JPH0258801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は振幅変調（AM）波を送出する目的の
無線放送機などに用いられる変調器の改良に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an improvement in a modulator used in a radio broadcasting device for the purpose of transmitting amplitude modulated (AM) waves.

（従来の技術） AM方式無線放送機の変調器には従来Ｂ級変調
器が多く用いられているが、近年PWM（パルス
幅変調）方式も多く用いられるようになり変調器
の電力効率は向上している。しかしながら数
10kvで動作するような高電圧，大電力の放送機
を構成するには真空管を使用することがさけられ
なかつた。真空管を使用すればその寿命が比較的
短いのでかなりの保守経費が必要であることはよ
く知られている。すなわち被変調器に真空管を使
わねばならぬような高電圧，大電力の放送機の場
合FET（電界効果トランジスタ）のような低耐圧
の半導体素子を用いて高電圧の変調器を作ること
は不可能であった。(Prior technology) Conventionally, class B modulators have often been used as modulators in AM radio broadcasting equipment, but in recent years, PWM (pulse width modulation) methods have also come into widespread use, improving the power efficiency of modulators. are doing. However, the number
To construct a high-voltage, high-power broadcasting machine operating at 10kV, it was necessary to use vacuum tubes. It is well known that the use of vacuum tubes requires significant maintenance costs due to their relatively short lifetimes. In other words, in the case of high-voltage, high-power broadcasting equipment that requires the use of vacuum tubes in the modulated device, it is impossible to create a high-voltage modulator using low-voltage semiconductor elements such as FETs (field-effect transistors). It was possible.

（発明が解決しようとする問題点とその解決手
段） 本発明はAM方式放送機の被変調器が陽極変調
方式である場合に、通常必要とされる高耐圧，高
電力の能動増幅素子の使用を不要とし、長寿命の
FETを使用してさらに高い電力効率を有する変
調器を提供することを目的とする。被変調器が高
電圧を要求するような場合は特に本方式が有効で
ある。(Problems to be Solved by the Invention and Means for Solving the Problems) The present invention uses a high-voltage, high-power active amplification element that is normally required when the modulated device of an AM broadcasting device is an anode modulation system. Eliminates the need for long-life
The objective is to provide a modulator with even higher power efficiency using FETs. This method is particularly effective when the modulated device requires high voltage.

（発明の構成） 第１図は本発明による変調器の構成例図であ
る。V₁基準電圧でV₁に重畳された音声信号AFは
Ａ／Ｄコンバータ１に加えられ、そのデイジタル
出力はデコーダ２によりデコードされた後AND
ゲート３に与えられる。ANDゲート３にはこの
ほかにサンプリング周波数発生器５からの信号が
入力しスイツチング繰返されている。デコーダ２
の出力信号C₁〜C₃₁のうち出力があるラインにつ
いてはいくつかのANDゲートの出力にスイツチ
ング波形が現れ、パルスドライバ４を介して
FETQ₁〜Q₃₁中の該当するものをスイツチングす
る。FETQ₁〜Q₃₁はそのスイツチング入力があれ
ばトランスT₁〜T₃₁の該当するものに矩形波電流
を流すがトランスの２次側にも矩形波が発生す
る。この矩形波はダイオードD₁〜D₃₁によつてそ
れぞれ整流される。この図ではD₁〜D₃₁は全波整
流回路で構成されているがこれに限る必要はな
く、T₁〜T₃₁の出力の整流電圧が加算されるよう
な構成であればよい。この加算電圧は図示のα点
に現れL₁，C₁よりなる低域波器（LPF）を通
つてｅ点に変調器出力が得られる。(Configuration of the Invention) FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a modulator according to the present invention. The audio signal AF superimposed on V 1 with the V ₁ reference voltage is applied to the A/D converter ₁ , and its digital output is decoded by the decoder 2 and then
Given to gate 3. In addition to this, a signal from a sampling frequency generator 5 is input to the AND gate 3, and switching is repeated. Decoder 2
Of the output signals C ₁ to _{C 31} , switching waveforms appear in the outputs of some AND gates for lines with outputs, and the signals are output via the pulse driver 4.
Switch the appropriate one among FETQ ₁ to Q ₃₁ . When FETQ ₁ to Q ₃₁ have a switching input, a rectangular wave current flows through the corresponding one of transformers T ₁ to _{T 31} , and a rectangular wave is also generated on the secondary side of the transformer. This rectangular wave is rectified by diodes _D1 to _D31 , respectively. In this figure, D ₁ to _{D 31} are configured as full-wave rectifier circuits, but there is no need to be limited to this, and any configuration may be used as long as the rectified voltages of the outputs of T ₁ to _{T 31} are added. This added voltage appears at point α in the figure and passes through a low frequency filter (LPF) consisting of L ₁ and C ₁ to provide a modulator output at point e.

