Усилитель класса д

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) Р 3/217 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОРСКОМУС СТВУ(54) (57) УСжащнй генеражения, выходвательно аощения уровнявый компаратдом ключевочерез. последвторой блоксумматор, инен с вторым теля, к вы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИ юл. В 47нян, В.А.Александров,А.Майоров и А.О.АфаИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д, содертор пилообразного напрякоторого через.последоединенные первый блок сме, первый сумматор и перор соединен с первым вхао усилителя, а также овательно соединенные смещения уровня, второй торой компаратор соедивходом ключевого усилиду,которого подключен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого и второго компараторов .соединены между собой и являются входом усилителя класса Д, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, выход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим входом первого сумматора через введенные последовательно включенныетретий блок смещения уровня и амплитудный селектор отрицательной полярности и через введенные после- е довательно соединенные четвертый блок смещения уровня и амплитудный селектор положительной полярности - с третьим входом второго сумматора, при этом вторые входы третьего и чет-вертого блоков смещения уровня подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника питания.Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в усилиФтельных устройствах средней и большой мощности.Известен усилитель, в котором5входнсЬ сигнал преобразуется в двухтактную последовательность широтномодулированных импульсов, полярностькоторых соответствует полярностивходного сигнала, усиление двухтакт- Оной последовательности импульсовосуществляется высокоэффективнымидвухтактными ключевыми усилителями,например, выполненными по мостовойсхеме, каналы которых переключаютсяс частотой входного сигнала, что значительно уменьшает потери, вызванныесквозными токами 1 .Данный усилитель имеет высокийКПД, порядка 85-90 .Однако у этого усилителя малый динамический диапазон усиления. Это.обусловлено тем, что в таких усилителях малым уровням входного сигналасоответствует минимальная длительность импульсов, что приводит. к существенным искажениям сигнала; выделяемого на Нагрузке, вследствие инерционности переключения ключевых элементов, и уменьшению динамического30диапазона усиления до 30-35 дБ.Наиболее близким техническим решением к предложенному является усилитель класса Д, содержащий генератор пилообразного напряжения, выход которогочерез последовательно соединенные З 5первый блок смещения уровня, первыйсумматор и первый компаратор соединенс первым входом ключевого усилителя,а также через последовательно соединенные второй блок смещения уровня, фвторой сумматор и второй компараторсоединен с вторым входом ключевогоусилителя, к выходу которого подклю,чен выходной фильтр нижних частот,причем вторые входы первого и второгоблоков смещения уровня и первогоивторого сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого ивторого компараторов соединены междусобой и являются входом усилителя 50класса Д 2,Однако известный усилитель класса Д имеет существенные искаженияамплитудно-частотной характеристики.Цель изобретения - уменьшение 55нелинейных искажений.Цель достигается тем, что в усилителе.класса Д, содержащем генератор пилообразного напряжения, выход которого через последовательно соединенные первый блок смещения уровня, первый сумматор и первый компаратор соединен с первым входом ключевого усилителя, а также через последовательно соединенные второй блок смеще-. ния уровня, второй сумматор и второй компаратор соединен с вторым входом ключевого усилителя, к выходу которого подключен выходной фильтр нижних частот, причем вторые входы первого и второго блоков смещения уровня и первого и второго сумматоров подключены к общей шине, а вторые входы первого и второго компараторов соединены между собой и являются входом усилителя класса Д, выход генератора пилообразного напряжения соединен с третьим входом первого сумматора через введенные последовательно.включенные третий .блок смещения уровня и амплитудный селектор отрицательной полярности и через введенные последовательно соединенные четвертый блок смещения уровня и амплитудный селектор положительной полярности - с чьретьим входом второго сумматора, при этом вторые входы третьего и четвертого блоков смещения уровня подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника питания.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного усилителя класса Д; на фиг. 2 и 3 - эпюры, поясняющие формирование пилообразных напряжений; на фиг. 4 диаграммы, поясняющие работу усилителя; на фиг. 5 - амплитудная характеристика усилителя класса Д.Усилитель класса Д содержит генератор пилообразного напряжения (ГПН) 1, первый и второй блоки 2 и 3 смещения уровня, первый и второй сумматоры 4 и 5, амплитудный селектор 6 отрицательной и амплитудный селектор 7 положительной полярностей, первый и второй компараторы 8 и 9, ключевой усилитель 10 и выходной фильтр нижних частот (ФНЧ) 11, третий и четвертый блоки 12 и 13 смещения уровня,ГПН 1 препназначен для формирования напряжения пилообразной формы Ц (фиг. 2 а и За) с постоянной амплитудой и частотой повторения. ГПН 1 может быть выполнен на генераторе3 11310 тактовых импульсов типа меандр и интеграторе.