RU2749015C1

RU2749015C1 - Analog signal amplifier

Info

Publication number: RU2749015C1
Application number: RU2020129268A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Александров; Любовь Васильевна Маркова; Юрий Витальевич Казаков
Original assignee: Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-06-03

Abstract

FIELD: acoustics; hydroacoustics.SUBSTANCE: invention relates to amplifying and generating equipment and can be used in acoustic and hydroacoustic broadband power amplifiers (PA). In addition, a decrease in energy losses at the upper gradation of power for high-power amplification devices is provided by the power supply of the key PA through the key circuit from the voltage of the object network under conditions of compensation for its change by the appropriate digital control of the transfer coefficient of the buffer amplifier using a voltage sensor and an analog-to-digital converter.EFFECT: invention is aimed at increasing the energy efficiency and uniformity of the amplitude-frequency response of the output voltage under operating conditions for a changing complex load due to the use of a two-channel pulse-width modulator of two key power amplifiers with low-pass filters, an output combiner, as well as a multichannel power supply with a diode combiner and a code converter for step voltage control power supply and digital control of the buffer amplifier of the input signal.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в акустических и гидроакустических широкополосных усилителях мощности режимов гидросвязи и гидролокации.The invention relates to the field of amplification and generator technology and can be used in acoustic and hydroacoustic broadband power amplifiers in hydraulic communication and sonar modes.

Известны технические решения устройств усиления аналоговых сигналов [Кибакин В.М. Основы теории и расчета транзисторных низкочастотных усилителей мощности. М.: Радио и связь 1988, 240 с., Артым А.Д. Усилители класса D и ключевые генераторы радиосвязи и радиовещания. М.: Связь. 1980., с. 207], использующих линейный и ключевой методы усиления. Наряду с известными преимуществами, такими как малые нелинейные искажения и широкий динамический диапазон, линейные усилители [Кибакин В.М. Основы теории и расчета транзисторных низкочастотных усилителей мощности. М.: Радио и связь 1988, 240 с.] имеют большие потери энергии, относительная величина которых может быть соизмерима с номинальной выходной мощностью устройства. В свою очередь, ключевые усилители мощности (усилители класса D) обладают высокой энергетической эффективностью при относительных потерях не более 0,1 от номинальной выходной мощности, но вместе с тем характеризуются значительными искажениями, особенно при малом уровне выходного сигнала.Known technical solutions for amplification devices for analog signals [Kibakin V.M. Fundamentals of the theory and calculation of transistor low-frequency power amplifiers. M .: Radio and communication 1988, 240 p., Artym A.D. Class D amplifiers and key generators for radio communication and broadcasting. M .: Communication. 1980., p. 207] using linear and key amplification methods. Along with the well-known advantages, such as low nonlinear distortion and a wide dynamic range, linear amplifiers [Kibakin V.M. Fundamentals of the theory and calculation of transistor low-frequency power amplifiers. M .: Radio and communication 1988, 240 pp.] Have large energy losses, the relative value of which can be commensurate with the nominal output power of the device. In turn, key power amplifiers (class D amplifiers) have high energy efficiency with a relative loss of no more than 0.1 of the rated output power, but at the same time they are characterized by significant distortion, especially at a low output signal level.

Одним из факторов, ограничивающих динамический диапазон усилителей класса D, является проникновение высокочастотных продуктов импульсного преобразования аналогового сигнала на выход устройства, что, как правило, ограничивает динамический диапазон усиления на уровне (30-40) дБ. В техническом решении [Авторское свидетельство СССР №1239735 «Усилитель класса D». опубл. 23.06.84] предложено параллельное включение ключевого усилителя и линейного усилителя через связанные обмотки дросселя фильтра нижних частот для подавления высокочастотных (ВЧ) составляющих на нагрузке. Однако, при этом сохраняются существенные нелинейные искажения, присущие усилителю класса D в части передачи сигналов малого уровня. В результате динамический диапазон может быть расширен до (40-50) дБ при нелинейных искажениях выходного напряжения (1-3) % с увеличением искажений до (10-30) %.One of the factors limiting the dynamic range of Class D amplifiers is the penetration of high-frequency analog pulse conversion products into the output of the device, which typically limits the dynamic range of amplification to (30-40) dB. In the technical solution [USSR author's certificate No. 1239735 "Class D amplifier". publ. 06/23/84] proposed parallel connection of a key amplifier and a linear amplifier through the associated windings of the low-pass filter choke to suppress high-frequency (HF) components on the load. However, this retains the significant nonlinear distortion inherent in a class D amplifier in terms of transmitting low-level signals. As a result, the dynamic range can be expanded to (40-50) dB with nonlinear distortion of the output voltage (1-3)% with an increase in distortion up to (10-30)%.

Техническая задача расширения динамического диапазона усиления в условиях пониженных потерь энергии при работе на резистивную нагрузку может быть решена использованием усилителей класса G [Догадин Н.Б. Аналого-дискретные усилители. Монография. Волгоград - СПб, 2003, 216 с.], в которых звено линейного усиления дополнено звеньями ключевого переключения ступеней напряжения электропитания. В отличии от усилителей класса В, где максимальный КПД не превышает (70-75) %, в усилителях класса G при трех ступенях электропитания, КПД может быть увеличен до значения 90% при потерях энергии около 10%, соизмеримых с усилителями класса D. Однако, при работе на комплексную нагрузку с коэффициентом активной мощности cosϕ=0,1-0,3 относительные потери энергии р_п в таких устройствах существенно возрастают:The technical problem of expanding the dynamic range of amplification in conditions of low energy losses when operating on a resistive load can be solved using class G amplifiers [Dogadin NB. Analog-discrete amplifiers. Monograph. Volgograd - SPb, 2003, 216 p.], In which the linear amplification link is supplemented with the links for key switching of the power supply voltage steps. Unlike class B amplifiers, where the maximum efficiency does not exceed (70-75)%, in class G amplifiers with three power stages, the efficiency can be increased to 90% with an energy loss of about 10%, comparable to class D amplifiers. However , when operating on a complex load with an active power factor cosϕ = 0.1-0.3, the relative energy losses p _p in such devices increase significantly:

где P_zmax, P_пmax - максимальные величины полной выходной мощности и мощности потерь, соответственно.where P _zmax , P _пmax are the maximum values of the total output power and power losses, respectively.

