Передатчик амплитудно-модулированных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих устройствах. В передатчике амплитудно-модулированных сигналов достигается технический результат: высокий промышленный КПД при улучшенных качественных и массогабаритных показателях. Передатчик амплитудно-модулированных сигналов содержит два ключевых двухтактных усилителя, в каждом из которых встречно включены два коммутирующих прибора, колебательную систему, силовой источник питания, широтно-импульсный модулятор, возбудитель и два индуктивных накопителя энергии. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих устройствах.

Известны высокоэффективные усилители амплитудно-модулированных колебаний ("Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме", В.Б. Козырев и др. , М., Радио и связь, 1985 г., с. 151 - 178). Такой усилитель содержит высокочастотный двухтактный генератор и широтно-импульсный модулятор класса D. Выходной каскад модулятора осуществляет усиление ШИМ сигнала и его обратное преобразование при помощи фильтра низкой частоты.

Наряду с достоинствами таких усилителей известны и их недостатки, связанные с необходимостью подавления продуктов ШИМ, для его используются многоканальные схемы.

Ближайшим аналогом является изобретение "Передатчик амплитудно-модулированных сигналов" по а.с. N 1665517, кл. H 04 B 1/04, опубл. 23.07.91, Бюл. N 27. Такой передатчик содержит два ключевых двухтактных усилителя, широтно-импульсный модулятор, возбудитель, полосовой фильтр (колебательную систему), силовой источник питания и два элемента совпадения.

Два ключевых двухтактных усилителя этого передатчика образуют мостовую схему резонансного инвертора. На входы первого ключевого двухтактного усилителя управляющие противофазные сигналы типа "меандр" поступают от возбудителя непрерывно, а на входы второго ключевого двухтактного усилителя от возбудителя поступают "пачки" импульсов, при этом длительность "пачки" определяется широтно-импульсным модулятором и формируется с помощью двух схем совпадения. В результате этого к входу выходного полосового фильтра прикладываются радиоимпульсы, длительность которых определятся широтно-импульсным модулятором. Благодаря сокращению числа преобразований в таком передатчике может быть достигнут высокий КПД.

Однако этот передатчик не лишен известных недостатков, связанных с возможностью прохождения "сквозных" токов через транзисторы, а также необходимостью подавления тактовой частоты и ее продуктов.

Перед разработчиками была поставлена задача создания ключевого двухтактного амплитудно-модулированного передатчика с высокими технико-экономическими показателями, лишенного указанных недостатков.

Поиск технического решения привел к схеме, приведенной на фиг. 1.

На фиг. 4 приведены эпюры, поясняющие работу передатчика, где: 1, 2 - управляющие напряжения на входах коммутирующих приборов 1-1 и 1-2; 3, 4 - управляющие напряжения на входах коммутирующих приборов 2-1 и 2-2; 5, 6 - напряжения между выводами 1 и 2 коммутирующих приборов 2-1 и 2-2; 7 - выходное напряжение.

Формирование амплитудно-модулированного сигнала в таком передатчике осуществляется путем периодической подзарядки двух индуктивных накопителей энергии 7 и 8 в течение части полупериода высокочастотных колебаний и передачей энергии колебательной системе 3 в течение последующего полупериода. Удержание тока индуктивных накопителей энергии 7 и 8 в течение паузы, когда подзарядка не производится, поочередно выполняется коммутирующими приборами 2-1 и 2-2, одновременно осуществляющими передачу энергии колебательной системе 3.

При включении коммутатора 1-1 на время τ_и осуществляется подзарядка индуктивного накопителя 7. В это же время ток индуктивного накопителя 8 проходит через колебательную систему 3 и коммутатор 1-1. В момент окончания импульса "1" длительностью τ_и сигналом "3" отпирается коммутатор 2-1 и остается в таком состоянии на время T_в/2-τ_и, т.е. до окончания полупериода несущей частоты. В результате этого на выходе колебательной системы формируется полуволна напряжения (эпюра "7"). Аналогично формируется вторая полуволна.

