RU2465719C1 - Transistor-based power amplifier of radio transmitter - Google Patents
Transistor-based power amplifier of radio transmitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465719C1 RU2465719C1 RU2011124307/08A RU2011124307A RU2465719C1 RU 2465719 C1 RU2465719 C1 RU 2465719C1 RU 2011124307/08 A RU2011124307/08 A RU 2011124307/08A RU 2011124307 A RU2011124307 A RU 2011124307A RU 2465719 C1 RU2465719 C1 RU 2465719C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- harmonic
- circuit
- input signal
- stage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового (KB) диапазона, оконечным каскадом которого является усилитель мощности.This invention relates to short-wave (KB) radio transmitters, 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. Genning. Priority dated 12/19/2008.
2. Радиопередающие устройства / Под ред. Г.Л.Зейтленка - М., Связь, 1969. - С.52.2. Radio transmitting devices / Ed. G.L. Zeitlenka - M., Communication, 1969. - P. 52.
3. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В.Шахгильдяна. - М.: «Радиосвязь», 1996, - С.103-109.3. Radio transmitting devices. Ed. V.V.Shahgildyan. - M.: "Radio Communication", 1996, - S.103-109.
По технической сущности наиболее близким к изобретению является усилитель, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за прототип. Во втором и третьем источнике описан аналог изобретения.By technical nature, the amplifier closest to the invention is the amplifier described in the first source, which for this reason is taken as a prototype. The second and third sources describe an analogue of the invention.
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=Uк1/Eк, где Eк - напряжение источника коллекторного питания, и возрастет КПД усилителя ŋк=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 tripler 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 utilization coefficient of the collector voltage ξ = U к1 / E к , where E 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 efficiency of the transmitter
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 изобретения является повышение КПД усилителя передатчика за счет дополнительно введенных варактора, конденсатора и двух колебательных контуров, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, не потребляющих энергию от источника питания.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the transmitter amplifier due to the additionally introduced varactor, capacitor and two oscillatory circuits tuned in resonance to the third harmonic of the input signal, not consuming energy from the power source.
Сущность изобретения состоит в том, что в транзисторный усилитель мощности передатчика, состоящего из предоконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе с вторичной обмоткой, настроенным в резонанс на первую гармонику входного сигнала, и оконечного каскада с параллельным колебательным контуром на его выходе, настроенным в резонанс тоже на первую гармонику входного сигнала, дополнительно введены варактор, конденсатор и два параллельных колебательных контура, настроенных в резонанс на третью гармонику входного сигнала, один из которых имеет вторичную обмотку, шунтированную введенным конденсатором, и подключен через варикап параллельно к выходному колебательному контуру предоконечного каскада, один конец вторичной обмотки которого заземлен, а второй ее конец соединен с одним концом вторичной обмотки введенного контура, второй конец которой соединен с входом оконечного каскада передатчика; второй введенный контур включен последовательно с контуром на выходе оконечного каскада передатчика.The essence of the invention lies in the fact that the transistor power amplifier of the transmitter, consisting of a pre-terminal stage with a parallel oscillatory circuit at its output with a secondary winding tuned in resonance to the first harmonic of the input signal, and a terminal stage with a parallel oscillatory circuit at its output, tuned to the resonance is also at the first harmonic of the input signal, an additional varactor, a capacitor and two parallel oscillatory circuits tuned into resonance at the third harmonic of the input signal, one of which has a secondary winding, shunted by the introduced capacitor, and connected through a varicap in parallel to the output oscillating circuit of the pre-termination stage, one end of the secondary winding of which is grounded, and its second end is connected to one end of the secondary winding of the input circuit, the second end of which is connected to the input of the terminal stage of the transmitter; the second input circuit is connected in series with the circuit at the output of the transmitter end stage.
Существенным отличием изобретения являются введенные элементы, не потребляющие энергию от источника питания и формирующие третью гармонику входного сигнала и тем самым повышающие КПД передатчика.A significant difference of the invention are the introduced elements that do not consume energy from the power source and form the third harmonic of the input signal and thereby increase the efficiency of the transmitter.
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного усилителя, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Figure 1 presents a schematic diagram of the proposed amplifier, figure 2 is a timing diagram explaining its operation.
На фиг.1 предоконечный каскад выполнен на транзисторе VT1, а оконечный - на VT2. Варактор обозначен как VD. Введенные элементы обведены пунктирной линией.In Fig.1, the pre-terminal cascade is made on the transistor VT1, and the terminal - on VT2. A varactor is designated as VD. Entered elements are outlined with a dashed line.
