Линейный усилитель
Линейный усилитель — это электронная схема, выходной сигнал которой пропорционален входному, но способный передавать большую мощность в нагрузку . Этот термин обычно относится к типу радиочастоты (РЧ) усилителя мощности , некоторые из которых имеют выходную мощность, измеряемую в киловаттах , и используются в любительском радио . Другие типы линейных усилителей используются в аудио- и лабораторном оборудовании . Линейность относится к способности усилителя генерировать сигналы, которые являются точной копией входного сигнала. Линейный усилитель независимо реагирует на различные частотные составляющие и не создает гармонических или интермодуляционных искажений. Однако ни один усилитель не может обеспечить идеальную линейность, поскольку усилительные устройства — транзисторы или электронные лампы — подчиняются нелинейной передаточной функции и полагаются на схемотехнические методы для уменьшения этих эффектов. Существует ряд классов усилителей, обеспечивающих различные компромиссы между стоимостью реализации, эффективностью и точностью сигнала.
Объяснение
[ редактировать ]Линейность относится к способности усилителя генерировать сигналы, которые являются точной копией входного сигнала, как правило, при повышенных уровнях мощности. Импеданс нагрузки, напряжение питания, входной базовый ток и выходная мощность могут влиять на эффективность усилителя. [1]
Усилители класса А могут быть спроектированы так, чтобы иметь хорошую линейность как в несимметричной , так и в двухтактной топологиях. Усилители классов АВ1, АВ2 и В могут быть линейными только при использовании настроенной емкостной схемы или в двухтактной топологии, в которой два активных элемента (лампы, транзисторы) используются для усиления положительной и отрицательной частей ВЧ-цикла. соответственно. Усилители класса C не являются линейными ни в какой топологии.
Классы усилителей
[ редактировать ]Существует ряд классов усилителей, обеспечивающих различные компромиссы между стоимостью реализации, эффективностью и точностью сигнала. Их использование в радиочастотных приложениях кратко перечислено ниже:
- Усилители класса А очень неэффективны, их КПД никогда не может превышать 50%. Полупроводник проводят или вакуумная лампа ток на протяжении всего радиочастотного цикла. Средний анодный ток для вакуумной лампы должен быть установлен в середине линейного участка кривой зависимости анодного тока от потенциала смещения сетки.
- Усилители класса B могут иметь КПД 60–65%. Полупроводник или вакуумная лампа проводят половину цикла, но требуют большой мощности привода.
- В классе AB1 сетка имеет более негативное смещение, чем в классе A.
- В классе AB2 сетка часто имеет более отрицательное смещение, чем в AB1, а также размер входного сигнала часто больше. Когда привод сможет сделать сетку положительной, ток сетки увеличится.
- Усилители класса C могут иметь КПД около 75% при диапазоне проводимости около 120°, но они очень нелинейны . Их можно использовать только для режимов, отличных от AM, таких как FM, CW или RTTY. Полупроводник или вакуумная лампа проводит менее половины ВЧ-периода. Увеличение эффективности может позволить данной электронной лампе передавать большую радиочастотную мощность, чем в классе A или AB. Например, два 4CX250B тетрода , работающие на частоте 144 МГц, могут выдавать 400 Вт в классе A, но при смещении в класс C они могут выдавать 1000 Вт, не опасаясь перегрева. Потребуется еще больший ток сети.
- В усилителях класса D используется технология переключения для достижения высокого КПД, часто превышающего 90%, поэтому для работы требуется меньшая мощность по сравнению с усилителями других типов. Из-за цифровой схемы, используемой для управления усилителем, многие не считают усилитель класса D линейным усилителем, однако многие производители аудио- и радиотехники включили его конструкцию в линейные приложения.