Уменьшить потери энергии при повышении показателей качества усиливаемого сигнала, таких как динамический диапазон и линейность амплитудной характеристики, позволяет прецизионный усилитель аналоговых сигналов, описанный в патенте РФ №2514928 на «Прецизионный усилитель аналоговых сигналов», опубл. 27.01.2014,. Настоящее устройство по количеству общих признаков является наиболее близким аналогом предлагаемого устройства и может быть принято за прототип изобретения.Reducing energy losses while increasing the quality of the amplified signal, such as the dynamic range and linearity of the amplitude characteristic, allows a precision amplifier for analog signals, described in RF patent No. 2514928 for "Precision amplifier for analog signals", publ. 01/27/2014 ,. The present device by the number of common features is the closest analogue of the proposed device and can be taken as a prototype of the invention.

Устройство-прототип использует для усиления аналоговых сигналов параллельное включение линейного усилителя и ключевого усилителя мощности (УМ), охваченных общей обратной связью по выходному току. В результате мощность выходного сигнала делится поровну между линейным и ключевым звеньями усиления.The prototype device uses parallel connection of a linear amplifier and a key power amplifier (PA), covered by a general output current feedback, to amplify analog signals. As a result, the output signal power is divided equally between the linear and key amplification links.

Структурная схема устройства-прототипа, представленная на фиг. 1, содержит буферный усилитель 1 (БУ), двухканальную схему 2 прохождения аналогового сигнала (ДС), усилитель 3 мощности (УМ), выполненный линейным, ключевой усилитель 4 мощности (УМ), выполненный ключевым, фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), сумматор 6 (СМ) и источник электропитания 7 (ИП). В известном устройстве двухканальная схема 2 может содержать дополнительный драйвер аналогового сигнала для линейного усилителя 3 при включении драйвера импульсных сигналов в состав ключевого усилителя мощности 4. Реализация отрицательной обратной связи (ООС) по выходному току обеспечивается двухканальной схемой, формирующей разностные сигналы для линейного усилителя 3 и ключевого усилителя 4 и, тем самым, обеспечивается выравнивание их выходных токов при результирующей передаточной характеристике усилительного устройства, приближенной к «генератору тока». В случае активной нагрузки это не сказывается на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) выходного напряжения. Однако при комплексной нагрузке, характерной для работы гидроакустических преобразователей (ГАП) в режимах гидросвязи и гидролокации в условиях значительного изменения их импеданса (нагрузки) Z в полосе рабочих частот (более чем в 3 раза) аналогичным образом будет изменяться и выходное напряжение.The block diagram of the prototype device shown in Fig. 1, contains a buffer amplifier 1 (BU), a two-channel circuit 2 for the passage of an analog signal (DS), a power amplifier 3 (PA) made linear, a key power amplifier 4 (PA) made of a key, a low-pass filter 5 (LPF), an adder 6 (CM) and power supply 7 (IP). In the known device, the two-channel circuit 2 may contain an additional analog signal driver for the linear amplifier 3 when the pulse signal driver is included in the key power amplifier 4. The implementation of negative feedback (NF) for the output current is provided by a two-channel circuit that generates differential signals for the linear amplifier 3 and key amplifier 4 and, thus, provides the alignment of their output currents with the resulting transfer characteristic of the amplifying device, close to the "current generator". In the case of a resistive load, this does not affect the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the output voltage. However, with a complex load typical for the operation of hydroacoustic transducers (HAP) in the hydrocommunication and sonar modes under conditions of a significant change in their impedance (load) Z in the operating frequency band (more than 3 times), the output voltage will change in a similar way.

Вместе с тем глубина ООС по выходному току может достигать 20 дБ, что позволяет практически в десять раз уменьшить нелинейность амплитудной характеристики, характерной ключевому усилителю 4 мощности, и существенно подавить ВЧ составляющие напряжения на нагрузке. Таким образом, динамический диапазон усиления в устройстве-прототипе приближается к динамическому диапазону, характерному для высококачественных линейных усилителей. Причем, в случае применения такого устройства практически в два раза уменьшаются максимальные потери энергии, в том числе при работе на комплексную нагрузку. Последнее обстоятельство объясняется тем, что существенная часть мощности выходного сигнала (не менее 50%) проходит через ключевой усилитель 4 с весьма низкими относительными потерями энергии

. Соответственно даже при относительных потерях энергии в линейном усилителе до 70-90% общие потери энергии в усилительном устройстве не превышают 40-50%, что выгодно отличает его от известных технических аналогов на основе линейных усилителей класса В и G.At the same time, the OOS depth for the output current can reach 20 dB, which makes it possible to almost tenfold reduce the nonlinearity of the amplitude characteristic characteristic of the key power amplifier 4 and significantly suppress the HF components of the voltage across the load. Thus, the dynamic range of amplification in the prototype device approaches the dynamic range characteristic of high-quality linear amplifiers. Moreover, in the case of using such a device, the maximum energy losses are practically halved, including when operating on a complex load. The latter circumstance is explained by the fact that a significant part of the output signal power (at least 50%) passes through the key amplifier 4 with very low relative energy losses

... Accordingly, even with relative energy losses in the linear amplifier up to 70-90%, the total energy losses in the amplifying device do not exceed 40-50%, which favorably distinguishes it from well-known technical analogs based on class B and G linear amplifiers.

Однако достигнутого показателя энергетической эффективности устройства-прототипа недостаточно для реализации усилительных устройств аналоговых сигналов гидросвязи, где выходная мощность достигает 10 кВА. При этом неравномерность АЧХ выходного устройства в условиях работы на изменяющуюся нагрузку является неприемлемой применительно к широкополосным режимам гидросвязи.However, the achieved indicator of the energy efficiency of the prototype device is not enough for the implementation of amplifying devices for analog signals in hydraulic communications, where the output power reaches 10 kVA. In this case, the unevenness of the frequency response of the output device under conditions of operation with a varying load is unacceptable in relation to broadband modes of hydraulic communication.

Задачей настоящего изобретения является повышение энергетической эффективности и равномерности АЧХ выходного напряжения устройства усиления аналоговых сигналов в условиях работы на комплексную нагрузку.The objective of the present invention is to improve the energy efficiency and uniformity of the frequency response of the output voltage of the device for amplifying analog signals under conditions of operation on a complex load.

