Лекция 17 - Конспекты (1095386), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

XX века внеслагруппаразработчиковподруководствомА.Д.АртымавсоставеМ.В. Кондратьева, А.Е. Антонова, А.В. Тюрина. Сегодня к АРР проявляютинтерес и зарубежные специалисты. Так, применению АРР (англ. EnvelopeTracking – отслеживание огибающей) в УМ OFDM-сигналов (применительно ктехнологиям WLAN и WCDMA) посвящён ряд работ коллектива из США подруководством Питера Асбека, Дональда Кимбала и Лоуренса Ларсена. ТакжеПУ для цифрового телевидения (DVB-T) с УМ, построенными по методу АРР,разрабатывает французская компания "Thomson".8Электропитание РЭАГлава 10Как было показано выше, в случае усиления колебаний с меняющейсяамплитудойпринапряжённостиуменьшениирежимаработыамплитудыУМвходногоуменьшается,сигналачтостепеньневыгодносэнергетической точки зрения. При использовании метода АРР в УМ вводитсяавтоматическоерегулированиепараметров,такихкакнапряжениеэлектропитания стока транзистора, напряжение смещения или сопротивлениенагрузки.

При этом регулирование выполняется таким образом, чтобы,несмотря на изменение амплитуды входного сигнала, УМ всегда находился внедонапряжённомрежиме,близкомкграничному(тоестьчтобынапряжённость режима при изменении амплитуды сигнала поддерживаласьнеизменной), и обеспечивалась требуемая линейность усиления. Именно вграничном режиме выходная мощность УМ максимальна при высоком КПД(рисунок 10.3).Рисунок 10.3 – Зависимость КПД УМ от выходной мощности усиливаемогосигналаНаиболееэлектропитанию,широкоекоторыйраспространениеудобнополучилметодпроиллюстрироватьдинамической характеристики транзистора (рисунок 10.4).9сАРРпопомощьюЭлектропитание РЭАГлава 10Рисунок 10.4 – Динамическая характеристика, поясняющая принцип работыАРР по электропитаниюИз рисунка 10.4 видно, что при уменьшении амплитуды напряжения назатворе(показанострелкой)режимработыУМстановитсяменеенапряжённым, затем изменяется напряжение электропитания стока от Uc1 доUс2, что компенсирует уменьшение напряжённости режима, таким образом УМпродолжает оставаться в недонапряжённом режиме, близком к граничному.При отсутствии АРР напряжённость режима работы УМ при уменьшенииамплитуды входного сигнала снижается.

Важно, что при использовании методаАРР, в отличие от метода Л. Кана, исходный сигнал не разрушается.Типовая структура УМ, построенного по методу АРР, приведена нарисунке 10.5.Рисунок 10.5 – Структура УМ с АРР с цифровым выделением огибающейУМ – усилитель мощности10Электропитание РЭАГлава 10Для задания требуемого закона регулировки напряжения электропитания(то есть в соответствии с изменением амплитуды усиливаемого сигнала),производится детектирование огибающей сигнала, поступающего на входтракта усиления мощности, амплитудным детектором с последующимчастичным ограничением её спектра.

Таким образом, при измененииамплитуды входного сигнала напряжение электропитания УМ изменяется так,что последний всегда находится в энергетически эффективном граничномрежиме.Стоит отметить, что в настоящее время для выделения огибающейиспользуют цифровые методы. Структурная схема УМ с АРР с использованиемцифрового выделения огибающей показана на рисунке 10.6.Рисунок 10.6 – Структура УМ с АРР с цифровым выделением огибающейЦСП – цифровой сигнальный процессор; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;УМ – усилитель мощностиПри цифровой реализации огибающая входного сигнала выделяется ЦСПиз синфазной I(t) и квадратурной Q(t) компонент цифрового сигналаследующим образом:A  t   I 2  t   Q2  t  .11(10.4)Электропитание РЭАГлава 10Далее огибающая, пройдя через ЦАП, а затем через фильтр, которыйограничивает её полосу, поступает на ШИМ-модулятор, формирующий ШИМпоследовательность. Переход от сигнала с меняющейся амплитудой к ШИМпоследовательности позволяет дальше использовать ключевой регуляторнапряжения класса D (ШИМ-регулятор) с высоким значением КПД (до 9597%), выходное напряжение которого поступает в качестве напряженияэлектропитания в УМ.С помощью фильтра тракта АРР выполняется ограничение шириныполосы огибающей, поскольку основная энергия, а, следовательно, иинформация об огибающей, сосредоточена в сравнительно небольшой полосечастот.

Благодаря этому ограничению уменьшается тактовая частота работыШИМ-регулятора, а, следовательно, повышается КПД. Кроме того, увеличениеполосы частот огибающей приводит к повышению тактовой частоты ШИМрегулятора, что в свою очередь, ведёт к снижению КПД, а на высокихчастотах – к невозможности реализовать ШИМ-регулятор на практике из-заограничений, накладываемых на частоту переключения транзистора.Возможность применения фильтрации огибающей является большимпреимуществом метода АРР перед методом Л.

