SU1294301A3

SU1294301A3 - Ключевой усилитель мощности

Info

Publication number: SU1294301A3
Application number: SU823386627A
Authority: SU
Inventors: Фуррер Андреас; Мертль Ваклау; Милавек Йоханн; Штеммлер Херберт
Original assignee: Ббц Аг Браун Бовери Унд Ко (Фирма)
Priority date: 1981-02-16
Filing date: 1982-02-08
Publication date: 1987-02-28
Also published as: US4488121A; YU45537B; EP0058443B1; IN156010B; CS274562B2; JPS57181212A; EP0058443A1; BR8200759A; JPH0582766B2; DE3264600D1; YU23882A

Abstract

Изобретение относитс к устр- вам усилени аналогового НЧ-сигнала. Цель изобретени - упрощение. Устр- во содержит А1Щ 1 усиливаемого сигнала , блок делени (БД) 2, блок пам ти 3, блок переменной задержки (БПЗ) 4 сигналов управлени , пр-еобразова- тель отношени разности (ПОР) 5 между остатком делени и делителем к делителю во временной интервал, г-р 6 управл ющих импульсов, п ключевых каскадов 7, сумматор 8, фильтр нижних частот 9, г-р 10 тактовых импульсов и 2п коммутационных каналов 11. Цель достигаетс введением БД 2,блока пам ти 3, БПЗ 4 и ПОР 5, с помощью которых аналоговый сигнал преобразуетс в пропорциональное мгновенной величине аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной . Это позвол ет изобразить аналоговый сигнал с помощью минимально- го числа сигналов импульсной формы и, следовательно, усилить сигнал с помощью минимального числа коммутационных каналов 11. 2 ил. СО О- 7 h l ,гСЮ .J ff(5P ю со 4 СО Ы 1г f-LZJiJ

Description

Изобретение относитс к устройствам усилени аналогового низкочастотного сигнала с помощью ключевого уси лител , содержащего несколько неза- висимых ключевых каскадов, выходы которых соединены с фильтром нижних частот.

Цель изобретени - упрощение.

На фиг. 1 представлена структурна электрическа схема предложенно- го ключевого усилител мощности; на фиг. 2 - образование аналогового сигнала с помощью предложенного ключевого усилител мощности.

Ключевой усилитель мощности со- держит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1. усиливаемого сигнала, блок 2 делени , .блок 3 пам ти, блок 4 переменной задержки сигналов управлени , преобразователь 5 отношени разнос ги между остатком делени и делителем к делителю во временной интервал, генератор 6 управл ющих импульсов, п ключевых каскадов 7, сумматор 8, фильтр 9 нижних частот, генератор 10 тактовых импульсов, 2п коммутационных каналов 11.

Ключевой усилитель мощности работает следующим образом.

Дл достижени желаемого усилени необходимы 48 ключевых каскадов, что требует 48 последовательностей управл ющих сигналов и, следовательно , разделени максимально преобразуемого аналогового сигнала на 48 об- ластей напр жени . Дл того, чтобы . повысить точность при определении считываемой величины амплитуды, используетс АЦП 1, который подает выходной сигнал 10 бит, что соот- . ветствует разделению максимально преобразуемой аналоговой величины на 1024 цифровые величины. Так как ключевой усилитель мощности может обрабатывать лишь 48 последовательностей управл ющих сигналов, то на выходе АЦП 1 включен блок 2 делени , который уменьшает цифровой выходной сигнал АЦП 1 за счет продолженного вычитани отношени 1024:48 до тех пор пока цифровой выходной сигнал не станет равным нулю или не будет соответствовать неделимому далее остатку.

Блок 2 делени содержит два выхо- да. На одном выходе по вл ютс пор дковые числа выполн емых друг за другом вычитаний, на другом - оставшийс при известных услови х после пос

5

О

0

5 О 5 0

0

леднего вычитани остаток. Пор дковые числа выполненных вычитаний направл ютс в блок 3 пам ти, места в пам ти которого вл ютс адресуемыми этими пор дковыми числами и в которо после завершени всех вычитаний каждое адресованное место установлено, а каждое неадресованное место установлено в исходное положение.