Для решения поставленной задачи в известное устройство усиления аналоговых сигналов, содержащее источник электропитания, соединенный входом к шине электропитания и буферный усилитель, вход которого подключен к шине выходного сигнала, а выход - к входу двуканальной схемы, первый выход которой соединен через первый ключевой усилитель мощности и первый фильтр нижних частот с первым входом сумматора, а второй выход - с входом второго усилителя, причем выход сумматора подключен к выходной шине, предлагается ввести преобразователь кода, подключенный входом к шине передачи данных, диодный сумматор и второй фильтр нижних частот, причем второй усилитель выполнен в виде второго ключевого усилителя мощности, двухканальная схема реализована на двухканальном широтно-импульсном модуляторе, буферный усилитель снабжен цифровым входом управления, а источник электропитания выполнен многоканальным, входы каналов которого объединены и являются входом источника электропитания, а выходы подключены к входам диодного сумматора, выход которого подключен к выводам электропитания первого и второго ключевых усилителей мощности, при этом входы управления каналов источника электропитания подключены к соответствующим выходам преобразователя кода, цифровой выход которого соединен с цифровым входом управления буферного усилителя.To solve the problem, a known analog signal amplification device contains a power supply connected by an input to the power supply bus and a buffer amplifier, the input of which is connected to the output signal bus, and the output to the input of a two-channel circuit, the first output of which is connected through the first key power amplifier and the first low-pass filter with the first input of the adder, and the second output with the input of the second amplifier, and the output of the adder is connected to the output bus, it is proposed to introduce a code converter connected by the input to the data transfer bus, a diode adder and a second low-pass filter, and the second amplifier is made in the form of a second key power amplifier, the two-channel circuit is implemented on a two-channel pulse-width modulator, the buffer amplifier is equipped with a digital control input, and the power supply is multichannel, the channel inputs of which are combined and are the input of the power supply, and the outputs are connected to the inputs diode adder, the output of which is connected to the power supply terminals of the first and second key power amplifiers, while the control inputs of the power supply channels are connected to the corresponding outputs of the code converter, the digital output of which is connected to the digital control input of the buffer amplifier.

Дополнительно в устройство усиления аналоговых сигналов для стабилизации выходного напряжения в условиях изменения электропитания могут быть введены ключевая схема, датчик напряжения, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого подключен к дополнительному входу преобразователя кода, а вход через датчик напряжения к шине электропитания, подключенной также через ключевую схему к дополнительному входу диодного сумматора, причем вход управления ключевой схемы соединен с дополнительным выходом преобразователя кода.In addition, a key circuit, a voltage sensor, an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is connected to the additional input of the code converter, and the input through the voltage sensor to the power supply bus connected also through the key circuit to the additional input of the diode adder, and the control input of the key circuit is connected to the additional output of the code converter.

Технический результат от применения совокупности новых признаков обеспечивает повышение энергетической эффективности при более чем двукратном уменьшении потерь энергии за счет полного перехода к применению ключевых усилителей мощности в условиях обеспечения равномерности АЧХ выходного напряжения при расширении динамического диапазона усиления до (60-70) дБ посредством использования дискретного управления уровнем входного сигнала и ступенчатого изменения напряжения электропитания ключевого УМ.The technical result from the use of a set of new features provides an increase in energy efficiency with a more than two-fold decrease in energy losses due to a complete transition to the use of key power amplifiers in conditions of ensuring uniformity of the frequency response of the output voltage while expanding the dynamic range of amplification to (60-70) dB by using discrete control the level of the input signal and stepwise change in the power supply voltage of the key PA.

Дополнительные преимущества предлагаемого технического решения достигаются в условиях повышения уровня номинальной выходной мощности до 10 кВА при электропитании ключевого УМ на максимальной градации мощности непосредственно от объектовой сети за счет принципиального уменьшения потерь в источнике электропитания и стабилизации выходного напряжения посредством обратно пропорционального управления уровнем входного сигнала в соответствии с изменением напряжения сети объекта.Additional advantages of the proposed technical solution are achieved under conditions of increasing the level of rated output power up to 10 kVA when the key PA is supplied with power at the maximum power gradation directly from the facility network due to a fundamental reduction in losses in the power supply and stabilization of the output voltage through inversely proportional control of the input signal level in accordance with by changing the voltage of the facility network.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, где представлены структурные схемы устройства прототипа (фиг. 1) и заявляемого устройства (фиг. 2) усиления аналоговых сигналов, а также иллюстрация диаграмм сигналов (фиг. 3), поясняющие особенности работы предлагаемого технического решения при дискретном управлении уровнем входного сигнала и ступенчатом изменении напряжения электропитания, в том числе в условиях прямого электропитания от изменяющегося напряжения объектовой сети в режиме большой мощности (пунктирные линии). На фиг. 3 приняты следующие обозначения:The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, fig. 2 and FIG. 3, which shows the structural diagrams of the prototype device (Fig. 1) and the claimed device (Fig. 2) for amplifying analog signals, as well as an illustration of signal diagrams (Fig. 3), explaining the features of the proposed technical solution with discrete control of the input signal level and step change in power supply voltage, including in conditions of direct power supply from changing voltage of the object network in high power mode (dotted lines). FIG. 3 the following designations are adopted:

u - выходной сигнал буферного усилителя 1 с цифровым управлением при постоянном входном сигнале;u is the output signal of the buffer amplifier 1 with digital control at a constant input signal;

S - значение кода, поступающего на цифровой вход буферного усилителя 1 с цифрового выхода преобразователя 10 кода, соответствующее коду шины передачи данных на его входе и цифровому сигналу АЦП 13;S is the value of the code entering the digital input of the buffer amplifier 1 from the digital output of the code converter 10, corresponding to the data transfer bus code at its input and the digital signal of the ADC 13;

S_вх - значение кода от шины передачи данных;S _in - the value of the code from the data transfer bus;

Е - напряжение электропитания первого и второго ключевого УМ 3 и ключевого УМ 4;E - power supply voltage of the first and second key PA 3 and key PA 4;

Е₀ - номинальное напряжение электропитания сети объекта;E ₀ - nominal voltage of the power supply network of the object;

U - выходное напряжение сумматора 6 на шине выходного сигнала;U is the output voltage of the adder 6 on the output signal bus;

V₀, V₁, V₂, V₃ - команды управления на выходах преобразователя 10 кода.V ₀ , V ₁ , V ₂ , V ₃ - control commands at the outputs of the converter 10 code.