Как непосредственно следует из рассмотренной схемы передатчика амплитудно-модулированных сигналов, в нем исключена возможность прохождения "сквозных" токов, так как коммутирующие приборы включены встречно. Кроме того, нет проблемы подавления напряжения тактовой частоты и ее продуктов, так как широтно-импульсная модуляция осуществляется на несущей частоте передатчика. Следовательно, отсутствуют низкочастотные элементы фильтра, характерные для передатчиков с широтно-импульсной модуляцией.

Таким образом, предложенный передатчик обеспечивает высокий промышленный КПД при улучшенных качественных и массогабаритных показателях.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного передатчика амплитудно-модулированных сигналов.

На фиг. 2 - схема транзисторного варианта выполнения передатчика с диодами в коллекторных цепях транзисторов второго усилителя.

На фиг.3 - схема транзисторного варианта выполнения передатчика с одним общим диодом в эмиттерной или истоковой цепи второго усилителя.

На фиг.4 - эпюры сигналов, поясняющие работу передатчика.

Передатчик (фиг. 1) содержит первый ключевой двухтактный усилитель 1 с коммутирующими приборами 1-1 и 1-2, второй ключевой двухтактный усилитель 2 с коммутирующими приборами 2-1 и 2-2, колебательную систему 3 (резонансный контур или П-образный фильтр), силовой источник питания 4, широтно-импульсный модулятор 5, возбудитель 6, а также два индуктивных накопителя энергии 7 и 8. При этом коммутирующие приборы 1-1 и 1-2, а также 2-1 и 2-2 усилителей 1 и 2 включены встречно, выводы 2 коммутирующих приборов усилителя 1 соединены с минусовым выводом силового источника питания 4, плюсовой вывод которого соединен с выводами 2 усилителя 2. Индуктивные накопители энергии 7 и 8 включены параллельно коммутирующим прибором усилителя 2, а колебательная система 3 включена между выводами 1 коммутирующих приборов усилителя 2. Выводы 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5 соединены с входами двухтактного усилителя 1, а выходы 3 и 4 широтно-импульсного модулятора 5 соединены с входами двухтактного усилителя 2. Вход тактовой частоты широтно-импульсного модулятора 5 соединен с выходом возбудителя 6. Второй вход широтно-импульсного модулятора 5 соединен с источником напряжения низкой частоты.

В качестве коммутирующих приборов ключевых двухтактных усилителей могут использоваться генераторные или модуляторные лампы L1 ... L4. При этом анод коммутирующего прибора 1-1 соединен с анодом коммутирующего прибора 2-1, анод коммутирующего прибора 1-2 соединен с анодом коммутирующего прибора 2-2, катод коммутирующего прибора 1-1 соединен с катодом коммутирующего прибора 1-2 и с минусовым выводом источника питания 4, катод коммутирующего прибора 2-1 соединен с катодом коммутирующего прибора 2-2 и с плюсовым выводом источника питания 4.

Передатчик (фиг. 2) содержит в качестве коммутирующих приборов транзисторы T1 ... T4. Усилитель 2 дополнительно содержит диоды 9 и 10, аноды которых соединены с общими точками индуктивных накопителей энергии 7 и 8 и коллекторов или стоков транзисторов усилителя 1.

Передатчик (фиг. 3) содержит в качестве коммутирующих приборов транзисторы T1 . .. T4. Усилитель 2 дополнительно содержит диод 11, анод которого соединен с эмиттерами или истоками транзисторов усилителя 2, а катод соединен с плюсовым выводом источника питания 4.

Передатчик работает следующим образом.

