Підсилювач класу е

Підсилювач класу Е який містить активний елемент, що працює в ключовому режимі (ключ), який керується вхідним сигналом, один вивід ключа включений до загального проводу, до другого виводу одним кінцем приєднані дросель, інший кінець дроселя підключений до джерела живлення, перша (що шунтує) ємність іншим виводом 3 20289 4 ність може слугувати дроселем живлення), до одПристрій працює таким чином: у робочому реного виводу ключа приєднані послідовно друга жимі при подачі на ключ (транзистор) 1 сигналу з індуктивність та друга ємність, до другого кінця циклічною частотою w він працює в ключовому якої паралельно підключені третя індуктивність, режимі [1] і протягом частини періоду створює котретя ємність та навантаження підсилювача, ці ло для проходження постійного току від джерела елементи іншими виводами приєднані до спільноживлення і перемінного току, що протікає у вихідго проводу, до якого приєднано також другий вивід ному ланцюзі, і на іншому інтервалі розмикаючи ключа. коло, у результаті чого перемінний тік вихідного Перевагою цього рішення є широка смуга часланцюга протікає через ємність, що шунтує, 2. Фотот, у якому спостерігається високий ККД. рма напруги на розімкнутому ключі в загальному Недоліками є резонансні залежності вихідної випадку має вид, показаний на Фіг.3а. При дотрипотужності і ККД від частоти і розбіжність максиманні умов ПНН, що реалізуються в номінальному мальної вихідної потужності і максимального ККД режимі класу Е при виконанні строгих співвіднопідсилювача по частоті, а також збільшена кільшень між елементами схеми, форми напруги на кість котушок індуктивності, що ускладнює консключі мають вигляд, показаний на Фіг.3b. За таких трукцію і підвищує витрати енергії (фактично у форм напруги на ключі ККД досягає свого максивихідному ланцюзі підсилювача виконуються три мального значення, обумовленого втратами у відколивальних контури, а витрати у першій індуктивкритому ключі й у вихідному ланцюзі, що узгоджує. ності у складі коливального контур у вищі, ніж у У пристрої, що заявляється, умови ПНН виконудроселі живлення). ються два і більше разів у діапазоні частот, внаВ основу корисної моделі поставлена задача слідок чого і відбувається розширення діапазону створення пристрою з розширеною смугою частот, частот, у якому досягається максимальний ККД. у якій досягається максимальний ККД підсилюваПристрій, що заявляється, має еквівалентну схеча. му, подібну пристрою [8], але відрізняється від Поставлена задача вирішується тим, що піднього конструкцією і принципом функціонування. силювач класу Е виконується з вихідним ланцюМаксимальний ККД підсилювача класу Е реагом, що узгоджує, який містить два пов’язані колилізується при виконанні такої умови для вхідного вальних контури (перший - індуктивність 5 і ємність опору вихідного ланцюга, що узгоджує [1, 2] 6, другий - індуктивність 8 і ємність 9, Фіг.1), у реp(p2 - 4) 8 зультаті чого досягається виконання умов ПНН X = qR = = 2 16 p(p + 4)wC1 два рази в смузі частот, а також забезпечується , трансформація опору навантаження в потрібний ( p 2 - 4) навантажувальний опір підсилювача. В наслідок = 2(p2 + 4)wC1 чого одержуємо максимальній ККД на двох або більше частотах робочого діапазону. При цьому де X - реактивна частина навантажувального частотна залежність вхідного опору вихідного ланповного опору (імпедансу), R - активна частина цюга, що узгоджує, у діапазоні частот (годограф навантажувального імпедансу, q=X/R - добротімпедансу) набуває виду петлі, яка два або більше ність, w = 2pf - кругова частота (f - частота), C1 разів перетинає лінію необхідного ідеального вхідємність, що шун тує, підсилювача класу Е (на Фіг.1 ного опору. - ємність 2). На Фіг.1 показана схема пристрою, що заявляНа Фіг.4. це співвідношення показане штрихоється. вою лінією. На Фіг.4а показаний випадок класичноПристрій містить ключ (активний прилад, транго підсилювача класу Е, по патенту [2]. Суцільною зистор) 1, керований вхідним сигналом, до одного лінією показана залежність вхідного імпедансу виводу ключа (стокові або колектору транзистора) вихідного ланцюга в залежності від частоти, хід підключені