На временных диаграммах u, S, E / E₀, V₀ (фиг. 3) пунктирными линиями иллюстрируются плавное изменение сигналов, соответствующие параметрическому регулированию выходного сигнала u буферного усилителя 1 в соответствии с кодом S при изменении напряжения питания Е для максимальной градации мощности (наличие команды V₀). Дискретное изменение выходного напряжения U согласно временным диаграммам сигналов реализуется в соответствии с кодом S_вх посредством, например, двухкратного уменьшения коэффициента передачи буферного усилителя 1 для каждой градации мощности. Такое понижение сигнала u соответствует изменению младшего разряда трехразрядного кода S_вх, старшие разряды которого преобразуются в команды V₁, V₂, V₃ управления каналами источника электропитания 7. Для удобства представления взаимной синхронизации сигналов на фиг. 3 нанесена вертикальная сетка, соответствующая изменению кода S_вх. Расширения динамического диапазона усиления в предлагаемом устройстве подтверждается введением маштабирования М10:1 на фиг. 1 при иллюстрации сигнала U малого уровня мощности.On the timing diagrams u, S, E / E ₀ , V ₀ (Fig. 3), the dashed lines illustrate the smooth change of signals corresponding to the parametric regulation of the output signal u of the buffer amplifier 1 in accordance with the code S when changing the supply voltage E for maximum power gradation ( the presence of the command V ₀ ). A discrete change in the output voltage U according to the timing diagrams of signals is implemented in accordance with the S _in code by, for example, a two-fold decrease in the transfer coefficient of the buffer amplifier 1 for each power gradation. Such a decrease in the signal u corresponds to a change in the low-order bit of the three-bit code S _in , the high-order bits of which are converted into commands V ₁ , V ₂ , V _{3 for} controlling the channels of the power supply 7. For convenience of representing the mutual synchronization of signals in FIG. 3 applied to the vertical grid corresponding change S _Rin code. Expansion of the dynamic range of amplification in the proposed device is confirmed by the introduction of scaling M10: 1 in FIG. 1 illustrating a low power signal U.

Предлагаемое устройство усиления аналоговых сигналов (фиг. 2) содержит буферный усилитель 1 (БУ), двухканальная схема 2 (ДС) на основе двухканальный широтно-импульсный модулятор, первый и второй ключевые усилители мощности 3 и 4 (УМ), первый и второй фильтры 5 и 8 нижних частот (ФНЧ), сумматор 6 (СМ), источник электропитания 7 (ИП) с каналами электропитания 7.1-7.n (КЭП), диодный сумматор 9 (ДСМ), преобразователя 10 кода (ПрК). Дополнительно предлагаемое устройство может содержать ключевую схему 11 (КС), датчик напряжения 12 (ДН) и аналогово-цифровой преобразователь 13 (АЦП).The proposed device for amplifying analog signals (Fig. 2) contains a buffer amplifier 1 (BU), a two-channel circuit 2 (DS) based on a two-channel pulse-width modulator, the first and second key power amplifiers 3 and 4 (PA), the first and second filters 5 and 8 low frequencies (LPF), adder 6 (CM), power supply 7 (IP) with power supply channels 7.1-7.n (CEP), diode adder 9 (DSM), code converter 10 (PrK). Additionally, the proposed device may contain a key circuit 11 (CS), a voltage sensor 12 (DN) and an analog-to-digital converter 13 (ADC).

В состав предлагаемого устройства усиления аналоговых сигналов входят блоки, выполняемые по известным правилам в соответствии с заявляемыми особенностями реализации, причем их совокупное применение обеспечивает достижение технического результата.The structure of the proposed device for amplifying analog signals includes blocks executed according to known rules in accordance with the claimed implementation features, and their combined application ensures the achievement of a technical result.

Буферный усилитель 1 предназначен для предварительного усиления входного сигнала и его масштабирования в соответствии с кодом S (фиг. 3). Буферный усилитель 1 может быть выполнен на операционном усилителе с цифровым управлением, обеспечивающим пропорциональное изменение коэффициента передачи от величины цифрового кода. В частности буферный усилитель такого типа реализуется на цифровом потенциометре AD5290YRMZ10 и операционном усилителе 1432УД25БУ.Buffer amplifier 1 is designed to pre-amplify the input signal and scale it in accordance with the S code (Fig. 3). The buffer amplifier 1 can be performed on an operational amplifier with digital control, which provides a proportional change in the transmission coefficient from the value of the digital code. In particular, a buffer amplifier of this type is implemented on a digital potentiometer AD5290YRMZ10 and an operational amplifier 1432UD25BU.

Двухканальный широтно-импульсный модулятор 2 должен обеспечивать преобразование выходного сигнала буферного усилителя 1 в две широтно-модулированные импульсные последовательности с частотой переключений f, сдвинутые относительно друг друга на полупериод переключений и может быть выполнен по известным правилам [Артым А.Д. Усилители класса D и ключевые генераторы радиосвязи и радиовещания. М.: Связь. 1980., с. 207],The two-channel pulse-width modulator 2 must convert the output signal of the buffer amplifier 1 into two pulse-width-modulated pulse sequences with a switching frequency f, shifted relative to each other by a switching half-cycle and can be performed according to the well-known rules [Arttym A.D. Class D amplifiers and key generators for radio communication and broadcasting. M .: Communication. 1980., p. 207],

Частота f выбирается значительно (в 10 раз) выше верхней частоты F усиливаемого сигнала. При этом частота изменения суммарного импульсного сигнала вдвое превосходит частоту переключений f, а малому уровню входного сигнала соответствуют импульсы малой длительности, что минимизирует влияние ВЧ составляющих на динамический диапазон усиления и облегчает выделение полезных низкочастотных составляющих модулированного импульсного напряжения на нагрузке.The frequency f is chosen significantly (10 times) higher than the upper frequency F of the amplified signal. In this case, the frequency of change of the total pulse signal is twice the switching frequency f, and pulses of short duration correspond to a small level of the input signal, which minimizes the effect of high-frequency components on the dynamic range of amplification and facilitates the separation of useful low-frequency components of the modulated pulse voltage at the load.

Ключевые усилители мощности 3 и 4 составляют двухканальную схему ключевого усиления, например, выполненную в соответствии с известным техническим решением [Патент РФ №2188498 «Двухканальный усилитель класса D», опубл. 27.08.2002] предназначенную для высокоэффективного усиления широтно-модулированных импульсных сигналов с минимальным искажением амплитуды и длительности. Оконечные каскады ключевого УМ могут быть выполнены на полевых транзисторах с собственными обратными диодами, включенными в полу-мостовые или мостовые схемы. При этом собственное сопротивление ключевого УМ определяется весьма малым внутренним сопротивлением открытых транзисторов, не связанных с остаточными напряжениями диодной проводимости. Для ключевого УМ большого уровня мощности можно рекомендовать применение полевых транзисторов, выполненных на основе SiC технологии, обеспечивающих минимизацию потерь энергии и искажений выходного сигнала. Низкочастотные составляющие V_н суммарного напряжения V таких усилителей с большой степенью точности могут быть определены выражением:Key power amplifiers 3 and 4 make up a two-channel key amplification circuit, for example, made in accordance with the well-known technical solution [RF Patent No. 2188498 "Two-channel amplifier of class D", publ. 27.08.2002] designed for highly efficient amplification of pulse width modulated signals with minimal distortion of amplitude and duration. The final stages of the key PA can be made on field-effect transistors with their own reverse diodes included in half-bridge or bridge circuits. In this case, the intrinsic resistance of the key PA is determined by the very low internal resistance of open transistors, which are not associated with the residual voltages of diode conduction. For a key PA of a high power level, it is possible to recommend the use of field-effect transistors made on the basis of SiC technology, which ensure the minimization of energy losses and distortion of the output signal. The low-frequency components V _{n of the} total voltage V of such amplifiers can be determined with a high degree of accuracy by the expression:

где K_шим - коэффициент передачи широтно-импульсной модуляции (ШИМ);where K _PWM - transfer coefficient of the pulse width modulation (PWM);

K_БУ - коэффициент передачи буферного усилителя;K _BU - transfer coefficient of the buffer amplifier;

u₀(t) - сигнал на входной шине устройства;u ₀ (t) - signal on the input bus of the device;

Е - напряжение электропитания ключевого УМ;E is the power supply voltage of the key PA;

u_M - максимальная амплитуда входного сигнала, соответствующая максимальной модуляции K_шим при максимальном значении K_БУ.u _M - the maximum amplitude of the input signal corresponding to the maximum modulation K _PWM at the maximum value of K _BU .

Фильтры 5, 8 нижних частот должны обеспечивать ограничение ВЧ составляющих выходных токов ключевого УМ и выделение на выходе сумматора 6 полезных низкочастотных составляющих выходного напряжения U в условиях минимизации проникновения ВЧ продуктов импульсного преобразования.Low-pass filters 5, 8 should ensure the limitation of the HF components of the output currents of the key PA and the selection at the output of the adder 6 of the useful low-frequency components of the output voltage U while minimizing the penetration of RF products of the pulse conversion.

Как правило, такие фильтры выполняются на LC-ФНЧ второго порядка и обязательно имеют индуктивный вход, подключенный к выходу ключевого УМ [Артым А.Д. Усилители класса D и ключевые генераторы радиосвязи и радиовещания. М.: Связь. 1980., с. 207],As a rule, such filters are performed on a second-order LC-low-pass filter and must have an inductive input connected to the output of the key PA [Artym A.D. Class D amplifiers and key generators for radio communication and broadcasting. M .: Communication. 1980., p. 207],

В предлагаемом устройстве в составе ФНЧ достаточно использования только дросселя при включении емкости фильтра на выходе сумматора 6. Частота среза такого результирующего фильтра может быть выбрана в 2-3 раза выше верхней частоты усиливаемых сигналов, что обеспечивает высокую равномерность АЧХ выходного напряжения в полосе рабочих частот в условиях кратного изменения импеданса нагрузки. При этом достигается также достаточное подавление ближайших ВЧ составляющих не менее чем на 30 дБ, что при двухканальной ШИМ гарантирует динамический диапазон усиления не менее чем (40-50) дБ.In the proposed device as part of the low-pass filter, it is sufficient to use only a choke when the filter capacitance is turned on at the output of the adder 6. The cutoff frequency of such a resulting filter can be selected 2-3 times higher than the upper frequency of the amplified signals, which ensures high uniformity of the frequency response of the output voltage in the operating frequency band. conditions of multiple changes in load impedance. At the same time, sufficient suppression of the nearest HF components is also achieved by at least 30 dB, which, with two-channel PWM, guarantees a dynamic gain range of at least (40-50) dB.

Сумматор 6 должен обеспечивать формирование результирующего низкочастотного напряжения на выходной шине устройства. Для согласования с нагрузкой и использования потенциала двухканальной модуляции целесообразно использовать последовательное трансформаторное сложение [Патент РФ №2188498 «Двухканальный усилитель класса D», опубл. 27.08.2002], что достигается реализацией сумматора 6 на двух выходных трансформаторах с последовательным включением вторичных обмоток.The adder 6 must provide the formation of the resulting low-frequency voltage on the output bus of the device. To match the load and use the potential of two-channel modulation, it is advisable to use a series transformer addition [RF Patent No. 2188498 "Two-channel amplifier of class D", publ. 27.08.2002], which is achieved by the implementation of the adder 6 on two output transformers with a series connection of the secondary windings.

Источник 7 электропитания в заявляемом устройстве должен содержать ряд каналов 7.1…7.n, уровень выходных напряжений которых E₁…E_n должен обеспечивать соответствующее изменение ступеней напряжения Е электропитания ключевого УМ. Для реализации предложенного технического решения относительное изменение ступеней напряжения Е выбирается исходя из требуемых градаций выходной мощности при величине ступени (10-16) дБ. Соответственно уровни мощности отдельных каналов отличаются более чем в 10 раз и основная энергетическая нагрузка остается на первом канале источника электропитания. Отдельные каналы 7.1…7.n включаются по сигналам управления, поступающим с соответствующих выходов преобразователя 10 кода, формируемых исходя из величины входного кода S_вх шины передачи данных.The power supply 7 in the claimed device must contain a number of channels 7.1 ... 7.n, the output voltage level of which E ₁ ... E _n must provide a corresponding change in the voltage steps E of the power supply of the key PA. To implement the proposed technical solution, the relative change in the voltage steps E is selected based on the required gradations of the output power at the step size (10-16) dB. Accordingly, the power levels of individual channels differ by more than 10 times and the main energy load remains on the first channel of the power supply. Separate channels 7.1 ... 7.n are switched on by control signals coming from the corresponding outputs of the code converter 10, formed on the basis of the value of the input code S _in the data transmission bus.

Диодный сумматор 9 обеспечивает передачу большего из входных напряжений, поступающих с выходов каналов источника 7 электропитания на выводы электропитания ключевого УМ 3 и 4. При этом выходные цепи отключенных каналов высокого напряжения через диодную развязку не препятствуют прохождению более низких напряжений включенных каналов.Diode adder 9 provides the transmission of the largest of the input voltages coming from the outputs of the channels of the power supply 7 to the power supply terminals of the key PA 3 and 4. At the same time, the output circuits of the disconnected high voltage channels through the diode decoupling do not interfere with the passage of lower voltages of the switched on channels.

