Автогенератор класу е

Реферат: Автогенератор класу Е містить активний елемент (транзистор), що працює в ключовому режимі, один вивід транзистора включений до загального проводу, до другого виводу підключені захисний діод і два опори, один приєднано до джерела живлення, інший до загального проводу. На цей вивід (затвор або базу) подається сигнал зворотного зв'язку, до третього виводу (стоку або колектору) 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 її другого кінця приєднані третя ємність, іншим кінцем приєднана з загальним проводом, і друга індуктивність, інший вивід якої приєднано до паралельно з'єднаних опору навантаження і четвертої ємності, другими виводами підключеними до загального проводу, і п'ятої ємності, інший вивід якої приєднано до точки з'єднання входу транзистору і четвертої індуктивності, до якої приєднано шосту ємність, іншим виводом з'єднану з загальним проводом. UA 92161 U (54) АВТОГЕНЕРАТОР КЛАСУ Е UA 92161 U UA 92161 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі радіотехніки, конкретно до високочастотних і надвисокочастотних автогенераторів, що працюють в ключовому режимі при виконанні певних умов, які зв'язують параметри управління активним елементом, імпеданс вихідного ланцюга, що узгоджує, на частотах основної і вищих гармонік і активний опір навантаження автогенераторам класу Е [1, 2]. Автогенератори класу Е побудовані на базі підсилювача потужності класу Е, який охоплено зворотнім зв'язком, до їх переваг відносять високий коефіцієнт корисної дії (ККД), простоту конструкції і точний опис роботи, що дозволяє конструювати автогенератори на основі точного алгоритму. Високий ККД автогенератора класу Е обумовлений виконанням режиму переключення при нульовій напрузі (ПНН), що істотно знижує комутаційні втрати [1, 2]. Одним із недоліків автогенераторів потужності класу Е є залежність вихідної потужності від частоти, яка обумовлена роботою автогенераторів на схилі резонансної характеристики послідовного коливального контуру. Для розширення частотного діапазону, у якому автогенератор має постійну вихідну потужність та високий ККД, можна скористатися методами, що апробовані на підсилювачах класу Е [3, 4]. У цих конструкціях для розширення смуги частот використовується вихідна узгоджувальна ланка, у яку введено додатковий коливальний контур, що дозволяє отримати виконання умов класу Е на двох частотах, та меншу зміну вихідної потужності зі зміною частоти. Найбільш близьким технічним рішенням є пристрій, описаний у [2], який містить активний елемент (транзистор), що працює в ключовому режимі, один вивід транзистора включений до загального проводу, до другого виводу підключені захисний діод і два опори, один приєднано до джерела живлення, інший до загального проводу, і на цей вивід (затвор або базу) подається сигнал зворотного зв'язку, до третього виводу (стоку або колектору) 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 кінця якої приєднані опір навантаження, та третя ємність, до другого кінця якої підключені четверта ємність, другим виводом приєднана до загального проводу, і друга індуктивність, яка другим виводом приєднана до другого виводу транзистора. Перевагою цього автогенератора є високий ККД на центральній частоті. Недоліком цього рішення є значна залежність вихідної потужності від частоти, що генерується, тому для використання цього генератора у радіотехнічних системах доводиться застосовувати складні рішення [5]. У основу корисної моделі поставлена задача розширення діапазону частот автогенератора, у якому зберігаються високий ККД та постійна вихідна потужність шляхом удосконалення автогенератору класу Е - зміни конструкції вихідної ланки та кола зворотного зв'язку. Таке рішення буде корисне при побудові як енергетичних пристроїв, так і систем зв'язку, наприклад з використанням FSK модуляції, оскільки буде забезпечена однакова потужність на частотах, що передаються. Поставлена задача вирішується тим, що в автогенератор класу Е, який містить активний елемент (транзистор), що працює в ключовому режимі, один вивід транзистора включений до загального проводу, до другого виводу підключені захисний діод і два опори, один приєднано до джерела живлення, інший до загального проводу, і на цей вивід (затвор або базу) подається сигнал зворотного зв'язку, до третього виводу (стоку або колектору) 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 кінця, згідно з корисною моделлю, приєднані третя ємність, іншим кінцем приєднана з загальним проводом, друга індуктивність, інший вивід якої приєднано до паралельно з'єднаних опору навантаження і четвертої ємності, другими виводами підключених до загального проводу, і п'ятої ємності, інший вивід якої приєднано до точки з'єднання другого виводу (входу) транзистору і четвертої індуктивності, до якої приєднано шосту ємність, іншим виводом з'єднану з загальним проводом. На фіг. 1 показана схема пристрою, що заявляється, на фіг. 2 - навантажувальний імпеданс, який по результатам моделювання формує вихідна ланка, на фіг. 3 - експериментальні форми напруги на стоку транзистора та на навантаженні, на фіг. 4 - експериментальні залежності вихідної потужності та ККД на навантаженні запропонованого автогенератора у діапазоні виконання умов класу Е. Пристрій містить активний прилад (транзистор) 1, одним виводом транзистор підключений до загального проводу, на другий вивід транзистора (вхід - затвор або базу) приєднано дільник з опорів 2 і 3 (приєднаних відповідно до блока живлення 4 та загального проводу) та захисний 1 UA 92161 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 