Работа схемы происходит следующим образом. Сигнал uвх(t)=Ucosωt поступает на вход предоконечного каскада, который работает в режиме колебаний 2-го рода с углом отсечки θ=90° и его выходной контур настроен в резонанс на первую гармонику входного сигнала. С выхода этого контура сигнал поступает на варактор VD. Варактор имеет нелинейную вольт-кулоновую характеристику, и поэтому на его выходе имеют место гармоники входного сигнала, 3-я из которых выделяется в его нагрузочном контуре. Эта же 3-я гармоника имеет место и во вторичной обмотке этого контура, зашунтированная конденсатором С1 и соединенная одним концом с незаземленным концом вторичной обмотки контура предоконечного каскада. Второй конец второй обмотки контура утроителя подключен ко входу оконечного каскада передатчика.The operation of the circuit is as follows. The signal u in (t) = Ucosωt is fed to the input of the pre-terminal stage, which operates in the mode of oscillations of the second kind with a cutoff angle θ = 90 ° and its output circuit is tuned to resonance to the first harmonic of the input signal. From the output of this circuit, the signal enters the VD varactor. The varactor has a nonlinear volt-coulomb characteristic, and therefore there are harmonics of the input signal at its output, the third of which is allocated in its load circuit. The same 3rd harmonic also occurs in the secondary winding of this circuit, shunted by capacitor C1 and connected at one end to the ungrounded end of the secondary winding of the pre-termination circuit. The second end of the second winding of the triplicator circuit is connected to the input of the transmitter end stage.
На вход оконечного каскада поступает сумма напряжений первой гармоники Uк1 и третьей гармоники Uк3, соотношение которых Uк3/Uк1=0,15-0,3. Такое соотношение выполняется, так как варикап с его входным и выходным контурами образуют варакторный утроитель частоты, КПД которого равен 0,75. Так как 3-я гармоника противофазна первой, то входное и выходное напряжение оконечного каскада имеет седловидный провал (двугорбую кривую), как показано на фиг.2, а напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора при наличии третьей гармоники увеличивается, как показано на фиг.2, и режим из оптимального критического или слабо перенапряженного переходит в недонапряженный режим, где КПД и выходная мощность меньше, чем в исходном режиме. Для перехода в исходный режим надо увеличить амплитуду первой гармоники Uк1, отчего увеличится коэффициент использования коллекторного напряжения ξ=Uк1/Eк, где Eк - напряжение источника питания, а также КПД оконечного каскада ή=0,5ξα1/α2, где α - функции Берга. Так как третья гармоника формируется из первой, то она отстает от нее, отчего двугорбая кривая суммарного напряжения будет несимметричной: один горб больше другого и будет заходить в перенапряженный режим. В этом случае нельзя увеличивать амплитуду первой гармоники для перехода в критический или слабоперенапряженный режим и тем самым нельзя увеличить КПД передатчика и его выходную мощность. Для исключения этого недостатка и введен конденсатор C1, который симметрирует двугорбую кривую, обеспечивая возможность увеличения КПД и выходной мощности. At the input of the terminal stage, the sum of the voltages of the first harmonic Uк 1 and the third harmonic Uк 3 , the ratio of which Uк 3 / Uк 1 = 0.15-0.3, is received. This ratio is satisfied, since the varicap with its input and output circuits form a varactor frequency tripler, the efficiency of which is 0.75. Since the 3rd harmonic is out of phase with the first, the input and output voltage of the terminal stage has a saddle dip (two-hump curve), as shown in Fig. 2, and the voltage at the collector-emitter junction of the transistor increases with the third harmonic, as shown in Fig. 2. 2, and the mode from the optimal critical or weakly overstressed transitions to the understressed mode, where the efficiency and output power are less than in the initial mode. To go back to the initial mode, it is necessary to increase the amplitude of the first harmonic Uк 1 , which will increase the utilization of the collector voltage ξ = Uк 1 / Eк, where Eк is the voltage of the power supply, as well as the efficiency of the terminal stage ή = 0.5ξα1 / α2, where α are the functions Berg. Since the third harmonic is formed from the first, it lags behind it, which is why the two-humped curve of the total voltage will be asymmetric: one hump is larger than the other and will go into over-stressed mode. In this case, it is impossible to increase the amplitude of the first harmonic to go into a critical or weakly stressed mode, and thus it is impossible to increase the efficiency of the transmitter and its output power. To eliminate this drawback, a capacitor C1 was introduced, which symmetrizes the two-hump curve, providing the possibility of increasing the efficiency and output power.
Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение КПД передатчика на 18% (с 70% до 88%) и выходной мощности за счет введенных элементов, не потребляющих мощности источника питания.The technical and economic effect of the invention is to increase the efficiency of the transmitter by 18% (from 70% to 88%) and the output power due to the introduced elements that do not consume the power of the power source.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124307/08A RU2465719C1 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Transistor-based power amplifier of radio transmitter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011124307/08A RU2465719C1 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Transistor-based power amplifier of radio transmitter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2465719C1 true RU2465719C1 (en) | 2012-10-27 |
Family
ID=47147647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124307/08A RU2465719C1 (en) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | Transistor-based power amplifier of radio transmitter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465719C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546066C2 (en) * | 2013-04-25 | 2015-04-10 | Александр Николаевич Зыков | Transistor amplifier with parallel control |
| RU2601142C1 (en) * | 2015-10-19 | 2016-10-27 | Сергей Николаевич Егоров | Radio transmitter |
| RU2671302C1 (en) * | 2017-09-27 | 2018-10-30 | Сергей Николаевич Егоров | Radio transmitter |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523507A1 (en) * | 1973-04-10 | 1976-07-30 | Таганрогский Радиотехнический Институт | Frequency multiplier |
| RU84649U1 (en) * | 2008-12-19 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | TRANSISTOR POWER AMPLIFIER |
-
2011
- 2011-06-16 RU RU2011124307/08A patent/RU2465719C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523507A1 (en) * | 1973-04-10 | 1976-07-30 | Таганрогский Радиотехнический Институт | Frequency multiplier |
| RU84649U1 (en) * | 2008-12-19 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | TRANSISTOR POWER AMPLIFIER |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546066C2 (en) * | 2013-04-25 | 2015-04-10 | Александр Николаевич Зыков | Transistor amplifier with parallel control |
| RU2601142C1 (en) * | 2015-10-19 | 2016-10-27 | Сергей Николаевич Егоров | Radio transmitter |
| RU2671302C1 (en) * | 2017-09-27 | 2018-10-30 | Сергей Николаевич Егоров | Radio transmitter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103095217B (en) | Low Phase Noise Voltage-controlled Oscillator | |
| US7961058B2 (en) | Frequency divider using an injection-locking-range enhancement technique | |
| US8493105B2 (en) | Injection-locked frequency divider | |
| JP2013081160A5 (en) | ||
| US10644648B2 (en) | Radio frequency oscillator | |
| US20080284534A1 (en) | Oscillator | |
| WO2011156379A8 (en) | Resonator circuit and amplifier circuit | |
| RU2465719C1 (en) | Transistor-based power amplifier of radio transmitter | |
| US20140035649A1 (en) | Tuned resonant clock distribution system | |
| US20170229914A1 (en) | Power wireless transmitter in magnetic resonance-based wireless power transmission system | |
| US8264290B2 (en) | Dual positive-feedbacks voltage controlled oscillator | |
| US10187070B2 (en) | Local oscilator distribution and phase shifting circuits | |
| CN104270147A (en) | Ring oscillator | |
| CN102624334A (en) | Rotary traveling wave voltage controlled oscillator with high power and large tuning ranges | |
| US20190081595A1 (en) | Voltage waveform shaping oscillator | |
| RU2015102989A (en) | SYSTEM AND METHOD FOR BALANCE MODE PARAMETRIC AMPLIFIER | |
| US8198923B2 (en) | Harmonic suppression circuit, an injection-locked frequency divider circuit and associated methods | |
| JP5627540B2 (en) | Injection locking oscillator | |
| KR20160078392A (en) | Resonant high-frequency power supply device and switching circuit for resonant high-frequency power supply device | |
| TWI440298B (en) | Voltage controlled oscillator | |
| US8031016B2 (en) | Multiplying oscillator and wireless apparatus in which the same is installed | |
| CN107888149B (en) | Harmonic mixing frequency multiplier circuit | |
| TWI513177B (en) | Frequency multiplier and signal frquency-multiplying method | |
| US8219054B2 (en) | Oscillating circuit and radio communication apparatus | |
| RU111727U1 (en) | TRANSISTOR AMPLIFIER POWER OF THE RADIO TRANSMITTER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130617 |