Усилитель Доэрти представляет собой модифицированный класс В радиочастотном усилителе изобретена William H. Doherty из Bell Telephone Laboratories Inc в 1936 г. В то время как обычные Класс B усилители могут закрепить на высоком уровне входного сигнала, усилитель мощности Доэрти может вместить сигналы с высокими peak- отношения мощности к средней за счет использования двух схем усилителя в одном общем усилителе для согласования различных уровней сигнала. Таким образом усилитель достигает высокого уровня линейности при сохранении хорошей энергоэффективности.
Во времена Доэрти в линейке продуктов Western Electric одноименное электронное устройство работало как линейный усилитель с модулируемым драйвером. В реализации на 50 000 ватт драйвер представлял собой законченный передатчик мощностью 5 000 ватт, который при необходимости мог работать независимо от усилителя Doherty, а усилитель Doherty использовался для повышения уровня мощности 5 000 ватт до требуемого уровня в 50 000 ватт.
Усилитель обычно был сконфигурирован как усилитель с заземленным катодом и пиковым усилителем несущей с использованием двух вакуумных ламп, подключенных параллельно, одна как несущая лампа класса B, а другая как пиковая лампа класса B ( силовые транзисторы в современных реализациях). Источник (драйвер) и нагрузка (антенна) ламп были разделены и объединены через схемы фазового сдвига на +90 и -90 градусов. [1] Альтернативные конфигурации включали в себя несущую трубку с заземленной сеткой и пиковую лампу с заземленным катодом, в результате чего мощность драйвера эффективно пропускалась через несущую трубку и добавлялась к результирующей выходной мощности, но это преимущество было более подходящим для более ранних и менее эффективные реализации триода [2] , чем более поздние и более эффективные реализации тетрода. [3]
Преемник вещательных разработок
Как преемник Western Electric Company Inc. для радиопередатчиков, концепция Доэрти была значительно усовершенствована Continental Electronics Manufacturing Company из Далласа, штат Техас. [4]
Ранние разработки Continental Electronics, разработанные Джеймсом О. Велдоном и другими, сохранили большинство характеристик усилителя Догерти, но добавили среднеуровневую модуляцию драйвера с экранной сеткой (317B и др.).
Дальнейшим усовершенствованием усилителя Догерти была схема модуляции экранной сетки высокого уровня, изобретенная Джозефом Б. Сэйнтоном (317C и др.).
Серия Sainton 317C состояла из несущей трубки класса C, соединенной параллельно с пиковой трубкой класса C. Источник (драйвер) и нагрузка (антенна) ламп были разделены и объединены с помощью схем фазового сдвига на +90 и -90 градусов, как в усилителе Догерти. Немодулированная несущая радиочастоты подавалась на управляющие сетки обеих ламп с одной и той же точкой смещения управляющей сетки. Модуляция несущей была применена к сеткам экрана обеих ламп, но точки смещения сетки экрана несущей и пиковых ламп были разными и были установлены таким образом, что пиковая лампа была обрезана, когда модуляция отсутствовала, и усилитель выдавал номинальную немодулированную мощность несущей. , и обе лампы были проводящими, и каждая лампа вносила удвоенную мощность несущей во время 100% модуляции, поскольку для достижения 100% модуляции требовалось четырехкратное превышение номинальной мощности несущей. Поскольку обе лампы эксплуатировались в классе C, на последней стадии было достигнуто значительное повышение эффективности.
Кроме того, поскольку для тетродных несущих и пиковых ламп требовалась очень небольшая мощность привода, также было достигнуто значительное повышение эффективности внутри драйвера. [5] В коммерческой версии усилителя Sainton использовался модулятор катодного повторителя, а не двухтактный модулятор, описанный в патенте, [6] и весь передатчик мощностью 50 000 Вт был реализован с использованием всего девяти ламп четырех типов, все они являются универсальными, что является выдающимся достижением, учитывая, что самый значительный конкурент 317C, RCA BTA-50G, был реализован с использованием 32 ламп девяти типов, почти половина из которых были специального назначения. только в БТА-50Г.
Около 300 передатчиков CE 317C было установлено только в Северной Америке, что легко опередило всех конкурентов вместе взятых, пока не были разработаны преемники мощных транзисторных конструкций.
События, не связанные с вещанием
Современные системы связи стали свидетелями внезапного возрождения усилителей Догерти в базовых станциях на базе 4G и до 5G . Тот факт, что современные системы связи используют сложные схемы модуляции сигнала, такие как OFDM ( мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) с высоким соотношением средней мощности (PAPR), вероятность того, что усилитель будет работать на своей пиковой мощности с максимальной эффективностью, очень низка. Свойство усилителя Догерти проявлять несколько пиков эффективности при различных более низких уровнях мощности делает его привлекательным вариантом для повышения средней эффективности современных передатчиков. В усилителе Догерти можно использовать метод, называемый «динамической модуляцией нагрузки», при котором нагрузка, воспринимаемая основным усилителем, изменяется в зависимости от уровня мощности, чтобы повысить эффективность при более низких уровнях мощности.
Сноски
- ^ Чтобы обойти патент Western Electric, RCA использовала фазовый сдвиг на +90 и +270 градусов; как знает любой студент, изучающий векторную математику, +270 градусов эквивалентно -90 градусов, поэтому они фактически такие же, как фазовые сдвиги +90 и -90 градусов (RCA BT-50D и др.)
- ^ WE 117, CE 317A, CE 317B, станция WAPE и др.
- ^ CE 317C
- ^ Передатчики UHF телевизионного вещания WECo также были доставлены в CE; Передатчики УКВ-вещания WECo перешли к SEL; в рамках Указа о согласии Bell System
- ^ Патент США 3314024 , Джозеф Б. Sainton, "Высокоэффективный усилитель и Push-Pull Модулятор", выданный 1967-04-11, назначен Continental Electronics Manufacturing Company
- ^ Раскрытый двухтактный модулятор состоял из фазоделителя с неравными коэффициентами усиления, за которым следовали неинвертирующий модулятор катодного повторителя (коэффициент усиления меньше единицы) с неинвертирующей стороны фазоделителя и инвертирующий модулятор (коэффициент усиления значительно больше единицы) с инвертирующей стороны фазоделителя. Следовательно, описанный двухтактный модулятор вообще не был двухтактным. В коммерческой версии в качестве модулятора катодного повторителя использовалась пара параллельно включенных ламп, и, следовательно, не требовалось балансировать сильно различающиеся коэффициенты усиления двух ламп модулятора. Тем не менее, схема для точной балансировки двух модуляторных ламп с одинаковым номинальным усилением была включена точно так же.
Рекомендации
- Доэрти, WH (сентябрь 1936 г.). «Новый высокоэффективный усилитель мощности для модулированных волн». Труды ИРЭ . 24 (9): 1163–1182. DOI : 10.1109 / JRPROC.1936.228468 .
- "Усилитель Доэрти: новинка спустя 70 лет", дайджест продукции для микроволновых печей , август 2007 г.
- "Что такое усилитель Доэрти?" . Примечания по электронике . Проверено 4 октября 2019 года .
дальнейшее чтение
- US Expired US2210028A , Doherty , "Amplifier", опубликовано 1940-08-06, передано Bell Telephone Labs - Патент США
- Pengelly, Raymond; Фагер, Кристофер; Озен, Мустафа (февраль 2016 г.). «Наследие Доэрти» . Журнал IEEE Microwave . С. 41–5.
- Снейерс, Уолтер (2016). "Архитектура Доэрти в УВЧ" (PDF) . Амплеон .