Линейный усилитель - Linear amplifier

Проверка линейности передатчика с одной боковой полосой

А линейный усилитель является электронный цепь, выходная мощность которой пропорциональна входу, но способна дать больше мощность в нагрузка. Этот термин обычно относится к типу радиочастота (РФ) усилитель мощности, некоторые из которых имеют выходную мощность, измеренную в киловатты, и используются в любительское радио. Другие типы линейных усилителей используются в аудио и Лабораторное оборудование. Линейность относится к способности усилителя создавать сигналы, которые являются точными копиями входных. Линейный усилитель независимо реагирует на разные частотные составляющие и, как правило, не генерирует гармоническое искажение или же интермодуляция искажение. Однако никакой усилитель не может обеспечить идеальную линейность, потому что усилительные устройства -транзисторы или же вакуумные трубки - следовать нелинейному законы власти и полагаться на схемотехнику, чтобы уменьшить эти эффекты. Есть ряд классы усилителя обеспечение различных компромиссов между стоимостью реализации, эффективностью и точностью сигнала.

Объяснение

Линейность относится к способности усилителя создавать сигналы, которые являются точными копиями входных сигналов, как правило, при повышенных уровнях мощности. Сопротивление нагрузки, напряжение питания, входной базовый ток и выходная мощность могут повлиять на эффективность усилителя.[1]

Усилители класса A могут иметь хорошую линейность в обоих односторонний и тяни-Толкай топологии. Усилители классов AB1, AB2 и B могут быть линейными только тогда, когда используется настроенная баковая цепь, или в тяни-Толкай топология, в которой два активных элемента (лампы, транзисторы) используются для усиления положительной и отрицательной частей цикла RF соответственно. Усилители класса C не являются линейными ни в какой топологии.

Классы усилителя

Есть ряд классы усилителя обеспечение различных компромиссов между стоимостью реализации, эффективностью и точностью сигнала. Их использование в радиочастотных приложениях кратко перечислено ниже:

  • Усилители класса А очень неэффективны, они никогда не могут иметь КПД выше 50%. В полупроводник или же вакуумная труба проводит на протяжении всего РЧ цикла. Средний анодный ток для вакуумной лампы должен быть установлен в середине линейного участка кривой анодного тока в зависимости от потенциала смещения сетки.
  • Класс B может иметь КПД 60–65%. Полупроводник или вакуумная трубка проводит половину цикла, но требует большой мощности привода.
  • Класс AB1 здесь сетка смещена более отрицательно, чем в классе A.
  • Класс AB2 Здесь сетка часто смещена более отрицательно, чем в AB1, а также размер входного сигнала часто больше. Когда привод может сделать сетку положительной, ток сети увеличится.
  • Класс-C усилители по-прежнему более эффективны. Они могут иметь КПД около 75% при диапазоне проводимости около 120 °, но они очень нелинейный. Их можно использовать только для не-AM режимов, таких как FM, CW или RTTY. Полупроводник или электронная лампа проводят менее половины ВЧ цикла. Повышение эффективности может позволить данной вакуумной лампе выдавать большую ВЧ-мощность, чем она могла бы в классе A или AB. Например два 4CX250B тетроды при работе на частоте 144 МГц они 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.

Хотя усилители мощности (PA) класса A являются лучшими с точки зрения линейности, их эффективность довольно низкая по сравнению с другими классами усиления, такими как «AB», «C» и Усилители Doherty. Однако более высокая эффективность приводит к более высокой нелинейности, и выходной сигнал PA 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 аналоговый или цифровой предыскажение (DPD). В системах усилителей мощности DPD передаточные характеристики усилителя моделируются путем дискретизации выходного сигнала PA, а обратные характеристики вычисляются в процессоре DSP. Цифровой сигнал основной полосы частот умножается на обратные характеристики нелинейной передачи PA, преобразуется с повышением частоты до радиочастотных частот и подается на вход PA. Благодаря тщательному проектированию отклика PA, двигатели DPD могут исправить искажения на выходе PA и достичь более высокого КПД.

Благодаря достижениям в технологиях цифровой обработки сигналов, цифровое предыскажение (DPD) сейчас широко используется для Усилитель мощности RF подсистемы. Для того, чтобы DPD функционировал должным образом, характеристики усилителя мощности должны быть оптимальными, а для оптимизации характеристик PA доступны схемные методы.[2]

Любительское радио

Силовой триод Eimac 3CX1500A7

Большинство серийно выпускаемых линейных усилителей мощностью от 1 до 2 кВт, используемых в любительское радио все еще использовать вакуумные трубки (клапаны) и могут обеспечивать усиление ВЧ мощности в 10-20 раз (от 10 до 13 дБ). Например, передатчик, управляющий входной мощностью 100 Вт, будет усилен до выходной мощности 2000 Вт (2 кВт) на антенне. Твердотельные линейные усилители чаще всего находятся в диапазоне 500 Вт и могут потреблять всего 25 Вт.[3]

Большие линейные усилители на электронных лампах, как правило, полагаются на одну или несколько вакуумных ламп, питаемых от источника очень высокого напряжения, для преобразования большого количества электрической энергии в энергию радиочастоты. Линейные усилители должны работать с класс-А или же класс-AB смещение, что делает их относительно неэффективными. Пока класс C имеет гораздо более высокий КПД, усилитель класса C не является линейным и подходит только для усиления постоянный конверт сигналы. К таким сигналам относятся FM, ФСК, MFSK, и CW (азбука Морзе ).[4][5]

Радиостанции вещания

Выходные каскады профессиональных передатчиков AM-радиовещания мощностью до 50 кВт должны быть линейными и в настоящее время обычно строятся с использованием твердотельных технологий. Большие вакуумные лампы все еще используются для международных длинноволновых, средних и коротковолновых передатчиков мощностью от 500 кВт до 2 МВт.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уитакер, Джерри К. (2002). Справочник по системам передачи РЧ. CRC Press. ISBN  978-0-8493-0973-1.
  2. ^ Ханифар, Ахмад. «Конструкция усилителя ВЧ мощности для цифрового предыскажения». www.linamptech.com.
  3. ^ Майк Деннисон; Джон Филдинг (2007). Справочник по радиосвязи. Радио общество Великобритании. ISBN  978-1-905086-33-7.
  4. ^ Х. Уорд Сильвер (2006). Руководство по лицензированию радиолюбителей ARRL: все, что вам нужно, чтобы стать радиолюбителем. Техник. 1-й уровень. Американская радиорелейная лига. С. 5–. ISBN  978-0-87259-963-5.
  5. ^ Справочник радиолюбителя. Американская радиорелейная лига. 1980. С. 6–25.