діод 5 і подається сигнал зворотного зв'язку, до третього виводу транзистора (стоку або колектора) підключені дросель живлення 6, другим кінцем підключений до блока живлення 4, перша ємність, що шунтує, 7, і перша індуктивність вихідної ланки 8, другим кінцем приєднана до другої ємності 9, до другого кінця якої приєднані третя ємність 10, іншим кінцем приєднана до загального проводу, і друга індуктивність 11, інший вивід якої приєднано до паралельно з'єднаних опору навантаження 12 і четвертої ємності 13, другими виводами підключеними до загального проводу, і п'ятої ємності 14, інший вивід якої приєднано до точки з'єднання другого виводу (входу) транзистора 1 і третьої індуктивності 15, до якої приєднано шосту ємність 16, іншим виводом з'єднану з загальним проводом. Пристрій працює таким чином: при вмиканні джерела живлення внаслідок вибору опорів 2 та 3 активний елемент (транзистор) 1 опиняється у стані, коли скрізь нього протікає малий струм, та він може бути слабким сигналом переведений у стан відсічки або більш відкритий стан, внаслідок імпульсу при вмиканні джерела живлення у вихідній ланці формується сигнал, який на опорі навантаження 12 має форму, наближену до синусоїдальної, цей сигнал через коло зворотного зв'язку, яке утворюють п'ята ємність 14 та третя індуктивність 15 і шоста ємність 16, подається на вхід транзистора, якщо зсув фази у колі зворотного зв'язку буде рівний нулю або кратний 2 %, у пристрої виникнуть автоколивання і він почне генерувати високочастотну потужність. Завдяки виконанню умов класу Е - рівність нулю напруги у мить вмикання транзистора, та рівності нулю похідної напруги у цей же час, автогенератор на робочій частоті має великий ККД. Виконання умов класу Е також сприяє збереженню високого ККД при невеликій зміні робочої частоти, але не забезпечує підтримання сталого рівня потужності. Для цього у пристрої використовуються коло з третьої ємності 10 та другої індуктивності 11 і четвертої ємності 13, які разом з контуром з першої індуктивності 8 та другої ємності 9 сприяють отриманню у робочому діапазоні частот потрібної залежності навантажувального імпедансу транзистора від частоти, та коло зворотного зв'язку (п'ята ємність 14 та третя індуктивність 15 і шоста ємність 16), завдяки якому при зміні ємності 14 навантажувальний імпеданс транзистора змінюється у невеликому діапазоні з потрібною залежністю від частоти (фіг. 2). Максимальний ККД автогенератора класу Е реалізується при виконанні такої умови для вхідного опору вихідної ланки, що узгоджує [1, 2] X  qR  1,153R  0,2117 , C1 де X - реактивна частина навантажувального повного опору (імпедансу), R - активна частина навантажувального імпедансу, q  X / R - добротність,   2f - кругова частота ( f частота), C1 - ємність, що шунтує, автогенератора класу Е. На фіг. 2 це співвідношення показане штрих-пунктирною лінією. Суцільною лінією показана залежність вхідного імпедансу вихідного ланцюга в залежності від частоти, хід залежності при збільшенні частоти показаний стрілкою. Позначка вказує на діапазон частот, у якому виконуються умови класу Е та генерації. Експериментальні форми напруги на стоку та на навантаженні показані на фіг. 3, вони вказують на виконання умов класу Е. В експерименті отримано ККД 88-89 % у смузі частот 3,185-3,29 МГц при вихідній потужності в діапазоні 0,68-0,7 Вт. На фіг. 4 показано залежності вихідної потужності і ККД. Таким чином, даний пристрій може бути використаний для генерації потужності з високим ККД у смузі частот, при цьому з ростом частоти не спостерігається спаду потужності. Джерела інформації: 1. Крыжановский В.Г. Транзисторные усилители с высоким КПД. Донецк: Апекс, 2004. - 448с. 2. М.К. Kazimierczuk, V.G. Krizhanovski, Ju. V. Rassokhina, D.V. Chernov, Class-E MOSFET Tuned Power Oscillator Design Procedure // IEEE Trans. On Circuits and Systems I. Regular PapersV. 52, No. 6 - June 2005. - P. 1138-1147 (найближчий аналог). 3. Крижановський В.Г., Принцовський В.А., Чернов Д.В. Підсилювач класу Е. Патент України на корисну модель № 20289, зареєстровано 15.01.2007 р., бюл. №1. По заявці № 200608234 від 21.07.06 p. 4. Крижановський В.Г., Принцовський В.А. Бабко Д.В. Пожидаев И.А. Надвисокочастотний підсилювач класу Е. Патент України на корисну модель № 23407. Зареєстровано 25.05.2007, бюл. № 7. По заявці № 200613546 від 20.12.2006 р. 5. Крыжановский В.Г., Чернов Д.В., Рассохина Ю.В. Автогенератор класса Е в режиме синхронизации FSK сигналом // Радиотехника, Всеукраинский межв. Н.-т. сб., Харьков, Вып. 147, 2006. - С. 92-98. 2 UA 92161 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Автогенератор класу Е, який містить активний елемент (транзистор), що працює в ключовому режимі, один вивід транзистора включений до загального проводу, до другого виводу підключені захисний діод і два опори, один приєднано до джерела живлення, інший до загального проводу, і на цей вивід (затвор або базу) подається сигнал зворотного зв'язку, до третього виводу (стоку або колектору) 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, який відрізняється тим, що до її другого кінця приєднані третя ємність, іншим кінцем приєднана з загальним проводом, і друга індуктивність, інший вивід якої приєднано до паралельно з'єднаних опору навантаження і четвертої ємності, другими виводами підключеними до загального проводу, і п'ятої ємності, інший вивід якої приєднано до точки з'єднання входу транзистору і четвертої індуктивності, до якої приєднано шосту ємність, іншим виводом з'єднану з загальним проводом. 3 UA 92161 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4