Кана. Любое ограничениеогибающей при использовании метода Л. Кана приведёт к неправильномувосстановлению исходного сигнала, в то время как в АРР не требуетсявосстановления исходного сигнала, так как он усиливается в неизменном виде.К достоинствам метода АРР по электропитанию можно отнестиследующее:- отсутствие нелинейных преобразований сигнала и, следовательно,минимум дополнительных нелинейных искажений;- возможность ограничения полосы сигнала, поступающего в тракт АРР,что позволяет существенно снизить тактовую частоту ШИМ-регулятора, и, темсамым, повысить общий КПД УМ.12Электропитание РЭАГлава 10Недостатки у данного метода следующие:- паразитная АФК, возникающая при регулировании напряженияэлектропитания УМ, которая является причиной дополнительных нелинейныхискажений;-запаздываниерегулировкинапряженияэлектропитанияУМ,возникающее вследствие инерционности элементов.Несоответствие мгновенных значений амплитуды сигнала возбуждения инапряжения электропитании приводит к тому, что величина напряженияэлектропитания оказывается меньше, чем необходимо для работы УМ врежиме, близком к граничному, что может привести к нелинейным искажениямиз-за перехода в перенапряжённый режим.

По сравнению с методом Л. Канатребования к синхронности тракта огибающей и основного тракта усилениязначительноболеемягкие.САФКборютсявведениемкоррекции,запаздывание регулировки компенсируется путём введения задержек в ЦСП.В настоящее время выделяют АРР с линейной функцией регулированиянапряжения электропитания (линейная АРР) и нелинейной (нелинейная АРР).Однакоиз-занеидеальностистатическиххарактеристикусилительногоэлемента в области граничной линии, линейная АРР может не обеспечитьдостаточную точность поддержания режима УМ, что негативно скажется на егоэнергетической эффективности. Данную проблему частично позволяет решитьприменение ступенчатого регулирования напряжения электропитания, однакоэтот вариант также не позволяет отслеживать огибающую с достаточнойточностью.Использованиецифровойобработкисигналовприпостроениисовременных УМ позволяет использовать нелинейную АРР, что позволяетдобиться максимально точного регулирования напряжения электропитания.Идея нелинейного регулирования состоит в том, что для каждогозначения входного напряжения подбирается напряжение электропитания таким13Электропитание РЭАГлава 10образом, чтобы УМ всегда оставался в граничном режиме.

КПД УМ снелинейной АРР значительно превосходит КПД УМ без АРР, а также УМ слинейной АРР.ПрименяютАРРкакспорогомрегулированиянапряженияэлектропитания, так и без него. Для радиовещательных ПУ, построенных пометоду АРР, целесообразнее использовать вариант с порогом регулирования,чтопозволяетснизитьтребованиякточностирегулирования,ценойнезначительного уменьшения выигрыша по КПД.При ограничении полосы частот огибающей, амплитуда напряжения навходеШИМ-модуляторастановитсяменьше,чемреальнаяамплитудаусиливаемого сигнала на входе УМ. Если использовать вариант АРР безначального порога регулирования, то при малой амплитуде сигнала на входеУМ ШИМ-модулятор на это напряжение не отреагирует (из-за фильтрацииогибающей), напряжение электропитания УМ не изменится и УМ перейдёт вперенапряженныйрежим,чточреватонедопустимыминелинейнымиискажениями и расширением спектра выходного сигнала ПУ.В настоящее время применяют и так называемые гибридные УМ дляусиления сигналов с изменяющейся огибающей.

Системы электропитаниятаких УМ содержат в себе как линейную часть (линейный усилитель), так инелинейную (импульсный ИЭП, обычно понижающий дроссельный регулятор).Преимуществолинейноготракта–широкаяполосапропускания.Преимущество нелинейного тракта – высокий КПД.Структура гибридного УМ показана на рисунке 10.7. Как видно изрисунка 10.7, огибающая ВЧ-сигнала поступает на неинвертирующий входоперационного усилителя (линейного тракта).

Пусть сигнал огибающейувеличивается по амплитуде. В этом случае выходной ток операционногоусилителя также увеличивается, а значит, повышается напряжение на резистореRsense. Как только напряжение на резисторе достигает значения включения14Электропитание РЭАГлава 10компаратора K, открывается транзистор VT импульсного ИЭП. И наоборот, кактолько напряжение огибающей снижается ниже гистерезисного порога,транзистор VT выключается. Таким образом, в зависимости от амплитудыогибающей включается или выключается нелинейный тракт (импульсныйИЭП), при этом импульсы напряжения с выхода транзистора VT сглаживаютсяфильтром и поступают на сток усилительного транзистора.

Отметим, что взависимости от полосы частот огибающей выбирается индуктивность дросселяL фильтра.Рисунок 10.7 – Вариант структуры гибридного УМЧастота переключения импульсного ИЭП определяется какf RsenseU вых U вх  U вых ,2U вх LU гист(10.5)где Uгист – окно гистерезиса компаратора.При этом когда U вых U вх, то частота переключения становится2максимальной:15Электропитание РЭАГлава 10f RsenseU вх.8LU гист(10.6)Таким образом, импульсный ИЭП работает при усилении низкочастотныхсоставляющих сигнала (с высоким КПД), а линейный ИЭП – при усилениивысокочастотных составляющих сигнала (но с более низким КПД). Так какогибающая сигнала преимущественно сосредоточена в области низких частот,то гибридный УМ обеспечивает одновременно и высокий КПД, и широкуюполосу пропускания.10.3 Структуры устройств адаптивного электропитанияВ России и за рубежом немалое внимание уделяют проблеме разработкиадаптивных ИЭП для устройств телекоммуникационных радиосистем.Ещё в 1949-м г.

Характеристики

Список файлов лекций