Двухпетлевая система автоматического регулирования усилителя мощности

(51)5 Н 03 6 3/20 ТЕНИЙ избыточност потребления данно высок лителем, т. еЦель изо усилителя с выходной мо ия токомнеоправости усикрутизны управле будет иметь место е потребление мощ ухудшение его КПД бретения - повыш АРМ в условиях пе щности. ие КП еменн ГОСУДАРСТВЕЙЙЬЙ КОМИТЕТ" ПО ИЗОБРЕТНИЯЫ И ОТКРЫТИЯМ;,. ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАЙЙЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) ЙспольМвайие радиотехника, усилители с автоматической: регулировкой усиления. Сущность изобретения: двухпетлевая Предлагаемое йзобретение относится к , , облэсти радиотехййки и может использоваться в усилителях мощности с автоматиче- ской регулйровкой усиления с -целью повышения КПД.Известно значительное количество устройств, обеспечивающих автоматическую регулировку мощности (АРМ) усилителей с-целью поддержания заданной выходйой мощности приизменении напряжения питания или температуры окружающей среды.В основе этих устройств лежит изменение выходной мощности усилителя за счет изменению величины входной мощностй. йли ко,эффициента усиления усилителя.Наиболее близким.по технической сущ.ности к предлагаемому изобретению является устройство, в котором содержится два контура регулирования. Один контур обеспечивает поддержание заданной выходной мощности усилителя, другой обеспечивает работу усилителя при данных условиях с наибольшим КПД. Каждому значению управляющего сигнала соответствует опреде 50 1764135 А 12система содержит блок с управляемым коэффициентом передачй; усилитель мощности, детектор мощности., 2 элементасравнения, датчик тока, айалого-"циФровойпреобразователь, запоминающий блок,сравнивающий элемент, О-триггер, элементИ, генератор тактовйх имйульсов; счетчик,дешифратор и управляемый выходнойтрансформатор, Цель - , выравнивание КПДв динамическом диапазоне по выходной,.мощности -достигается, в частности; поочередной работой цепи регулироваймя мощ-ности и-цепи регулирования КПД усилителямощности, 2 ил,ленное значение выходной мощности (в со- . ответствии скрутизной управления предварительного усилителя). и определенное значение тока потребления (в соответствии с к ти н й и авл ния и точник тока. ру зо ур е с а, ) Принципиальный недостаток такого постро-, ения автоматики заключается в необходи-, мости очень точной корреляции" обеих -: с характеристик управления - по току и по . мощности - во всем диапазоне значейий.;. ф внешнего управляющего сигнала. В случае, . в недостаточности крутизны уйравления то ком потребления по отношвнию к крутизне; управления выходноймощностью эаданйая выходная мощность вообще не будет достигнута вследствие ограничения тока .по- требления; при .обратной ситуации.и нУказанная цель достигается тем, что в двухпетлевой системе автоматического регулирования усилителя мощности, содержащей последовательно соединенные блок с управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, последовательно соединенные детектор мощности и элемент сравнения, другой вход которого является входом опорного сигнала регулирования заданной мощности, включенные между выходом усилителя мощности и управляющим входом блока с управляемым коэффициентом передачи и цепь регулировки КПД усилителя мощности, включающая датчик тока в цепи питания усилителя мощности введены дополнительно в цепь регулирования КПД последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, подключенный к датчику тока, запоминающий блок и сравнивающий элемент, другой вход которого подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, О-триггер, информационный вход которого подключен к его инверсному выходу, тактовый вход - к выходу "АВ" сравнивающего элемента, где А и В - сигналы на выходах аналого-цифрового преобразователя и запоминающего блока, соответственно, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор и последовательно соединенные дополнительный элемент сравнения, один вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а другой является входом опорного напряжения, и эле. мент И, другие входы которого подключены к прямому выходу Р-триггера и выходу старшего разряда счетчика, соответственно, выход элемента И подключен к входу останова генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к входу записи запоминающего блока, при этом вход запуска генератора тактовых импульсов, входы сброса О-триггера и счетчика являются входом запуска двухпетлевой системы, а выход дешифратбра подключен к входу управления коэффициентом трансформации управляемого выходного трансформатора.Сравнение с прототипом показывает, что новизна предлагаемого устройства заключается в наличии управляемого выходного трансформатора и схемы регулиро.вания КПД, содержащей аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок, элемент сравнения, О-триггер, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, дополнительный элемент сравнения.