Выход блока 3 пам ти через блок 4 переменной задержки соединен с генератором 6 управл ющих импульсов. Генератор 6 управл ющих импульсов содержит большое число коммутирующих звеньев, из которых каждое предназначено дл одного места в блоке 3 пам ти и при по влении такта коммутации подает содержание предназначенного дл него места в пам ти в качестве управл ющего импульса на управл ющую линию дл включенного далее соответствующего ключевого каскада 7. На фиг. 1 показаны-управл ющие линии дл п ти ключевых каскадов 7 - 7 , из которых каждый содержит, два коммутационных канала 11. Следующие управл ющие линии обозначены штриховыми лини ми.

Другой выход блока 2 делени соединен с преобразователем 5, который рассчитывает длительность управл ющего сигнала, отношение которой к временному промежутку между следующими друг за другом тактовыми импульсами соответствует разности между остатком вычитани и вычитаемым. Этот модулированный по длительности управл ющий сигнал направл етс на блок 4 переменной задержки, который содержит дл каждого места в блоке 3 пам ти предназначенный дл него кон- тур задержки и управл ет тем контуром задержки, который предназначен дл установленного места в пам ти с наивысшим пор дковым числом. С помощью задержанного дальнейшего направлени содержани последнего установленного места в блоке 3 пам ти создаетс модул ци по ширине управл ющего импульса дл одного коммутационного канала, котора обеспечивает возможность лучшего согласовани огибающей кривой ступенчато наложенных выходных сигналов коммутационных каналов с аналоговым сигналом .

Генератор 10 тактовых импульсов производит две тактовые последовано на 10/20 тактового времени, на 6,25 МКС.

а четвертом временном такте к моменту времени 37,5 мне считываетс содержимое пам ти, и на каждую линию управлени , котора предназначена дл установленного места в пам ти , подаетс управл ющий сигнал, причем соответствующий месту в блоке 3 пам ти управл ющий сигнал задерживаетс , как описано выше. Одновременно считываетс аналоговый сигнал- и аналогова величина С преобразуетс приблизительно в 130 числовых величин. Эти числовые величины дел тс таким же образом, как описано выше, на 7 ступеней цифровых величин, которые устанавливают 7 мест в пам ти , из которых седьмое вьщаетс с задержкой, равной 10/20 тактового времени, или 12,5 мкс.

Аналоговый сигнал считываетс далее в каждом из последующих вреШ

12943016

т.е. коммутационных каналов последовательной линии и выходной сигнал 15 ключевого усилител мощности соответственно смещены на длительность одного временного такта и приблизительно на погтора временных такта по сравнению с входным сигналом усилител .

Врем включени дл передатчика импульсов в коммутационных каналах 11 вл етс ограниченным, поэтому каналы попарно объединены в ключевые каскады . Генератор 6 управл ющих импульсов 6 вьшолнен таким образом, что содержимое одной чейки пам ти попере- 15 менно подаетс на обе линии управл ющего сигнала предназначенного дл него ключевого каскада. При этом переключение между сигнашьными лини- . ми дл коммутационных каналов в раз- 20 личных ключевых каскадах осуществл етс не одновременно, а с тактовым смещением, как это показано на фиг.2 дл п ти ключевых каскадов 7-7, и .соответствующих периодов включени

менных тактов 5-17, определенные ана- 25 коммутационных каналов 11. В резульлоговые величины D-Q преобразуютс описанным образом, запоминаютс в блоке 3 пам ти и выдаютс соответственно в последующих временных тактах 6-18 из пам ти и в качестве управл ющих импульсов подаютс на предназначенные дл них линии управл ющих сигналов.

Определенна в дес том временном такте аналогова величина I соответствует приблизительно 510 цифровым величинам. Поэтому на одном выходе блока 2 делени по вл етс 26, а на другом - 10. Следовательно, в двенадцатом временном такте в блоке 3 пам ти устанавливаютс лишь 26 мест и преобразователем 5 рассчитываетс дл двадцать шестого места в пам ти сигнал задержки, который соответствует приблизительно половине тактового времени и производит задержанный управл ющий импульс 1. Это действительно дл управл ющих импульсов к , L , о и Р .