перша ємність, що шунтує, 2, дросель залежності при збільшенні частоти показаний стріживлення 3, другим кінцем підключений до блока лкою. Частота w0 відповідає максимуму ККД. На живлення 4 і перша індуктивність вихідного ланцюФіг.4b показана залежність вхідного імпедансу при га 5, другим кінцем приєднана до другої ємності 6, зміні частоти в даному винаході. Очевидно, що у до другого кінця якої приєднані третя ємність 7, випадку, зображеному на Фіг.4b, у конструкції, що іншим кінцем приєднана з загальним проводом, і заявляється, двічі виконуються умови попередньої друга індуктивність 8, інший вивід якої приєднано формули. до четвертої ємності 9, до другого виводу якої підТакож при зміні частоти змінюється і реактивключено опір навантаження 10, другим виводом ний опір ємності, що шунтує, 2. Величина цієї ємпідключений до загального проводу, другий вивід ності на робочій частоті визначається з формули ключа також підключений до загального проводу. 1 На Фіг.2 показано варіант еквівалентної схеми C1 = . пристрою, де до складу ємності, що шун тує, 2 вхо5,4466wR дить вихідна ємність транзистора 11, у такому виЗвідси витікає, що при постійній ємності 2 (С1) падку в складі вихідного ланцюга треба враховуповинна виконуватися умова вати й індуктивність виводів транзистора 12, це не w R = const, або w1К1 = w2R 2, змінює роботу підсилювача. . R2 w Вихідний ланцюг, що узгоджує, настроєний та= 1 ким чином, що умови класу Е виконуються не меR1 w2 нше чим на двох частотах робочого діапазону часДе індекси 1 і 2 відносять до двох точок перетот. тинання на Фіг. 3b. Тобто при збільшенні частоти 5 20289 6 активний опір вихідного ланцюга повинен зменшули с высоким КПД. Донецк: Апекс, 2004. - 448с. ватися. Це виконується у пристрої, що заявляєть2. Sokal N.О., Sokal A.D. High-efficiency tuned ся. switching power amplifier. Pat. USA 3919656, H 03 F Експериментальне було реалізовано варіант 1/14, Nov. 11, 1975. пристрою з центральною частотою 1МГц на тран3. Rao Gudimetia V. S., Kain A. Z. Design and зисторі IRF530, розрахунок параметрів ланцюга, Validation of the Load Networks for Brodband Class E що узгодить, проводився для досягнення максиAmplifiers Using Nonlinear Device Model / 1999 MTTмального ККД на частотах 0,95 і 1,05МГц. S International Microwave Symposium Digest, 1999, Отримано ККД 80% у смузі частот 0,875pp. 823-826, Vol. 2. 1,05МГц (тобто в смузі 18%) при вихідній потужно4. Raab F. H. Electronically tunable class- E сті в діапазоні 2-4Вт. На Фіг.5 показано залежності power amplifier /2001 MTT- S International вихідної потужності і ККД при розрахунку з урахуMicrowave Symposium Digest, 2001. - Vol. 3. - P. ванням втрат у відкритому ключі й в елементах 1513- 1516. схеми та в експерименті. Втрати при постійній ви5. Ziegler J. Power amplifier. Pat USA 7 046 088, хідній потужності залежать від напруги живлення і H 03 F 3/217, Заявл. 13.09.2004, Опубл. знижуються з її збільшенням. На Фіг.6 показано 16.05.2006. форми напруги на стоку транзистора на частотах 6. Bowers J. H., Dutcher F. Drive circuits for 0,95МГц (а), 1Мгц (b) і 1,05МГц (с), що підтверreactive loads. US Patent 5 926 093, G08B 13/14, джують реалізацію оптимального режиму підсиЗаявл. 15.08.1997, Опубл. 20.07.20, 1999. лення класу Е на двох часто тах робочого діапазо7. Grebennikov A. Simple design equations for ну. broadband class E power amplifiers with reactance Таким чином, даний пристрій може бути викоcompensation. /2001 MTT- S International Microwave ристаний для підсилення потужності з високим Symposium Digest, 2001. -Vol. 3. -P. 2143- 2146. ККД у смузі частот, більшої, ніж в існуючих підси(прототип). лювачах, при цьому з ростом частоти не спостері8. Крижановський В.Г., Чернов Д.В., Принцовгається спаду потужності. ський В.А., Омельченко О.О. Пристрій для виміДжерела інформації, які використані при скларювання параметрів п’єзоелектричних перетворюданні заявки. вачів. МПК: G 01 R 29/22 - Заява на отримання 1. Крыжановский В.Г. Транзисторные усилитепатенту України на корисну модель №200512564. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 20289 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601