтно-импульсный модулятор 5 преобразует поступающий сигнал в последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна мгновенному значению входного напряжения низкой частоты, а частота равна несущей частоте передатчика. С выходов 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5 эти сигналы поступают на коммутирующие приборы 1-1 и 1-2 первого ключевого двухтактного усилителя 1, в результате чего от силового источника питания 4 осуществляется подзарядка индуктивных накопителей энергии 7 и 8. С выходов 3 и 4 сигналы типа "меандр" поступают на коммутирующие приборы 2-1 и 2-2 второго ключевого двухтактного усилителя 2. При этом в течение одного полупериода несущей частоты отпираются коммутирующие приборы 1-1 и 2-1, а в течение другого полупериода отпираются коммутирующие приборы 1-2 и 2-2. From the output of the pathogen 6 (Fig. 1), signals of the meander type of the carrier frequency of the transmitter are fed to the input of a pulse-width modulator 5, to the second input of which a low-frequency modulating signal is supplied. Pulse-width modulator 5 converts the incoming signal into a sequence of pulses, the duration of which is proportional to the instantaneous value of the input voltage of a low frequency, and the frequency is equal to the carrier frequency of the transmitter. From the outputs 1 and 2 of the pulse-width modulator 5, these signals are fed to the switching devices 1-1 and 1-2 of the first key push-pull amplifier 1, as a result of which the inductive energy storage devices 7 and 8 are recharged from the power supply 4. From outputs 3 and 4 meander signals are supplied to switching devices 2-1 and 2-2 of the second key push-pull amplifier 2. Moreover, during one half-cycle of the carrier frequency, switching devices 1-1 and 2-1 are unlocked, and during another half-period, switching devices are unlocked 1-2 2-2.

В результате этого в колебательной системе 3 формируется симметричный сигнал несущей частоты, величина которого определяется током накопителей 7 и 8, который пропорционален длительности импульсов, поступающих с выходов 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5. As a result of this, a symmetrical carrier frequency signal is generated in the oscillating system 3, the value of which is determined by the current of the drives 7 and 8, which is proportional to the duration of the pulses coming from the outputs 1 and 2 of the pulse-width modulator 5.

Вариант реализации передатчика, приведенный на фиг.2 отличается тем, что упомянутые ключевые двухтактные усилители выполнены на транзисторах и для исключения обратных токов через транзисторы T3 и T4 введены диоды 9 и 10. The embodiment of the transmitter shown in FIG. 2 is characterized in that the key push-pull amplifiers are transistorized and diodes 9 and 10 are introduced to eliminate reverse currents through transistors T3 and T4.

Вариант реализации передатчика, приведенный на фиг.3 отличается тем, что для исключения обратных токов транзисторов T3 и T4, введен общий диод 11, включенный в эмиттерную или истоковую цепь транзисторов. The transmitter embodiment shown in FIG. 3 is characterized in that in order to eliminate the reverse currents of transistors T3 and T4, a common diode 11 is introduced, which is included in the emitter or source circuit of the transistors.

С целью исключения токов цепи управления коммутирующих приборов 2-1 и 2-2 (фиг.1) при обратном напряжении, когда приборы 1-1 и 1-2 отперты, выходное импульсное напряжение, формируемое широтно-импульсным модулятором 5 и поступающее с выходов 3 и 4 на входы коммутаторов 2-1 и 2-2 блокируется. Таким образом, длительность импульсов, поступающих на входы второго ключевого двухтактного усилителя 2 равна разности полупериода сигнала возбудителя и длительности импульсов, поступающий на входы первого ключевого двухтактного усилителя 1 (п. 4 формулы изобретения). In order to exclude the currents of the control circuit of switching devices 2-1 and 2-2 (Fig. 1) at the reverse voltage, when devices 1-1 and 1-2 are unlocked, the output pulse voltage generated by the pulse-width modulator 5 and coming from the outputs 3 and 4 to the inputs of switches 2-1 and 2-2 is blocked. Thus, the duration of the pulses arriving at the inputs of the second key push-pull amplifier 2 is equal to the difference between the half-cycle of the signal of the pathogen and the duration of the pulses arriving at the inputs of the first key push-pull amplifier 1 (claim 4).

Claims

1. The amplitude-modulated signal transmitter containing the first key push-pull amplifier, including the first and second switching devices, the second key push-pull amplifier, including the first and second switching devices, an oscillating system, a power supply, pulse-width modulator and exciter, while the first the outputs of the first switching devices of the amplifiers are connected, characterized in that two inductive energy storage devices are introduced, connected in parallel with the first and second switching devices of the second amplifier, the switching devices of the amplifiers are turned on in opposite directions, the second terminals of the switching devices of the first amplifier are connected to the negative terminal of the power supply, the positive terminal of which is connected to the second terminals of the switching devices of the second amplifier, the first conclusions of which are connected to the oscillating system, while the exciter output is connected to the input the clock frequency of the pulse-width modulator, the first and second outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first amplifier, and the third and four the first outputs are connected to the corresponding inputs of the second amplifier.

2. The device according to claim 1, characterized in that the switching devices of the amplifiers are made on transistors, while the second amplifier contains two diodes, the anodes of which are connected to the common points of the inductive energy storage devices and collectors or drains of the transistors of the first amplifier, and the cathodes are connected to common points collectors or drains of the second amplifier and oscillatory system.

3. The device according to claim 1, characterized in that the switching devices of the amplifiers are made on transistors, while the second amplifier contains a diode, the anode of which is connected to the emitters or the sources of the transistors, and the cathode is connected to the positive terminal of the power source.

4. The device according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the pulse duration τ _1.2 from the first and second outputs of the pulse-width modulator and the pulse duration τ _3.4 from the third and fourth outputs of the pulse-width modulator are connected with period T _{in the} frequency of the pathogen ratio

Where

in