Двухпетлевая система автоматического регулирования усилителя мощности

 

Использование: радиотехника, усилители с автоматической регулировкой усиления . Сущность изобретения: двухпетлевэя . 2 система содержит блок с управляемым коэффициентом передачи,- усилитель мощности , детектор мощности, 2 элемента сравнения, датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок, сравнивающий элемент, D-триггер, элемент И, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор и управляемый выходной трансформатор. Цель - выравнивание КПД в динамическом диапазоне по выходной мощности-достигается, в частности, поочередной работой цетги регулирования мощности и цепи регулирования КПД усилителя мощности. 2 ил.

б К)„„1764г135 А1 СОЮЗ COB ETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (яМ Н 03 G 3/20

ГкОСУДАРСУтвЕййЬ!й КОМИТЕТ

: ПО ИЗОБРЕТЁНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ:,. . ПРИ ГКНТ CCCP

ОПИСА1 ИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч

Пркекдлагаесмое йзобретение относится к ленное значение выходной мощности (в со, облвсти ра,:циотехййки и может использо - ответствиис крутизнойуправления предвавэтъсявусилителхях мощностясавтоматиче- рительного усилителя) и определенное ской регулировкой усиленияг с -целью . значение тока потребления (в соответствии .ф повышения КПД. " ., -: ... : . с крутизной управления источника тока).

Известно эначйтельное количество уст- Принципиальный недостаток такого постро- . ройств, обеспечивающих автоматическую ения автоматики заключается в необходи- ., регулировку мощности (APM) усилителей с мости очень точной корреляции обеих:. -:

-целью поддержания заданной выходйой характеристик управления — no току и по - :- ( мчощйости при изменении напряжения пи- "" мощности"- во всем диапазоне значейий ..;. ф тания или температуры окружающей среды. внешнего уп равляющего сигнала. В случае .. в

В основе этих устройств лежит изменение недостаточности крутизны уйравления то-- выходной мощности усилителя за счет изме- ком потребления по отношению к крутизне ", нению величины входной мощностй. йли ко- управления выходной мощностью эаданйая .эффициента усиления усилителя. выходная мощсность вообще не будет доНаиболее блиаким.ло технической сущ- стигнута вследствие ограничения тока llo ) и .ности к предлагаемому изобретению явля- . требления; при .обратной ситуации: а ется устройство, в котором содержится два избыточности крутизны управления током контура регулирования. Один контур обес- потребления будет иметь место неоправпечивает поддержание заданной выходной данно высокое потребление мощности усимощности усилителя, другой обеспечивает лителем, т. е. ухудшение его КПД. работу усилителя при данных условиях с Цель изобретения — повышение КПД наибольшим КПД. Каждому значению уп- усилителя с APM в условиях переменной равляющего сигнала соответствует опреде- выходной мощности.

" -. (21) 4788066 09 . (22) 30.01;;90. (46) 23.09,92. Ъюгл. N. 35 (71) Научно-"иССледговательский инссстйлтут

, "Научны и центр" .; .P2) В.ф. Галкин и:Л.М. Граба рнии *, - ...(56) Патент СЙА % 4442407,,кл . 330-128, 1г 984, . -(54). ДВУХПЕТЛЕВАЯ СИСТЕМА АВТОМА, ТИЧЕСКОчГО РЕГУЛИРОВАНЙЯ УСИЛИТЕ-

-ЛЯ МОЩНОСТИ (57) ЙсплолчьМвайие радгиотеххника, усилители C аВтоматйчвсггкой: регулировкой усиления. Сущность изооретения; двухпетлевая ., 2 система содержит: блок с управляемым коэффициентом передачй; усилитель мощности, де тектор мощн о с т и., 2 э лемента-сравнения, датчик тока, айалого-"цифровой.. преобразовгатель, запоминающий блок, сравнивающий элемент, 0-триггер, элемент

И, генератор гтакхтотвйх имйульсов; счетчик, дешифратор и управляемый вйгходной трансформатор, Цель —, выравнивание КПД в динамическом диапазоне iio; выходной.. мощности -достигается, в частности; поочередной работой цепи ргегулировхаймя мощ- = ности и-цепи регулирования КПД усилителя : мощности, 2 ил.