Дл комплектации времен расчета ri запоминани управл ющие импульсы, которые соответствуют осуществл емому при заданном временном такте

тате чего в один и тот же момент времени переключаетс лишь одна четверть настраиваемых коммутационных каналов. Как видно на фиг. 2, аналоговый

30 сигнал преобразуетс не в нр .завис щее от мгновенной величины амплитуды максимально обрабатываемое число модулированных по ширине импульсов, а в пропорциональное мгновенной величи35 не аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной. Таким образом , по вл етс возможность изобра- ,зить аналоговый сигнал с помощью минимального числа сигналов импульс-

40 ной формы, соответственно, усилить с помощью минимального числа-коммутационных каналов,за счет чего существенно могут снизитьс в ключевом усилителе мощности коммутационные тери.

Предлагаемый ключевой усилитель мощности может иметь многочисленные модификации и приспосабливатьс к определённым рабочим услови м, Напри50 мер, можно вместо описанных широких управл ющих импульсов использовать очень короткие управл ющие импульсы с соответствующим переднему фронту широкого управл ющего импульса им50 мер, можно вместо описанных широких управл ющих импульсов использовать очень короткие управл ющие импульсы с соответствующим переднему фронту широкого управл ющего импульса имсчитыванию аналогового сигнала, освобождаютс генератором 6 управл ющих пульсом включени и соответствующим импульсов лишь при последующем вре-задней кромке импульсом выключени , менном такте. Следствием этого вл -Кроме того, нет необходимости пред- етс то, что составленный из импуль-назначать дл каждого ключевого кас- сов сигнал 14 на соедин ющей выходыкада линию или линии управлени .Вместате чего в один и тот же момент времени переключаетс лишь одна четверть настраиваемых коммутационных каналов. Как видно на фиг. 2, аналоговый

сигнал преобразуетс не в нр .завис щее от мгновенной величины амплитуды максимально обрабатываемое число модулированных по ширине импульсов, а в пропорциональное мгновенной величине аналогового сигнала число импульсов с максимальной шириной. Таким образом , по вл етс возможность изобра- зить аналоговый сигнал с помощью минимального числа сигналов импульс-

ной формы, соответственно, усилить с помощью минимального числа-коммутационных каналов,за счет чего существенно могут снизитьс в ключевом усиителе мощности коммутационные по тери .

Предлагаемый ключевой усилитель мощности может иметь многочисленные модификации и приспосабливатьс к определённым рабочим услови м, Например , можно вместо описанных широких управл ющих импульсов использовать очень короткие управл ющие импульсы с соответствующим переднему фронту ирокого управл ющего импульса имульсом включени и соответствующим задней кромке импульсом выключени , Кроме того, нет необходимости пред- назначать дл каждого ключевого кас- када линию или линии управлени .Вмес

1

тельности. Одна тактова последова - тельность с частотой 80 кГц направл етс на АЦП 1 и на блок 4 переменной задержки, друга тактова последовательность с частотой 100 МГц управл ет блоком 2 делени и преобразователем 5. Таким образом, по вл етс возможность считывать а мплитуду аналогового сигнала с промежутком времени 12,5 МКС и через такие же промежутки вьщавать управл ющие импульсы дл коммутационных каналов. Дл компенсации времен счета и запомйна- ни управл ющие импульсы,которые соответствуют осуществленному в заданном временном такте считыванию аналоговог сигнала, освобождаютс генератором

6управл ющих импульсов только при следующем временном такте. Генератор 6 управл ющих импульсов действует теперь таким образом, что управл ющие импульсы, длительность которых больше 50 МКС, попеременно направл ютс то на один, то на другой коммутационный канал соответствующего ключевого каскада. Направл емые на отдельные ключевые каскады 7 управл ющие импульсы смещены друг относительно друга на временной такт 12,5 МКС, в результате чего коммутационные каналы в ключевых каскадах

7не переключаютс одновременно.

На фиг, 2 показано образование . аналогового сигнала с помощью предложенного ключевого усилител мощно.с ти. При этом принимаетс , что дл простоты синусоидальной формы аналоговый сигнал 12 с временной длительностью 200 МКС в соответствии с частотой 5 кГц считываетс в АЦП 1 каждые 12,5 МКС в соответствии с частотой 80 кГц считанна аналогова величина по вл етс на его выходе в виде цифровой величины.

