Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов

Авторы патента:

Семёнов Анатолий Васильевич (RU)

Титов Александр Анатольевич (RU)

Покровский Михаил Юрьевич (RU)

H03C1 - Амплитудная модуляция (H03C 5/00,H03C 7/00 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2487461:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и от рассогласования по выходу. Достигаемый технический результат - расширение динамического диапазона сигналов на выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов. Устройство содержит первый электрический фильтр, второй электрический фильтр, биполярный транзистор, резистор, первый конденсатор, второй конденсатор, катушку индуктивности, второй вывод которой соединен с входом управляющего сигнала. 4 ил.

Известно устройство управления амплитудой электрических сигналов, содержащее p-i-n-диод, включенный параллельно с нагрузкой [1, рис 6.2, а]. Недостатком такого устройства управления амплитудой электрических сигналов является малый диапазон регулируемых сигналов, ограниченный амплитудой, равной 1…2 В.

Известно также устройство управления амплитудой периодических сигналов, являющееся одновременно устройством защиты полосового усилителя мощности от перегрузок, содержащее цепь обратной связи, в состав которой входят направленный ответвитель (НО), выполненный в виде отрезка двух связанных линий, вход первой из которых нагружен на согласованную нагрузку НО, детектор, вход которого подключен к выходу первой линии НО, и блок управления, вход которого соединен с выходом детектора, вход второй линии НО подключен к выходу полосового усилителя мощности, а ее выход подключается к нагрузке полосового усилителя мощности, транзистор, база которого подключена к выходу блока управления, коллектор соединен с общим для полосового усилителя мощности и цепи обратной связи проводником, а эмиттер транзистора образует выход цепи обратной связи, подключаемый к входу полосового усилителя мощности [2].

Недостатком такого устройства управления амплитудой периодических сигналов является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 7…10 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является устройство управления амплитудой периодических сигналов, содержащее общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства для управляющего сигнала [4, рис.2].

Недостатком устройства-прототипа является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления амплитудой гармонических сигналов, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 7…10 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - создание устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов, обеспечивающего высокий динамический диапазон сигналов на его выходе (до значений во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство управления амплитудой периодических сигналов, содержащее общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, введены первый конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом первого электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, второй конденсатор, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с коллектором биполярного транзистора, а второй вывод - с входом управляющего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора и второй вывод резистора соединены с общим для всего устройства проводником.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов (фиг.1) содержит общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр 1, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр 2, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор 3, резистор 4, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора 3, первый конденсатор 5, первый вывод которого соединен с выходом первого электрического фильтра 1, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора 3, второй конденсатор 6, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра 2, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора 3, катушка индуктивности 7, первый вывод которой соединен с коллектором биполярного транзистора 3, а второй вывод - с входом управляющего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора 3 и второй вывод резистора 4 соединены с общим для всего устройства проводником.

Предлагаемое устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов работает следующим образом. На вход управляющего сигнала подается постоянное напряжение управления U_упр, закрывающее биполярный транзистор 3. В случае использования в качестве биполярного транзистора 3 n-p-n-транзистора, как показано на фиг.1, это напряжение имеет положительную полярность. При подаче на вход устройства мощного периодического сигнала, имеющего амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения управления, биполярный транзистор 3 остается закрытым. Входной сигнал беспрепятственно проходит на выход и поступает в нагрузку, подключаемую к выходу устройства. При подаче на вход устройства мощного периодического сигнала, имеющего амплитуду больше, чем значение постоянного напряжения управления, в определенный момент времени напряжение на коллекторе биполярного транзистора 3 становится меньше, чем напряжение на его эмиттере. Биполярный транзистор 3 открывается и входит в режим насыщения, глубина которого определяется номиналом резистора 4 (биполярный транзистор 3 оказывается в режиме инверсного включения [5]). В этом случае происходит отсечка части мощного периодического сигнала, и напряжение отсечки становится равным значению постоянного напряжения управления. Изменение значения постоянного напряжения управления приводит к изменению угла отсечки мощного периодического сигнала. Катушка индуктивности 7 используется для устранения шунтирующего действия выходного сопротивления генератора постоянного напряжения управления на работу устройства управления. При уменьшении постоянного напряжения управления до нуля амплитуда напряжения периодического сигнала на выходе устройства оказывается равной напряжению насыщения биполярного транзистора 3 при его инверсном включении.

Между обозначениями объектов, представленных на фиг.1 и 2, имеются следующие соответствия: фильтр 1 соответствует фильтру, образованному элементами C1, С2, L1, L2; фильтр 2 - фильтру, образованному элементами С5, С6, L4, L5; транзистор 3 - транзистору VT1; резистор 4 - резистору R1; конденсатор 5 - конденсатору С3; конденсатор 6 - конденсатору С4; катушка индуктивности 7 - катушке индуктивности L3.

Экспериментальное исследование макета устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2, проводилось при подаче на вход устройства периодического сигнала с частотой, равной 30 МГц. Амплитуда сигнала составляла 40 В, сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу устройства, равнялось 50 Ом. Результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины напряжения управления приведены на фиг.3 (точками на фиг.3 обозначены экспериментальные данные). На фиг.4 приведены результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины напряжения управления для макета устройства управления, реализованного по схеме прототипа. Как видно из графика, приведенного на фиг.4, макет устройства управления, реализованного по схеме прототипа, не позволяет получить амплитуду выходного напряжения более 7,5 В, что обусловлено пробоем перехода база-эмиттер транзистора КТ939А, на основе которого был выполнен макет прототипа.