1764135

Указанная цель достигается тем, что в двухпетлевой системе автоматического регулирования усилителя мощности, содержащей последовательно соединенные блок с управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, последовательно соединенные детектор мощности и элемент сравнения, другой вход которого является входом опорного сигнала регулирования заданной мощности, включенные между выходом усилителя мощности и управляющим входом блока с управляемым коэффициентом передачи и цепь регулировки КПД усилителя мощности, включающая датчик тока в цепи питания усилителя мощности введены дополнительно в цепь регулирования

КПД последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, подключенный к датчику тока, запоминающий блок и сравнивающий элемент, д ругой вход которого подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, D-триггер, информационный вход которого подключен к его инверсному выходу, тактовый вход — к выходу "А < В" сравнивающего элемента, где А и  — сигналы на выходах аналого-цифрового преобразователя и запоминающего блока, соответственно, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор и последовательно соединенные дополнительный элемент сравнения, один вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а другой является входом опорного напряжения, и эле. мент И, другие входы которого подключены к прямому выходу D-триггера и выходу старшего разряда счетчика, соответственно, выход элемента И подключен к входу останова генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к входу записи запоминающего блока, при этом вход запуска генератора тактовых импульсов, входы сброса D-триггера и счетчика являются входом запуска двухпетлевой системы, а выход дешифратбра подключен к входу управления коэффициентом трансформации управляемого выходного трансформатора.

Сравнение с прототипом показывает, что новизна предлагаемого устройства заключается в наличии управляемого выходного трансформатора и схемы регулиро.вания КПД, содержащей аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок. элемент сравнения, О-триггер, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, дополнительный элемент сравнения.

Сравнение с другими техническими решениями показывает, что существенное отличие предлагаемого устройства заклю30 но последовательно в цепь питания усилителя 1.

35 Схема 6 регулирования КПД усилителя содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, пять D-триггеров 9 — 13, цифровую 14 и аналоговую 15 схемы сравнения, схему 16 совпадения, тактовый генератор40 17, счетчик 18, дешифратор 19,соединенные таким образом, что входы АЦП 8 соединены с выводами измерительного сопротивления

7, выходы соединены с 0-входами триггеров

9-12 и входами цифровой схемы 14 сравне45 ния, выходы триггеров 9 — 12 соединены со входами цифровой схемы 14 сравнения, выход цифровой схемы 14 сравнения соединен с С-входом триггера 13, инверсный выход триггера 13 соединен с D-входом этого же

50 триггера, выход триггера 13 соединен с одним из входов схемы 16 совпадения, второй вход схемы 16 совпадения соединен с выходом аналоговой схемы 15 сравнения, третий вход соединен с выходом переноса разряда

55 счетчика 18, выход схемы 16 совпадения соединен со входом запрета счета тактового генератора 17, выход тактового генератора

17 соединен с С-входами триггеров 9 — 12 и

С-входом счетчика 18, выходы счетчика 18 соединены с входами дешифратора 19, вы5

25 чается в возможности автоматического обеспечения максимального КПД усилителя при различной величине выходной мощности, На фиг. 1 показана двухпетлевая система автоматического регулирования для усилителя мощности; на фиг. 2 — схема регулирования КПД усилителя мощности.