Преобразователь 10 кода относится к наиболее сложным цифровым узлам предлагаемого устройства усиления аналоговых сигналов, обеспечивающих формирование команд управления включением каналов источника 7 электропитания и цифрового кода управления коэффициентом передачи буферного усилителя. Такой цифровой узел может быть реализован на контроллере общего применения, например типа 1986 ВЕ1Т с необходимой периферией.The code converter 10 belongs to the most complex digital units of the proposed device for amplifying analog signals, providing the formation of commands for controlling the switching on of the power supply 7 channels and a digital code for controlling the transfer coefficient of the buffer amplifier. Such a digital node can be implemented on a general-purpose controller, for example, type 1986 BE1T with the necessary peripherals.

В простейшем случае в структуру входного кода S_вх могут входить разовые команды включения каналов источника 7 питания, которые транслируются преобразователем 10 кода на входы управления каналов 7.1…7.n. На практике для обеспечения динамического диапазона 70 дБ, включая дискретное изменение мощности тремя ступенями по 10 дБ с промежуточным изменением уровня усиливаемого сигнала на каждой градации мощности, требуется только трехразрядный двоичный код S_вх шины передачи данных. При этом только один разряд поступает на цифровой вход буферного усилителя 1. Старшие разряды кода S_вх используются для выделения команд управления каналами источника 7 питания V₁, V₂, V₃ с соответствующих выходов преобразователя 10 кода. Как показано на фиг. 3, в этом случае для каждой градации напряжения питания может быть предусмотрено двух кратное понижение напряжения на выходе буферного усилителя 1.In the simplest case, the structure of the input code S _in can include one-time commands to turn on the channels of the power source 7, which are translated by the code converter 10 to the control inputs of channels 7.1 ... 7.n. In practice, to provide a dynamic range of 70 dB, including a discrete change in power in three steps of 10 dB with an intermediate change in the level of the amplified signal at each power gradation, only a three-bit binary code S _in the data bus is required. In this case, only one bit is fed to the digital input of the buffer amplifier 1. The most significant bits of the S _in code are used to extract the commands for controlling the channels of the power supply 7 V ₁ , V ₂ , V ₃ from the corresponding outputs of the code converter 10. As shown in FIG. 3, in this case, for each gradation of the supply voltage, a two-fold lowering of the voltage at the output of the buffer amplifier 1 can be provided.

Более сложный алгоритм цифрового управления коэффициентом передачи буферного усилителя 1 должен быть реализован для стабилизации выходного напряжения устройства усиления аналоговых сигналов в условиях изменения напряжения электропитания. Такой алгоритм реализуется при использовании дополнительных признаков предлагаемого технического решения для обеспечения электропитания верхней градации мощности непосредственно от сети объекта. В этом случае может иметь место практически двукратное превышение напряжения электропитания Е от установленного номинального значения Е₀. Соответственно для компенсации такого изменения Е с достаточной точностью 10% необходимо уменьшение коэффициента передачи буферного усилителя при использовании четырехразрядного кода управления. Для формирования кода цифрового выхода преобразователя 10 кода в этих условиях осуществляется с использованием выходного сигнала АЦП 13, вход которого через датчик напряжения соединен с шиной электропитания.A more complex algorithm for digital control of the gain of the buffer amplifier 1 must be implemented to stabilize the output voltage of the analog signal amplification device under conditions of changing power supply voltage. Such an algorithm is implemented using additional features of the proposed technical solution to provide power supply of the upper power gradation directly from the facility network. In this case, there may be an almost two-fold excess of the power supply voltage E from the set nominal value E ₀ . Accordingly, to compensate for such a change in E with a sufficient accuracy of 10%, it is necessary to reduce the gain of the buffer amplifier when using a four-bit control code. To generate the code of the digital output of the code converter 10 under these conditions, it is carried out using the output signal of the ADC 13, the input of which is connected to the power supply bus through a voltage sensor.

При использовании дополнительных признаков Подключение напряжения объектовой сети к выводам электропитания ключевого УМ 3 и 4 может быть осуществлено при включении ключевой схемы 11 по команде V₀, формируемойWhen using additional signs, the connection of the object network voltage to the power supply terminals of the key PA 3 and 4 can be carried out when the key circuit 11 is turned on by the command V ₀ generated

преобразователем кода для верхней градации мощности. Ключевая схема 11 может быть реализована на полевом транзисторе с драйвером управления, рассчитанными на максимальные значения напряжения объектовой сети и тока потребления.a code converter for the upper power gradation. The key circuit 11 can be implemented on a field-effect transistor with a control driver, designed for the maximum values of the object network voltage and consumption current.

Датчик 12 напряжения должен обеспечивать формирование контрольного сигнала с гальванической развязкой пропорционального напряжению шины электропитания. Датчик может быть выполнен на линейном устройстве с оптоэлектронной либо трансформаторной развязкой.The voltage sensor 12 must provide a control signal with galvanic isolation proportional to the voltage of the power supply bus. The sensor can be made on a linear device with optoelectronic or transformer decoupling.

АЦП 11 должен обеспечивать формирование цифрового кода S_E, пропорционального уровню контрольного сигнала с выхода датчика 12 необходимой разрядности для обеспечения требуемой точности компенсации изменения напряжения электропитания соответствующей цифровой регулировкой коэффициента передачи буферного усилителя 1.ADC 11 must provide the formation of a digital code S _E , proportional to the level of the control signal from the output of the sensor 12 of the required digit capacity to ensure the required accuracy of compensation for changes in the power supply voltage by appropriate digital adjustment of the transfer coefficient of the buffer amplifier 1.

Предлагаемое устройство усиления аналоговых сигналов работает следующим образом.The proposed device for amplifying analog signals operates as follows.

С шины входного сигнала на вход буферного усилителя 1 поступает сигнал с качеством, достаточным для обеспечения требуемого динамического диапазона (не менее 30 дБ) на каждой градации мощности. Вместе с тем, с шины передачи данных на вход преобразователя 10 кода поступает код установленной градации мощности, который преобразуется в команды включения каналов источника 7 питания. Для первой градации мощности все команды на выходы преобразователя 10 кода (V₁, V₂, V₃) устанавливаются на высокий уровень, соответствующий включению каналов (фиг. 3). При этом через диодный сумматор приходит напряжение E₁, соответствующее первой градации мощности. Для перехода на следующую ступень электропитания в соответствии с входным кодом S_вх, команда V₁ устанавливается в низкий уровень, канал 7.1 отключается и на выходе диодного сумматора формируется напряжение Е₂, соответствующее работе канала 7.2 и далее до последней ступени, включенной постоянно.From the bus of the input signal to the input of the buffer amplifier 1, a signal is received with a quality sufficient to provide the required dynamic range (at least 30 dB) at each power gradation. At the same time, from the data bus to the input of the code converter 10, the code of the set power gradation is supplied, which is converted into commands for turning on the channels of the power supply 7. For the first power gradation, all commands to the outputs of the code converter 10 (V ₁ , V ₂ , V ₃ ) are set to a high level corresponding to the switching on of the channels (Fig. 3). In this case, the voltage E ₁ , corresponding to the first power gradation, comes through the diode adder. To go to the next stage of power supply in accordance with the input code S _in , the command V _{1 is} set to a low level, channel 7.1 is turned off and voltage E ₂ is generated at the output of the diode adder, corresponding to the operation of channel 7.2 and further to the last stage, which is permanently turned on.