Технический эффект от использования предложенного устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов по сравнению с устройством-прототипом состоит в расширении динамического диапазона сигналов на его выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов.

Источники информации

1. Пикосекундная импульсная техника / В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др. / Под ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.

2. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Устройство для защиты усилителя мощности от перегрузки // Патент РФ №2217861. - Опубл. 27.11.2003. Бюл.№33.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: пер. с нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 832 с.

4. Титов А.А. Регулировка и модуляция амплитуды мощных сигналов // Электросвязь. - 2007. - №12. - С.46-48 - прототип.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.

Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов, содержащее общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом первого электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, второй конденсатор, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с коллектором биполярного транзистора, а второй вывод - с входом управляющего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора и второй вывод резистора соединены с общим для всего устройства проводником.

Устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов // 2461954

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и рассогласования по выходу.

Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов // 2459347

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Способ амплитудной модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2453035

Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов // 2450419

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве модулятора амплитуды передатчиков теле- и радиовещания.

Устройство управления амплитудой мощных импульсных сигналов // 2429558

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано в системах возбуждения СВЧ-генераторов на лавинно-пролетных диодах и диодах Ганна.

Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции // 2368062

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к средствам тропосферной радиосвязи, и может быть использовано в тропосферных станциях на линиях тропосферных связей с увеличенной пропускной способностью.

Широкополосный усилитель мощности // 2366074

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. .

Модулятор сигналов с минимальным частотным сдвигом // 2363092

Изобретение относится к цифровым системам связи и может использоваться в системах связи с подвижными объектами. .

Формирователь однополосного сигнала фазовым способом // 2363091

Изобретение относится к области передачи сигналов и может быть использовано в качестве формирователя однополосного сигнала. .

Однополосный модулятор // 2487462

Изобретение относится к области однополосной модуляции сверхвысокочастотных колебаний

Способ амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотных сигналов и многофункциональное устройство его реализации // 2488946

Способ амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотных сигналов и многофункциональное устройство его реализации // 2488947

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции

Способ амплитудной модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2488948

Изобретение относится к радиосвязи и может быть одновременно использовано для формирования требуемых амплитудно-манипулированных или амплитудно-модулированных сигналов, а также для демодуляции указанных типов сигналов

Способ приема узкополосных служебных сигналов, передаваемых на фиксированной частоте в диапазонах vlw и lw, и радиоприемное устройство для осуществления этого способа // 2490792

Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала и устройство его реализации // 2494528

Изобретения относятся к области радиосвязи и радиолокации и могут быть использованы для амплитудной, фазовой и амплитудно-фазовой модуляции или манипуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является одновременное обеспечение модуляции амплитуды и фазы высокочастотного сигнала при заданных зависимостях отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя уровнями управляющего низкочастотного сигнала, от частоты в заданной полосе частот. Устройство амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала состоит из линейного четырехполюсника, нелинейного элемента, источника управляющего низкочастотного сигнала и нагрузки, отличается тем, что четырехполюсник выполнен в виде каскадно-соединенных двух Г-образных звеньев из четырех резистивных двухполюсников, в качестве нелинейного элемента используют трехэлектродный нелинейный элемент, который включен между выходом источника высокочастотного сигнала и входом четырехполюсника по схеме с общим одним из трех электродов, к выходу четырехполюсника подключена высокочастотная нагрузка. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Модулятор на моп-транзисторах // 2500065

Изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений. Оно основано на применении МОП-транзисторов. Достигаемый технический результат - уменьшение смещения и дрейфа нуля модулятора. Этот результат достигается тем, что в заявляемом устройстве частота возбуждения и частота модулированного сигнала различны: модуляция осуществляется на удвоенной частоте по отношению к частоте возбуждения. В устройстве используется комплементарная пара МОП-транзисторов (КМОП-пара), включенных по параллельной схеме и возбуждаемых знакопеременными прямоугольными импульсами тока длительностью π/2, при этом на выходе модулятора включен RC-фильтр высоких частот. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции // 2544802

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ), применяемых на линиях многоканальной цифровой связи, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения. Достигаемый технический результат - снижение пиковых напряжений сигнальных векторов формируемых сигналов КАМ-16 без увеличения значения пик-фактора. Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции содержит задающий генератор, три фазовращателя, шесть коммутаторов напряжения, четыре делителя напряжения, элемент «ИЛИ-НЕ» и сумматор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции // 2550521

Изобретение относится к способам формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ-16), применяемым на линиях многоканальной цифровой связи, цифрового радиовещания и телевидения. Техническим результатом является формирование сигнала КАМ-16, обеспечивающего восстановление переданной комбинации из четырех битовых символов в случае неправильного приема одного из попарно переданных векторов напряжений в результате сбоя в аппаратуре или низкой величины отношения сигнал/шум в канале. В способе все поступающие информационные биты разделяют на блоки по 4 бита, а квадратурную u → и с х Q и синфазную u → и с х I составляющие манипулируют в зависимости от значений информационных битов каждого блока, для чего их соответственно умножают на коэффициенты 18/16, 17/16, 15/16, 14/16, 10/16, 9/16, 7/16, 6/16 и суммируют манипулированные значения синфазной и квадратурной составляющих. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2568380

Изобретение относится к областям радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний в заданном диапазоне изменения амплитуды управляющего сигнала. Предложен способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Способ основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме. Цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора и частотного модулятора в режиме усиления, и нагрузкой. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.