Двухпетлевая система автоматического регулирования для усилителя 1 мощности содержит управляемый аттенюатор 2, управляемый трансформатор 3, детектор 4 мощности, схему 5 сравнения, схему 6 регулирования КПД усилителя, измерительное сопротивление 7 соединенные таким образом, что управляемый аттенюатор 2, усилитель 1 и управляемый трансформатор 3 образуют последовательную цепочку между задающим генератором и постоянной нагрузкой, вход детектора 4 мощности подключен к постоянной нагрузке, а выход соединен с первым входом схемы 5 сравнения, второй вход схемы 5 сравнения соединен со схемой управления мощности, а выход соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора 2 и одним из входов схемы 6 регулирования КПД, другие входы схемы 6 соединены со схемой запуска и с обоими выводами измерительного резистора 7, выходы соединены с управляющими входами управляемого трансформатора

3, измерительное сопротивление 7 включе1764135 ходы дешифратора 19 соединены с управляющими входами управляемого трансформатора 3, первый вход аналоговой схемы 15 сравнения соединен с выходом схемы 5 сравнения, второй вход соединен с источником опорного напряжения, вход запуска тактового генератора 17 соединен со схемой запуска„В-входом триггера 13 и R-входом счетчика 18, Аттенюатор 2, детектор 4 мощности, схема 5 сравнения образуют известную структуру петли APM усилителя мощности.

Управляемый трансформатор 3 предназначен для изменения величины нагрузки усилителя 1 путем изменения коэффициента трансформации под действием сигналов управления, например путем переключенйя обмоток трансформатора pin-диодами.

Схема 6 регулирования КПД предназначена для выработки сигналов управления величиной коэффициента трансформации, обеспечивающего максимально возможный

КПД, по следующему алгоритму:

- работа схемы начинается по сигналу запуска от внешнего устройства, - при наличии сигнала запуска схема 6 регулирования КПД обеспечивает монотонное изменение коэффициента трансформации до тех пор, пока а) с изменением коэффициента трансформации уменьшается ток потребления усилителя. б) не достигнута граница диапазона изменения управляемого трансформатора, в) не достигнута граница диапазона изменения управляемого аттенюатора, При неисполнении одного из перечисленных выше условий работа схемы регулирования КПД прекращается, Пример реализации указанного алгоритма на микросхемах серии 564 показан на фиг. 2.

Работа устройства происходит следующим образом, На схему 6 регулирования КПД поступает сигнал запуска от внешней схемы, По этому сигналу триггер 13 устанавливается в положение с единичным выходом, счетчик

18 и дешифратор 19 устанавливаются в крайнее положение, обеспечивающее такой коэффициент трансформации управляемого трансформатора 3, который необходим для получения максимальной мощности в нагрузке, запускается тактовый генератор

17. Одновременно с сигналом запуска от схемы управления мощностью поступает на вход схемы 5 сравнения напряжение„про. порциональное требуемой мощности в нагрузке. При установленном коэффициенте трансформации, позволяющем получить максимальную мощность в нагрузке, петля APM усилителя всегда установит в нагрузке заданную мощность. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы постоянная времени петли APM была меньше частоты тактового генератора 17.

5 Под воздействием тактового генератора 17 счетчик 18 и дешифратор 19 изменяют свое состояние от крайнего положения. Управляющие сигналы с выхода дешифратора

19 переключают обмотки управляемого

10 трансформатора 3, тем самым изменяя коэффициент трансформации постоянной нагрузки к выходу усилителя, Очевидно. что начальное значение нагрузки, предназначенное для получения максимальной мощ15 ности, не является оп тимальным с точки зрения получения максимального КПД при заданной мощности. Поэтому изменение нагрузки (по крайней мере при первом шаге) будет приводить к уменьшению тока по20 требления усилителя при сохранении заданной мощности в нагрузке с помощью петли АРМ, т, е. приведет к повышению

КПД.