Блоки 2 и 3, 12 и 13 смещения уровня предназначены для смещения .сигнала, поступающего на их первый вход, соответственно в большую и меньшую сторону относительно напряжения, поступающего на их второй вход. Блоки 2, 3, 12 и 13 смещения уровня могут быть выполнены на конденсаторе и диоде, причем в блоках 3 и 13 смещения уровня диод включен между выходом и вторым входом в прямом найравлении, а в блоках 2 и 12 смещения уровня - в обратном. На вы 15 ходах блоков 2, 3, 12 и 13 смещения уровня формируются пилообразные напряжения 00 (минимальное значение совпадает с нулевым уровнем)", О - 11 минимальное значение, равное - Ц 1; О,с 0 (максимальное значение равно О)1 Ц с О (максимальное. значение равно +0), форма и амплитуда которых определяется сигналом Чп, поступающим на первый вход блоков смещения уроВня 25 (фиг. 2 а, б, в, фиг. 3 а, б, в).Амплитудный селектор 6 отрицательной полярности предназначен для коммутации напряжения 111 , поступаюЗО щего на его вход с выхода блока 12 смещения уровня, на вход сумматора 4, при 01 ( О. На выходе амплитудного "електора 6 формируются треугольные импульсы 0 отрицательной полярнос-ти.35Амплитудный селектор 7 положительной полярности передает на вход сумматора 5 напряжение 0 ) О. На входе амплитудного селектора 7 формируются треугольные импульсы положительной 40 полярности. Амплитудные селекторы 6 и 7 могут быть выпол,ены на диодах, соответственно включенных в обратном и прямом направлениях.45Сумматоры 4 и 5 предназначены для суммирования входных сигналов и могут быть выполнены резистивными, при условии, что обеспечивается равенство сопротивлений соответствующих ре р зисторов сумматоров 4 и 5На выходах сумматоров 4 и 5 формируются пилообразные напряжения Ч 11 и Чс+У.причем скорость изменения пилообразных напряжений Ч и 11 в области от - 55 0 до 40 в два раза больше, чем в остальной области (фиг. 2 г., д,фиг, 3 г, д). 22 4Предлагаемый усилитель класса Д работает следующим образом.Выходное напряжение ГПН 1.поступает через блок 2 смещения уровня на первый вход и через блок 12 смещения уровня и амплитудный селектор 6 - на третий вход сумматора 4, а также через блок 3 смещения уровня - на первый вход и через блок 13 смещения уровня и амплитудный селектор 7 - на третий вход сумматора 5. При этом на выходах сумматоров 4 и 5 формируются соответственно напряжения ЧУ и Ч ( +О (фиг. 4 а), имеющих общую область изменения от -11 доЦ, причем в этой области скорость изменения пилообразных напряжений У,и Ч в два раза выше. Напряжения 1, и Ч поступают на входы компараторов 8 и 9, где сравниваются с напряжением усиливаемого сигнала. При 1Она выходе компаратора 8 формируется импульс положительной полярности, а при Н Цц импульс отрицательной полярности формируется на выходе компаратора 9. Выходные импульсы компараторов 8 и 9 усиливаются ключевым усилителем 10 и через выходной ФНЧ 11 передаются на выход усилителя класса Д.При 1111 на выходе ключевого усилителя 10 формируется двухтактная последовательность импульсов (фиг.4 б), полярность которых определяется полярностью усиливаемого сигнала. При О /( 0 на выходе ключевого усилителя 10 формируется последовательность разнополярных импульсов, . в паузе между которыми оба канала ключевого усилителя 10 находятся в закрытомсостоянии (фиг. 4 б).Таким образом, в предлагаемомусилителе класса Д обеспечиваетсяформирование смеыанной импульсной последовательности, двухтактной - при больших уровнях 11 пУ, и однотактной - при малых уровнях усиливаемого сигнала 1( 11 . Это позволяетв предлагаемом усилителе класса Дполучить динамический диапазон неменее чем у известного (40-45 дБ).Так как скорость изменения пилообразных напряжений 1 ив однотактном режиме работы в области от -0 до+О в .два раза вьппе, чем в . стальной области, то длительность им пульсов в предлагаемом усилителе класса Д находится следующим образом:(1)длительность отрицательных импульсов О-"м 10 2 Ф(2) при 1 0 1 0 двухтактный режим работы Вм 1-0 20 1 - - , (3) ц , 2где-- скорость изменения пиТлообраэного напряжения в двухтактной области,Из (1), (2) и (3) следует, что в предлагаемом усилителе класса Д как . в однотактном, так и в двухтактном 20 режимах работы сохраняется пропорцио, нальность между входным и выходным сигналами игдето: с" коэффициент усиления уси- Е лителя.Таким образом, в. предлагаемом усилителе класса Д,. в отличие от известного, обеспечение смешанного режима работы.не приводит к искажению амплитудной характеристики. В предлагаемом усилителе класса Д амплитудная характеристика практически линейна (фиг. 5, сплошная линия).В результате добавления в известный усилитель. дополнительных узлов и. связей, в предлагаемом усилителе класса Д искажение выходного сигнала существенно меньше, чем у известного. Так, известный усилитель вследствие нелинейности амплитудной характерис-. тики имеет искажения выходного, сигнала порядка 4-5 Х, в предложенном искажения не превышают 2 Х.Р1131022 С ос тавит ель Е, Бурашниковактор П. Коссей Техред А, Бабинец Корректор В.Синицка 9626/4В 4 5 илиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж 861НИИПИ Государственно делам изобретени035, Москва, ЖПодпискомитета СССРи открытийаушская наб д. /