На каждой установленной степени электропитания устройство усиления обеспечивает высокое качество усиления сигналов в динамическом диапазоне не менее 40 дБ, соответствующее типовым характеристикам усилителей класса D на быстродействующих полевых транзисторах. При этом нелинейные искажения не превышают 1% в динамическом диапазоне 30 дБ и несколько возрастают (до 3%) в нижней части динамического диапазона.At each set power supply, the amplification device provides high quality signal amplification in a dynamic range of at least 40 dB, corresponding to the typical characteristics of class D amplifiers based on high-speed field-effect transistors. In this case, nonlinear distortion does not exceed 1% in the dynamic range of 30 dB and slightly increase (up to 3%) in the lower part of the dynamic range.

В ряде случаев, например, для устройств усиления сигналов необходима генерация сигнала в динамическом диапазоне не более 30 дБ с промежуточными изменениями градации выходной мощности на каждой ступени электропитания. При этом в соответствии с младшими разрядами входного кода S_вх в устройстве предусмотрена возможность дискретного уменьшения уровня выходного сигнала буферного усилителя, например за счет двух-кратного понижения коэффициента усиления, при сохранении его качественных характеристик в более широком динамическом диапазоне (фиг. 3), так как в этом случае достигается уменьшение выходного сигнала U при уменьшении u сигнала W на выходе буферного усилителя без изменения уровня и качества сигнала u₀(t) на входной шине устройства.In some cases, for example, for signal amplification devices, it is necessary to generate a signal in a dynamic range of no more than 30 dB with intermediate changes in the output power gradation at each power supply stage. Thus, in accordance with the LSBs of input code S _Rin in the device provided the opportunity discrete reduce the output level of the buffer amplifier, for example due to two-fold decrease the gain, while maintaining its quality characteristics in a wide dynamic range (FIG. 3), so how in this case a decrease in the output signal U is achieved with a decrease in u of the signal W at the output of the buffer amplifier without changing the level and quality of the signal u ₀ (t) on the input bus of the device.

С учетом ступенчатого изменения напряжения электропитания динамический диапазон предлагаемого устройства может быть расширен не менее чем на 70 дБ. При этом на каждой градации мощности сохраняется высокое качество выходного напряжения в условиях обеспечения равномерности АЧХ в том числе при изменяющейся комплексной нагрузке. Полученный результат связан с уменьшением искажений на малых градациях мощности практически пропорционально с понижением напряжения электропитания. Причем такой результат обеспечивается в условиях высокоэффективной работы ключевых усилителей мощности, относительные потери энергии в которых не превышают 10% от полной выходной мощности на каждой ступени электропитания, что значительно меньше чем в устройстве-прототипе.Taking into account the stepwise change in the power supply voltage, the dynamic range of the proposed device can be expanded by at least 70 dB. At the same time, at each power gradation, the high quality of the output voltage is maintained under the conditions of ensuring the uniformity of the frequency response, including with a changing complex load. The result obtained is associated with a decrease in distortion at low power grades, almost in proportion to a decrease in the power supply voltage. Moreover, this result is ensured under the conditions of highly efficient operation of key power amplifiers, the relative energy losses in which do not exceed 10% of the total output power at each power stage, which is much less than in the prototype device.

Здесь необходимо отметить, что использование стабилизированных источников питания связано с дополнительными потерями энергии, как в предлагаемом устройстве, так и в устройстве-прототипе. Такие потери даже при использовании высокоэффективных ключевых преобразователей также достигают 10%. В результате предлагаемое техническое решение позволяет сохранить потери энергии и, собственно, тепловыделение до уровня менее 20% от максимальной выходной мощности при высоком качестве выходного напряжения, что соответствует более чем двух кратному повышению энергетической эффективности по сравнению с устройство-прототипом.It should be noted here that the use of stabilized power sources is associated with additional energy losses, both in the proposed device and in the prototype device. Such losses even when using highly efficient key converters also reach 10%. As a result, the proposed technical solution allows you to save energy losses and, in fact, heat release to a level of less than 20% of the maximum output power with a high quality of the output voltage, which corresponds to a more than two-fold increase in energy efficiency compared to the prototype device.

Однако, при повышении уровня выходной мощности достигнутого уровня эффективности недостаточно для обеспечения весьма жестких требований к массогабаритным показателям и тепловыделению усилительной аппаратуры. В этих условиях целесообразно применить АЦП 13, датчик напряжения 12 и ключевую схему 11 как дополнительные признаки настоящего изобретения. Здесь основным предложением является обеспечение электропитания ключевого УМ 3 и 4 для верхней границы градации мощности непосредственно от напряжения объектовой сети, в качестве которой может быть использована аккумуляторная батарея напряжением (175-320) В с возможным кратковременным повышением до (350-400) В. Для этого в предлагаемом устройстве используется ключевая схема 11, которая через диодный сумматор обеспечивает подключение напряжения Е с шины электропитания к выводам электропитания ключевого УМ 3 и 4. В этом случае стабилизация уровня выходного сигнала при нестабилизированном напряжении электропитания обеспечивается соответствующим изменением коэффициента передачи буферного усилителя 1 обратно пропорционально коду, формируемому АЦП 13 по сигналу с выхода датчика 12 напряжения. Достоинством такого варианта электропитания является минимизация потерь энергии в источнике 7 электропитания при относительных потерях в цепях передачи напряжения не более 1%. Тем самым в наиболее энергетически напряженном режиме для верхней градации мощности потери энергии в предлагаемом устройстве сокращаются практически вдвое, что соответствует результирующему выигрышу по сравнению с устройством-прототипом в 4 раза. Следует отметить, что введение дополнительной ступени высокого напряжения электропитания не сказывается на работу при пониженных градациях мощности, так как при отключении ключевого устройства 11 диодный сумматор обеспечивает прохождение напряжений каналов 7.1…7.n в штатном режиме.However, with an increase in the level of output power, the achieved level of efficiency is not enough to meet very stringent requirements for weight and size indicators and heat dissipation of the amplifying equipment. Under these conditions, it is advisable to use an ADC 13, a voltage sensor 12 and a key circuit 11 as additional features of the present invention. Here, the main proposal is to provide power supply for the key PA 3 and 4 for the upper limit of the power gradation directly from the voltage of the object network, which can be used as a storage battery with a voltage of (175-320) V with a possible short-term increase to (350-400) V. For For this, the proposed device uses a key circuit 11, which, through a diode adder, connects the voltage E from the power supply bus to the power supply terminals of the key PA 3 and 4. In this case, the stabilization of the output signal level with an unstabilized power supply voltage is ensured by a corresponding change in the transfer coefficient of the buffer amplifier 1 in inverse proportion code generated by the ADC 13 according to the signal from the output of the voltage sensor 12. The advantage of this power supply option is the minimization of energy losses in the power supply 7 with relative losses in the voltage transmission circuits of no more than 1%. Thus, in the most energetically intense mode for the upper gradation of power, the energy losses in the proposed device are almost halved, which corresponds to the resulting gain in comparison with the prototype device by 4 times. It should be noted that the introduction of an additional high voltage stage of the power supply does not affect the operation at low power gradations, since when the key device 11 is turned off, the diode adder ensures the passage of the voltages of channels 7.1 ... 7.n in the normal mode.