Работа тактового генератора 17 будет

25 происходить до тех пор," пока изменение нагрузки будет приводить к уменьшению тока потребления. Контроль за изменением ток" потребления осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразовате30 ля (АЦП) 8, триггеров 9-13 и схемы сравнения 14. Предполагается, что АЦП содержит внутри себя необходимый для работы генератора, частота которого намного превышает частбту" тактового генератора35 17, По сигналу с тактового генератора 17 происходит запоминание текущего значения тока потребления на триггерах 9-12 и сравнение его в схеме 14 сравнения с тем значением тока, которое установится после

40 очередного изменения коэффициента трансформации. Поскольку постоянная времени работы петли APM намного меньше периода частоты тактового"генератора 17, то сравнение токов потребления происха45 дит при одной и той же мощности в нагрузке, Если текущее значение тока потребления меньше запомненного, то на выходе схемы 14 сравнения имеется "0". Как только текущее значение превысит запомS0 ненное, на выходе схемы 14 сравнения noÿвится "1", положительный фронт изменит состояние на выходе схемы 16 совпадения и произойдет остановка тактового генератора 17, Такое окончание работы является

55 нормальным и свидетельствует о то, что при заданной мощности на выходе усилителя 1 достигнут минимальный ток потребления, т. е. достигнуто максимальное КПД, Для обеспечения абсолютной устойчивости устройства вне нормального диапазо1764135 на работы предусмотрена остановка тактового генератора 17 по достижении границы диапазона изменения управляемого аттенюатора или управляемого трансформатора. Остановка по достижении границы 5 диапазона изменения управляемого аттенюатора осуществляется с помощью схемы

15 сравнения, на один вход которой посту пает сигнал с выхода схемы 5 сравнения, на

1 другой вход — опорное напряжение, соот- 10 ветствующее границе управления аттенюатора 2. По достижении этой границы изменяется сигнал на выходе схемы 15 сравнения и через схему 16 совпадения произойдет остановка тактового генератора 17. 15

Остановка по достижении границы диапазона изменения управляемого трансформатора 3 осуществляется при наличии сигнала переноса на выходе счетчика 18, Этот сигнал через схему 16 совпадения также оста- 20 навливает тактовый генератор 17. После остановки тактового генератора 17 по любому из трех критериев дальнейшая работа устройства возможна после поступления очередного импульса запуска от внешней 25 схемы.: . Приведенный пример конкретного выполнения двухпетлевой системы автоматического регулирования для усилителя мощности доказывает возможность ЗО повышения КПД путем минимизации тока потребления усилителя с помощью управляемого выходного трансформатора и схемы регулирования КПД, содержащей аналогоцифровой преобразователь, запоминаю- 35 щий блок, элементы сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор.

Формула изобретения

Двухпетлевая система автоматического регулирования усилителя мощности, содер- 4О жащая последовательно соединенные блок с управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, последовательно соединенные детектор мощности и элемент

45 сравнения, другой вход которого является опорным входом сигнала регулируемой заданной мощности, включенные между выходом усилителя мощности и управляющим входом блока с управляемым коэффициентом передачи и цепь регулировки КПД усилителя мощности, включающая датчик тока в цепи питания усилителя мощности, о т л ич а ю щ а я с я тем, что. с целью выравнивания КПД в динамическом диапазоне по выходной мощности, усилитель мощности выполнен с управляемым выходным трансформатором, а в цепь регулировки КПД введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, подключенный к датчику тока, запоминающий блок и сравнивающий элемент, другой вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, 0-триггер, информационный вход которого подключен к его инверсному выходу, тактовый — к выходу

"А < В" сравнивающего элемента, где А и  — сигналы на выходах аналого-цифрового преобразователя и запоминающего блока соответственно, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор и последовательно соединенные дополнительный элемен сравнения, один вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а другой является входом опорного напряжения, и элемент И, другие входы которого подключены к прямому выходу D-триггера и выходу старшего разряда счетчика соответственно, выход элемента И подключен к входу останова генератора тактовых импульсов, выход коYQpofo подключен к входу записи запоминающего блока, при этом вход запуска генератора тактовых импульсов, входы сброса D-триггера и счетчика являются входом запуска двухпетлевой системы, а выход дешифратора подключен к входу управления коэффициентом трансформации управляемого выходного трансформатора.

1764135 гюсюосеЬ а ве ср4с м 7 ц7иг. 2

Составитель В.Галкин

Техред М.Моргентал

Корректор Е.Папп

Редактор О.Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3462 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5