Сравнение с другими техническимирешениями показывает, что существенное отличие предлагаемого устройства заклю 30 но последовательно в цепь питания усилителя 1.35 Схема 6 регулирования КПД усилителясодержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, пять 0-триггеров 9 - 13, цифровую 14 и аналоговую 15 схемы сравнения, схему 16 совпадения, тактовый генератор 40 17, счетчик 18, дешифратор 19,соединенныетаким образом, что входы АЦП 8 соединены с выводами измерительного сопротивления 7, выходы соединены с О-входами триггеров 9-12 и входами цифровой схемы 14 сравне ния, выходы триггеров 9 - 12 соединены совходами цифровой схемы 14 сравнения, выход цифровой схемы 14 сравнения соединен с С-входом триггера 13, инверсный выход триггера 13 соединен с Р-входом этого же 50 триггера, выход триггера 13 соединен с одним из входов схемы 16 совпадения, второй вход схемы 16 совпадения соединен с выходом аналоговой схемы 15 сравнения, третий вход соединен с выходом переноса разряда 55 счетчика 18, выход схемы 16 совпадениясоединен со входом запрета счета тактового генератора 17, выход тактового генератора 17 соединен с С-входами триггеров 9 - 12 и С-входом счетчика 18, выходы счетчика 18 соединены с входами дешифратора 19, вы 5 10 15 20 25 чается в возможности автоматического обеспечения максимального КПД усилителя при различной величине выходной мощности,На фиг. 1 показана двухпетлевая система автоматического регулирования для усилителя мощности; на фиг. 2 - схема регулирования КПД усилителя мощности.Двухпетлевая система автоматического регулирования для усилителя 1 мощности содержит управляемый аттенюатор 2, управляемый трансформатор 3, детектор 4 мощности, схему 5 сравнения, схему 6 регулирования КПД усилителя, измерительное сопротивление 7 соединенные таким образом, что управляемый аттенюатор 2, усилитель 1 и управляемый трансформатор 3 образуют последовательную цепочку между задающим генератором и постоянной нагрузкой, вход детектора 4 мощности подключен к постоянной нагрузке, а выход соединен с первым входом схемы 5 сравнения, второй вход схемы 5 сравнения соединен со схемой управления мощности, а выход соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора 2 и одним из входов схемы 6 регулирования КПД, другиевходы схемы 6 соединены со схемой запуска и с обоими выводами измерительного резистора 7, выходы соединены с управляющими входами управляемого трансформатора 3, измерительное сопротивление 7 включеходы дешифратора 19 соединены с управляющими входами управляемого трансформатора 3, первый вход аналоговой схемы 15сравнения соединен с выходом схемы 5сравнения, второй вход соединен с источником опорного напряжения, вход запускатактового генератора 17 соединен со схемой запускаВ-входом триггера 13 и В-входом счетчика 18,Аттенюатор 2, детектор 4 мощности,схема 5 сравнения образуют известнуюструктуру петли АРМ усилителя мощности.Управляемый трансформатор 3 предназначен для изменения величины нагрузкиусилителя 1 путем изменения коэффициента трансформации под действием сигналовуправления, например путем переключенйяобмоток трансформатора р п-диодами,Схема 6 регулирования КПД предназначена для выработки сигналов управлениявеличиной коэффициента трансформации,обеспечивающего максимально возможныйКПД, по следующему алгоритму:- работа схемы начинается по сигналузапуска от внешнего устройства,- при наличии сигнала запуска схема 6регулирования КПД обеспечивает монотонное изменение коэффициента трансформации до тех пор, пока а) с изменениемкоэффициента трансформации уменьшается ток потребления усилителя. б) не достигнута граница диапазона изменениюуправляемого трансформатора, в) не достигнута граница диапазона измененияуправляемого аттенюатора, При неисполнении одного из перечисленных выше условий работа схемы регулирования КПДпрекращается, Пример реализации указанного алгоритма на микросхемах серии 564показан на фиг. 2.Работа устройства происходит следующим образом,На схему 6 регулирования КПД поступает сигнал запуска от внешней схемы, Поэтому сигналу триггер 13 устанавливается вположение с единичным выходом, счетчик18 и дешифратор 19 устанавливаются вкрайнее положение, обеспечивающее такойкоэффициент трансформации управляемо го трансформатора 3, который необходимдля получения максимальной мощности внагрузке, запускается тактовый генератор17. Одновременно с сигналом запуска отсхемы управления мощностью поступает навход схемы 5 сравнения напряжениепро. порциональное требуемой мощности в нагрузке, При установленном коэффициентетрансформации, позволяющем получитьмаксимальную мощность в нагрузке, петляАРМ усилителя всегда установит в нагрузке заданную мощность. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы постоянная времени петли АРМ была меньшечастоты тактового генератора 17.5 Под воздействием тактового генератора 17 счетчик 18 и дешифратор 19 изменяютсвое состояние от крайнего положения, Управляющие сигналы с выхода дешифратора19 переключают обмотки управляемого10 трансформатора 3, тем самым изменяя коэффициент трансформации постоянной нагрузки к выходу усилителя, Очевидно. чтоначальное значение нагрузки, предназначенное для получения максимальной мощ 15 ности, не является оптимальным с точкизрения получения максимального КПД призаданной мощности. Поэтому изменениенагрузки по крайней мере припервомшаге)будет приводить к уменьшению тока по 20 требления усилителя при сохранении заданной мощности в нагрузке с помощьюпетли АРМ, т, е. приведет к повышениюКПД,Работа тактового генератора 17 будет25 происходить до тех пор,"пока изменениенагрузки будет приводить к уменьшению тока потребления. Контроль за изменениемтока потребления осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразовате 30 ля (АЦП) 8, триггеров 9-13 и схемысравнения 14. Предполагается, что АЦП содержит внутри себя необходимый для работы генератора, частота которого намногопревышает частбту тактового генератора35 17, По сигналу с тактового генератора 17происходит запоминание текущего значения тока потребления на триггерах 9-12 исравнение его в схеме 14 сравнения с темзначением тока, которое установится после40 очередного изменения коэффициентатрансформации. Поскольку постоянная времени работы петли АРМ намного меньшепериода частоты тактового" генератора 17,то сравнение токов потребления происха 45 дит при одной и той же мощности в нагрузке, Если текущее значение токапотребления меньше запомненного, то навыходе схемы 14 сравнения имеется "0", Кактолько текущее значение превысит запом 50 ненное, на выходе схемы 14 сравнения появится "1", положительный фронт изменитсостояние на выходе схемы 16 совпаденияи произойдет остановка тактового генератора 17, Такое окончание работы является55 нормальным и свидетельствует о то, что призаданной мощности на выходе усилителя 1достигнут минимальный ток потребления, т.е. достигнуто максимальное КПД,Для обеспечения абсолютной устойчивости устройства вне нормального диапазона работы предусмотрена остановка тактового генератора 17 по достижении границы диапазона изменения управляемого аттенюатора или управляемого трансформатора. Остановка по достижении границы 5 диапазона изменения управляемого аттенюатора осуществляется с помощью схемы 15 сравнения, на один вход которой поступает сигнал с выхода схемы 5 сравнения, на другой вход - опорное напряжение, соот ветствующее границе управления аттенюатора 2. По достижении этой границы изменяется сигнал на выходе схемы 15 сравнения и через схему 16 совпадения произойдет остановка тактового генератора 17. 15 Остановка по достижении границы диапазона изменения управляемого трансформатора 3 осуществляется при наличии сигнала переноса на выходе счетчика 18, Этотсигнал через схему 16 совпадения также оста навливает тактовый генератор 17. После остановки тактового генератора 17 по любому из трех критериев дальнейшая работа устройства возможна после поступления очередного импульса запуска от внешней 25 схемы.:. Приведенный пример конкретного выполнения двухпетлевой системы автоматического регулирования для усилителя мощности доказывает возможность ЗО повышения КПД путем минимизации тока потребления усилителя с помощью управляемого выходного трансформатора и схемы регулирования КПД, содержащей аналогоцифровой преобразователь, запоминаю щий блок, элементы сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор.Формула изобретенияДвухпетлевая система автоматического регулирования усилителя мощности, содер О жащая последовательно соединенные блок с управляемым коэффициентом передачи и усилитель мощности, последовательно соединенные детектор мощности и элемент45 сравнения, другой вход которого является опорным входом сигнала регулируемой заданной мощности, включенные между выходом усилителя мощности и управляющим входом блока с управляемым коэффициентом передачи и цепь регулировки КПД усилителя мощности, включающая датчик тока в цепи питания усилителя мощности, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью выравнивания КПД в динамическом диапазоне по выходной мощности, усилитель мощности выполнен с управляемым выходным трансформатором, а в цепь регулировки КПД введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, подключенный к датчику тока, запоминающий блок и сравнивающий элемент, другой вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, О-триггер, информационный вход которого подключен к его инверсному выходу, тактовый - к выходу "АВ" сравнивающего элемента, где А и В - сигналы на выходах аналого-цифрового преобразователя и запоминающего блока соответственно, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор и последовательно соединенные дополнительный элемен сравнения, один вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а другой является входом опорного напряжения, и элемент И, другие входы которого подключены к прямому выходу 0-триггера и выходу старшего разряда счетчика соответственно. выход элемента И подключен к входу останова генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к входу записи запоминающего блока, при этом вход запуска генератора тактовых импульсов, входы сброса 0-триггера и счетчика являются входом запуска двухпетлевой системы, а выход дешифратора подключен к входу управления коэффициентом трансформации управляемого выходного трансформатора.1764135 иг. е ймроег 4 смюГ актор О.Стенина Корректор Е.П Составитель В.ГалкинТехред М.Моргентал Заказ 3462 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101