Хотя усилители мощности (УМ) класса А являются лучшими с точки зрения линейности, их эффективность довольно низкая по сравнению с другими классами усиления, такими как усилители «AB», «C» и Доэрти . Однако более высокая эффективность приводит к более высокой нелинейности, и выходной сигнал усилителя мощности будет искажаться, часто до такой степени, что не соответствует требованиям к производительности системы. Поэтому усилители мощности класса AB или другие варианты используются с некоторыми подходящими формами схем линеаризации, такими как обратная связь , прямая связь или аналоговое или цифровое предыскажение (DPD). В системах усилителей мощности DPD передаточные характеристики усилителя моделируются путем выборки выходного сигнала усилителя мощности, а обратные характеристики рассчитываются в процессоре DSP. Цифровой групповой сигнал умножается на обратную нелинейную передаточную характеристику PA, преобразуется с повышением частоты в RF-частоты и подается на вход PA. При тщательном проектировании реакции усилителя мощности двигатели DPD могут корректировать искажения выходного сигнала усилителя и достигать более высокой эффективности.
Благодаря достижениям в области технологий цифровой обработки сигналов цифровое предыскажение (DPD) теперь широко используется в подсистемах усилителей мощности RF . Для того чтобы DPD функционировал должным образом, характеристики усилителя мощности должны быть оптимальными, а схемотехника должна быть доступна для оптимизации характеристик усилителя мощности. [2]
Любительское радио
[ редактировать ]
В некоторых коммерческих линейных усилителях мощностью от одного до двух киловатт, используемых в любительской радиосвязи, до сих пор используются электронные лампы (лампы) и они могут обеспечивать усиление радиочастотной мощности в 10–20 раз (от 10 до 13 дБ). Например, передатчик, подавающий входную мощность 100 Вт, будет усилен до выходной мощности антенны 2000 Вт (2 кВт). Твердотельные линейные усилители более распространены в диапазоне 1000 Вт и могут работать при мощности всего 5 Вт. [3] Современные силовые устройства, использующие технологию LDMOS, позволяют создавать более эффективные и экономичные линейные усилители мощности RF для радиолюбительского сообщества. [4]
Большие линейные усилители на электронных лампах обычно используют одну или несколько электронных ламп, питаемых от источника питания очень высокого напряжения, для преобразования большого количества электрической энергии в радиочастотную энергию. Линейные усилители должны работать со смещением класса A или класса AB , что делает их относительно неэффективными. Хотя класс C имеет гораздо более высокую эффективность, усилитель класса C не является линейным и подходит только для усиления сигналов с постоянной огибающей . К таким сигналам относятся FM , FSK , MFSK и CW ( код Морзе ). [5] [6]
Трансляция радиостанций
[ редактировать ]Выходные каскады профессиональных передатчиков AM-радиовещания мощностью до 50 кВт должны быть линейными и в настоящее время обычно конструируются с использованием полупроводниковых технологий. Большие электронные лампы до сих пор используются в международных передатчиках длинного, среднего и коротковолнового вещания мощностью от 500 кВт до 2 МВт.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уитакер, Джерри К. (2002). Справочник по системам радиочастотной передачи . ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-0973-1 .
- ^ Ханифар, Ахмад. «Проектирование радиочастотного усилителя мощности с цифровым предыскажением» . www.linamptech.com .
- ^ Майк Деннисон; Джон Филдинг (2007). Справочник по радиосвязи . Радиообщество Великобритании. ISBN 978-1-905086-33-7 .
- ^ «Широкополосный КВ-усилитель мощностью 600 Вт с использованием доступных LDMOS-устройств» . QRPблог . 27.10.2019 . Проверено 30 сентября 2022 г.
- ^ Х. Уорд Сильвер (2006). Руководство по лицензированию любительского радио ARRL: все, что вам нужно, чтобы стать радиолюбителем. Техник. Уровень 1 . Американская лига радиорелейной связи. стр. 5–. ISBN 978-0-87259-963-5 .
- ^ Справочник радиолюбителя . Американская лига радиорелейной связи. 1980. стр. 6–25.