С выхода возбудителя 6 (фиг. 1) сигналы типа "меандр" несущей частоты передатчика поступает на вход широтно-импульсного модулятора 5, на второй вход которого поступает модулирующий сигнал низкой частоты. Широтно-импульсный модулятор 5 преобразует поступающий сигнал в последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна мгновенному значению входного напряжения низкой частоты, а частота равна несущей частоте передатчика. С выходов 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5 эти сигналы поступают на коммутирующие приборы 1-1 и 1-2 первого ключевого двухтактного усилителя 1, в результате чего от силового источника питания 4 осуществляется подзарядка индуктивных накопителей энергии 7 и 8. С выходов 3 и 4 сигналы типа "меандр" поступают на коммутирующие приборы 2-1 и 2-2 второго ключевого двухтактного усилителя 2. При этом в течение одного полупериода несущей частоты отпираются коммутирующие приборы 1-1 и 2-1, а в течение другого полупериода отпираются коммутирующие приборы 1-2 и 2-2.

В результате этого в колебательной системе 3 формируется симметричный сигнал несущей частоты, величина которого определяется током накопителей 7 и 8, который пропорционален длительности импульсов, поступающих с выходов 1 и 2 широтно-импульсного модулятора 5.

Вариант реализации передатчика, приведенный на фиг.2 отличается тем, что упомянутые ключевые двухтактные усилители выполнены на транзисторах и для исключения обратных токов через транзисторы T3 и T4 введены диоды 9 и 10.

Вариант реализации передатчика, приведенный на фиг.3 отличается тем, что для исключения обратных токов транзисторов T3 и T4, введен общий диод 11, включенный в эмиттерную или истоковую цепь транзисторов.

С целью исключения токов цепи управления коммутирующих приборов 2-1 и 2-2 (фиг.1) при обратном напряжении, когда приборы 1-1 и 1-2 отперты, выходное импульсное напряжение, формируемое широтно-импульсным модулятором 5 и поступающее с выходов 3 и 4 на входы коммутаторов 2-1 и 2-2 блокируется. Таким образом, длительность импульсов, поступающих на входы второго ключевого двухтактного усилителя 2 равна разности полупериода сигнала возбудителя и длительности импульсов, поступающий на входы первого ключевого двухтактного усилителя 1 (п. 4 формулы изобретения).

Формула изобретения

1. Передатчик амплитудно-модулированных сигналов, содержащий первый ключевой двухтактный усилитель, включающий первый и второй коммутирующие приборы, второй ключевой двухтактный усилитель, включающий первый и второй коммутирующие приборы, колебательную систему, силовой источник питания, широтно-импульсный модулятор и возбудитель, при этом первые выводы первых коммутирующих приборов усилителей соединены, отличающийся тем, что введены два индуктивных накопителя энергии, включенные параллельно первому и второму коммутирующим приборам второго усилителя, коммутирующие приборы усилителей включены встречно, вторые выводы коммутирующих приборов первого усилителя соединены с минусовым выводом силового источника питания, плюсовой вывод которого соединен с вторыми выводами коммутирующих приборов второго усилителя, первые выводы которых соединены с колебательной системой, при этом выход возбудителя соединен с входом тактовой частоты широтно-импульсного модулятора, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами первого усилителя, а третий и четвертый выходы соединены с соответствующими входами второго усилителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутирующие приборы усилителей выполнены на транзисторах, при этом второй усилитель содержит два диода, аноды которых соединены с общими точками индуктивных накопителей энергии и коллекторов или стоков транзисторов первого усилителя, а катоды соединены с общими точками коллекторов или стоков второго усилителя и колебательной системы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутирующие приборы усилителей выполнены на транзисторах, при этом второй усилитель содержит диод, анод которого соединен с эмиттерами или истоками транзисторов, а катод соединен с плюсовым выводом источника питания.

4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что длительность импульсов τ_1,2 с первого и второго выходов широтно-импульсного модулятора и длительность импульсов τ_3,4 с третьего и четвертого выходов широтно-импульсного модулятора связаны с периодом Т_в частоты возбудителя соотношением где в

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4