Однако в этом случае необходима реализация дополнительных мер по стабилизации выходного напряжения в условиях изменения напряжения электропитания.However, in this case, it is necessary to implement additional measures to stabilize the output voltage under conditions of changing power supply voltage.

При этом работа предлагаемого устройства на верхней градации мощности обеспечивается следующим образом. Включение ключевой схемы 11 осуществляется по команде V₀, поступающей с дополнительного выхода преобразователя 10 кода в соответствии с кодом S_вх, соответствующим верхней градации выходной мощности. Одновременно преобразователь 10 кода обеспечивает считывание цифрового сигнала, поступающего на его дополнительный вход с выхода АЦП 13, код которого пропорционален напряжению шины электропитания. В результате на цифровом входе буферного усилителя 1 формируется код S обратно пропорциональный величине напряжения Е (фиг. 3 - пунктирные линии), что приводит к соответствующему изменению коэффициента передачи буферного усилителя 1. Таким образом, выражение (2) приводится к следующему виду.In this case, the operation of the proposed device at the upper power gradation is provided as follows. Turning on the key circuit 11 is carried out by the command V ₀ coming from the additional output of the converter 10 of the code in accordance with the code S _in , corresponding to the upper gradation of the output power. At the same time, the code converter 10 reads a digital signal coming to its additional input from the ADC 13 output, the code of which is proportional to the voltage of the power supply bus. As a result, a code S is formed at the digital input of the buffer amplifier 1, which is inversely proportional to the voltage E (Fig. 3 - dashed lines), which leads to a corresponding change in the transfer coefficient of the buffer amplifier 1. Thus, expression (2) is reduced to the following form.

При условии

обеспечивается полная компенсация изменения напряжения электропитания и постоянство номинального выходного напряжения на верхней градации мощности.Given that

full compensation of power supply voltage changes and constancy of the rated output voltage at the upper power gradation is ensured.

Тем самым, предложенные дополнительные меры позволяют существенно повысить энергетическую эффективность заявляемого устройства усиления аналоговых сигналов большой мощности без ухудшения показателей качества, таких как динамический диапазон усиления, стабильность и равномерность АЧХ.Thus, the proposed additional measures can significantly increase the energy efficiency of the proposed device for amplifying analog signals of high power without deteriorating quality indicators, such as the dynamic range of amplification, stability and uniformity of frequency response.

Соответственно совокупное использование отличительных признаков заявляемого технического решения по сравнению с устройством-прототипом и известными техническими аналогами, содержащими звенья линейного усиления, обеспечивает уменьшение потерь энергии в 2-4 раза при работе на изменяющуюся комплексную нагрузку в условиях существенного улучшения равномерности АЧХ выходного напряжения. В свою очередь, по сравнению с известными ключевыми усилителями мощности предлагаемое устройство обладает расширенным более чем на (20-30) дБ динамическим диапазоном усиления при уменьшении нелинейных искажений малого уровня выходных сигналов.Accordingly, the combined use of the distinctive features of the proposed technical solution in comparison with the prototype device and known technical analogs containing linear amplification links provides a 2-4 times decrease in energy losses when operating on a changing complex load under conditions of a significant improvement in the uniformity of the output voltage frequency response. In turn, in comparison with the known key power amplifiers, the proposed device has a dynamic range of amplification extended by more than (20-30) dB while reducing nonlinear distortions of a low level of output signals.

На предприятии разработаны и изготовлены опытные образцы устройств усиления аналоговых сигналов для режимов низкочастотной гидросвязи, результаты испытаний которых подтвердили достижение заявляемого технического результата в условиях максимальной выходной мощности до 10 кВА. Предложено принять изобретение к внедрению для ряда приоритетных разработок для заказов ВМФ России.The enterprise has developed and manufactured prototypes of analog signal amplification devices for low-frequency hydraulic communication modes, the test results of which confirmed the achievement of the claimed technical result under conditions of maximum output power up to 10 kVA. It is proposed to accept the invention for implementation for a number of priority developments for orders of the Russian Navy.

Claims

1. A device for amplifying analog signals, containing a power supply connected by the input to the power supply bus, and a buffer amplifier, the input of which is connected to the input signal bus, and the output to the input of a two-channel circuit, the first output of which is connected through the first key power amplifier and the first low filter frequencies with the first input of the adder, and the second output with the input of the second amplifier, and the output of the adder is connected to the output bus, characterized in that it includes a code converter connected by the input to the data transfer bus, a diode adder and a second low-pass filter, and the second amplifier is made in the form of a second key power amplifier, the two-channel circuit is implemented on a two-channel pulse-width modulator, the buffer amplifier is equipped with a digital control input, and the power supply is multi-channel, the channel inputs of which are combined and are the input of the power supply, and the outputs are connected to the inputs of the diode sum The torus, the output of which is connected to the power supply terminals of the first and second key power amplifiers, in turn, the control inputs of the power supply channels are connected to the corresponding outputs of the code converter, the digital output of which is connected to the digital control input of the buffer amplifier.

2. The device according to claim 1, characterized in that it additionally includes a key circuit, a voltage sensor and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the additional input of the code converter, and the input through the voltage sensor to the power supply bus, also connected via the key circuit to the additional input of the diode adder, and the control input of the key circuit is connected to the additional output of the code converter.