АЦП 1 обеспечивает возможность , разделени максимально преобразуемой аналоговой области 13 на 1024 цифровых величины, тогда как коммутационные каналы 11 могут обработать лишь 48 управл ющих импульсов.По вл юща с на выходе АЦП 1 цифрова величина делитс поэтому в последующем блоке 2 делени на ступени цифровой величины, из которых кажда содержит 20 цифровых величин (на фиг. 2 по ординате нанесены лишь ступени цифровой величины).

fO

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

Блок пам ти 3 построен таким образом , что при каждом тактовом сигнале все неустановленные места в блоке пам ти устанавливаютс в исходное состо ние.

Далее принимаетс , что в первом временном такте в момент времени нуль все места в блоке пам ти установлены в исходное положение, т.е. не осуществл етс выдача сигнала. В этот момент амплитуда аналогового сигнала также равн етс нулю, поэтому после считывани сигнала на выходе АЦП 1 по вл етс цифровой сигнал О, который далее не обрабатываетс .

Во втором временном такте в момент времени 12,5 мкс все места в блоке пам ти все еще установлены в исходное положение и не может осуществл тьс выдача сигнала. Дл этого при считывании аналогового сигнала устанавливаетс аналогова величина А, котора соответствует приблизительно 18 цифровым значением. На одном выходе блока 2 делени по вл етс 1, а на другом 18,что означает, что уже при первом вычитании (1024:48) цифровых величин остаетс остаток 18. Следовательно , в блоке 3 пам ти устанавливаетс одно место, и преобразователь 5 направл ет на блок 4 переменной задержки сигнал задержки, который осуществл ет выдачу содержимого пам ти с.задержкой, равной приблизительно 2/20 тактового времени (в насто щем примере, следовательно, 1,25 мкс).

В третьем временном такте в момент времени 25 мкс содержимое пам ти считываетс с названной задержкой и подаетс в качестве управл ющего сигнала импульсной формы на линию управлени дл одного из ключевых каскадов 7. Одновременно считываетс аналоговый сигнал и при этом устанавливаетс аналогова величина В, котора соответствует приблизительно 50 цифровым величинам. На одном выходе блока 2 делени по вл етс 3, а на другом - 10, что означает, что при трехкратном вычитании (1024:48) цифровых величин остаетс остаток 10.В блоке 3 пам ти устанавливаютс три места, и преобразователь 5 направл ет на блок 4 переменной задержки сигнал задержки, который, при вьздаче содержимого пам ти задерживает содержимое третьего места в пам ти приблизительто этого импульсы включени и выключени могут быть снабжены адресами и по методу временного уплотнени направл тьс по одной линии управлени на все предназначенные дл них ключевые каскады, соответственно, коммутационные каналы. Настраиваемые ключевые кacfcaды необ зательно должны имитировать временное протекание ангшогового сигнала, как это показано на фиг, 2. Так как выходные сигналы ключевых каскадов суммируютс на сумматоре 8, по вл ющийс на выходе усиленный аналоговый сигнал вл етс всегда одинаковым независимо от того, какой ключевой каскад бьш включен и от какого управл ющего сигнала, а также независимо от того, включен или выключен ключевой каскад от одного и того же управл ющего сигнала.

Claims

Формула изобретени

Ключевой силитель мощности, содержащий аналого-цифровой преобразователь усиливаемого сигнала, генератор управл ющих импульсов, п выходов которого соединены с входами п

5

0

5

ключевых каскадов срответственно, выходы которых подключены к входам cyMMaiTopa, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого вл етс выходом ключевого усилител мощности, а также генератор тактовых Импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам управлени аналого-цифрового преобразовател и генератора управл ющих импульсов, отличающийс тем, что, с целью упрощени , между выходом аналого-цифрового преобразовател и входами генератора управл ющих импульсов включены последовательно соединенные блок делени , блок пам ти и блок переменной задержки сигналов управлени , а между другим выходом блока делени и входом управлени блока переменной задержки введен преобразователь отнощен разности между остатком делени и делителем к делителю во временной интервал, вход управлени которого, а также входы управлени блока пам ти и блока делени подключены соответственно к третьему, четвертому и п тому выходам генератора тактовых импульсов.

5 0

15

WO m p

(fJus. 2

К