Підсилювач-модулятор класу е

Підсилювач-модулятор класу Е, який містить активний елемент, що працює в ключовому режимі (ключ), який управляється 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 приєднана до загального проводу і вихідна ланка, у складі якої включені послідовно друга 3 ного виводу (стоку або колектору транзистора) підключені перша ємність, що шунтує, дросель живлення, другим кінцем підключений до блока живлення, і перша індуктивність вихідного ланцюга, другим кінцем приєднана до другої ємності, до другого кінця якої приєднані третя ємність, іншим кінцем приєднана з загальним проводом, і друга індуктивність, інший вивід якої приєднано до четвертої ємності, до другого виводу якої підключено опір навантаження, другим виводом підключений до загального проводу, другий вивід активного приладу (витік або емітер) також підключений до загального проводу. Перевагою цього рішення є широка смуга частот, у якій спостерігається високий ККД. Недоліком є можливість реалізації амплітудної модуляції тільки шляхом зміни напруги живлення. В основу корисної моделі поставлена задача створення пристрою для амплітудної модуляції на базі підсилювача класу Е, який відрізняється підвищеним ККД та простою схемою. Поставлена задача вирішується тим, що підсилювач-модулятор класу Е містить активний елемент, що працює в ключовому режимі (ключ), який управляється 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 приєднана до загального проводу і вихідна ланка, у складі якої включені послідовно друга ємність і перша індуктивність, до другого виводу якої включені паралельно третя ємність, іншим виводом приєднана до загального проводу, і коливальний контур, що складається з послідовно включеної другої індуктивності і четвертої ємності, до другого виводу четвертої ємності підключений опір навантаження, другим виводом підключений до загального проводу, згідно корисної моделі паралельно третій ємності включені перший активний опір та ланка, що складається з п'ятої ємності, до іншого кінця котрої приєднані другий активний опір та шоста ємність, інші виводи яких приєднані до перемикача, який підключає або другий активний опір, або шосту ємність до загального проводу. Це дозволяє підсилювачу в обох станах вихідного кола мати навантажувальний опір активного приладу, що відповідає умовам максимального ККД класу Е. При цьому пропорційно змінюється і активний і реактивній опір навантажувального кола і вихідна потужність змінюється за законом P  0,577U2 / R , де U2 - напруга живлення, R dc dc активна частина навантажувального імпедансу, навантажувальний активний опір. Використання активного опору у складі вихідної коливальної системі в даному випадку пояснюється необхідністю мати визначену добротність коливальної системи для передачі спектра сигналу. На фіг. 1 показана схема пристрою, що заявляється. Пристрій містить ключ (активний прилад, транзистор) 2, керований вхідним сигналом від генератору 1, до одного виводу ключа (стокові або колектору транзистора) підключені перша ємність, що 64880 4 шунтує, 5, дросель живлення 3, до другого виводу якого підключено джерело постійного струму 4, інший вивід якого приєднаний до загального проводу, і перша індуктивність вихідної ланки 6, до другого виводу якої підключена друга ємність 7, іншим виводом підключена до третьої ємності 8, до якої підключені перший активний опір 9, іншим виводом приєднаний до першого виводу перемикача (ключа) 11, до точки з'єднання ємності 8 та опору 9 також підключена четверта ємність 10, інший вивід якої підключено до другого виводу перемикача 11, третій вивід перемикача 11 підключено до загального проводу, також до точки з'єднання ємностей 7 та 8 підключені другий опір 13, інший вивід якого підключено до загального проводу, п'ята ємність 14, інший вивід якої підключено до загального проводу, і послідовна ланка з шостою ємністю 15, другою індуктивністю 16 і третім опором 17, другий вивід якого підключено до загального проводу, перемикач управляється від зовнішнього джерела сигналу модуляції 12. На фіг. 2 показано виконання перемикача 11 разом з ємністю 10 та послідовно підключеної ємності 8. Замість опору 9 та перемикача 11 використовується транзистор 18. Це коло еквівалентно гілці на фіг. 1 і не змінює роботу підсилювачамодулятору. Пристрій працює таким чином: при зміні рівня сигналу джерела 12 опір транзистору 18 змінюється і імпеданс ланки з цих елементів забезпечує потрібну зміну навантажувального імпедансу підсилювача, що приводить до амплітудної модуляції у пристрої, що заявляється. Завдяки розрахунку потрібних значень опору 9 та ємності 10, при перемиканні ключа (або при зміні опору транзистора 18) навантажувальний імпеданс змінюється, але залишається постійною добротність q  X / R , де R та X дійсна та уявна частини навантажувального імпедансу (фіг. 3), це приводить до зміни вихідної потужності, але ККД підсилювача залишається високим. Експериментально було реалізовано варіант пристрою на частоту 13,56 МГц для амплітудної модуляції стуму у котушці зв'язку згідно з стандартом ISO 14443. На фіг. 4 показані експериментальні значення навантажувального опору у двох станах транзистору 18 для 10 % модуляції. Може бути отримана 50 % амплітудна модуляція цифровим сигналом (фіг. 5) при збереженні ККД підсилювача без модуляції. Таким чином, даний пристрій може бути використаний у системах передачі енергії та інформації, таких як RFID та NFC з високим ККД підсилювання та модуляції високочастотних електромагнітних коливань. Джерела інформації: 1. Крыжановский В. Г. Транзисторные усилители с высоким КПД. Донецк: Апекс, 2004. - 448 с. 2. Raab F. H. Electronically tuned power amplifier. US Patent No.: 7 202 734 B1 H03F 3/04. Заявл. 6.06.2000. Опубл. 10.04.2007. 3. Yoshnaga H., Deguchi F., Tanaka M., Hirata A., Yaruyama H. Noncontact 1С card reader/writer. US Patent 7 182 266 B2 G06K 19/06, Заявл. 5 29.06.2004, Опубл. 27.02.2007. 4. Стандарт ISO 14443 http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm 5. Collins D., Hinchliffe S., Hobson L. Optimised Class-E amplifier with load variation // Electronic letters. - V. 23. - No.18, 27th August 1987. - P. 973974. 6. Jesme R. D. Amplifier Modulation. US Patent No.: 6 909 326 B2 H03F 3/217 Заявл. 31.03.2004, Опубл. 21.06.2005. 7. Tu S. H.-L., Toumazou С. Design of highefficient power-controllable CMOS class E RF power 64880 6 amplifiers/ Proceedings ISC AS'99 V.2, P. 602-605. 1999. 8. Bertlett J. I., Chang M. C. F., Marcy 5th. H. O. et al. Integrated tunable high efficiency power amplifier. Pat. USA 6 232 841 H03F 3/04. Заявл. 1.06.1999. Опубл. 15.05.2001 9. Крижановський В. Г., Принцовський В. А., Чернов Д. В. Підсилювач класу Е. Патент України на корисну модель № 20289 H03F 3/20, зареєстровано 15.01.2007 р., бюл. № 1. По заявці № 200608234 від 21.07.06 р. (прототип) 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 64880 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601