（発明の動作） まず第１図において音声入力AFがない場合を
説明する。入力AFがなければＡ／Ｄコンバータ
の入力ａの電圧は搬送波のみの時の変調器出力電
圧を決めるための基準電源V₁の電圧のみとなる。
Ａ／Ｄコンバータ１の出力はバイナリコードであ
り、この例では５ビツトの分解能があるとしたか
ら32分の１に分解できる。すなわちわかり易いよ
うに搬送波のみの時15に設定するとＡ／Ｄコンバ
ータ１の出力はb₁，b₂，b₃，b₄のみでb₅には出力
が出ない。これをデコーダ２によつてデコードす
る。デコーダ２は５ビツトのバイナリコード入力
を32（０〜31）段階（ステツプ）に変換するもの
で搬送波のみの時にはC₁〜C₁₅に出力が現れる。
この出力はANDゲートG₁〜G₁₅に与えられる。
これらのANDゲートはサンプリング周波数発生
器５よりの約100kHzの矩形波でスイツチングさ
れているためデコーダ２の出力が存在するAND
ゲートの出力側に矩形波信号が現れパルスドライ
バ４を通してFETQ₁〜Q₁₅がオン−オフを繰返
す。(Operation of the Invention) First, the case where there is no voice input AF in FIG. 1 will be explained. If there is no input AF, the voltage at the input a of the A/D converter will be only the voltage of the reference power supply _V1 for determining the modulator output voltage when only the carrier wave is present.
The output of the A/D converter 1 is a binary code, and in this example, since it has a resolution of 5 bits, it can be resolved into 1/32. That is, for ease of understanding, if it is set to 15 when there is only a carrier wave, the output of the A/D converter 1 is only b ₁ , b ₂ , b ₃ , and b ₄ and no output is output to b ₅ . This is decoded by the decoder 2. The decoder 2 converts a 5-bit binary code input into 32 (0 to 31) steps, and outputs appear at _C1 to _C15 when there is only a carrier wave.
This output is given to AND gates _G1 to _G15 .
These AND gates are switched by a rectangular wave of about 100kHz from the sampling frequency generator 5, so the output of the decoder 2 is present.
A rectangular wave signal appears on the output side of the gate, and FETQ ₁ to Q ₁₅ are repeatedly turned on and off through the pulse driver 4.

いまQ₁のみのオン・オフに注目するとT₁の１
次コイルにはQ₁によるスイツチング電流が流れ、
その２次コイルには巻数比に比例した電圧が現れ
る。整流器D₁〜D₃₁は直列に接続されているから
D₁によつて整流された出力電圧はD₂〜D₃₁を通り
LPFの出力ｅに現れる。搬送波送出時にはQ₁〜
Q₁₅がオン・オフを繰返しているのでD₁〜D₁₅で
整流された電圧が積重ねられたものが出力ｅに現
れる。 Now, if we focus on the on/off of only Q ₁ , it is 1 of T ₁ .
A switching current due to _Q1 flows in the next coil,
A voltage proportional to the turns ratio appears in the secondary coil. Since rectifiers D ₁ to D ₃₁ are connected in series
The output voltage rectified by D ₁ passes through D ₂ to D ₃₁
Appears at the output e of the LPF. When transmitting a carrier wave, Q ₁ ~
Since _Q15 is repeatedly turned on and off, a stack of voltages rectified by _D1 to _D15 appears at the output e.

次に音声信号AFが入力した場合について説明
する。いま第３図のＡ点からＢ点までのような信
号がＡ／Ｄコンバータ１に入力するとその出力b₁
〜b₅は入力レベルに従つて時々刻々変化する。な
おＡ／Ｄコンバータ１およびデコーダ２は十分高
いクロツク周波数（数ＭHz）によつてデータ変
換，データラツチを行うものでこれらの動作は公
知であるから説明は省略する。 Next, the case where the audio signal AF is input will be explained. Now, when a signal like the one from point A to point B in Figure 3 is input to A/D converter 1, its output b ₁
~ _b5 changes moment by moment according to the input level. Note that the A/D converter 1 and the decoder 2 perform data conversion and data latching at a sufficiently high clock frequency (several MHz), and since these operations are well known, their explanation will be omitted.

さて音声入力信号の入力レベルが変化しb₁〜b₅
がそのレベルに応じて変化するとC₁〜C₃₁も変化
する。C₁〜C₃₁すべてに信号がある場合はQ₁〜
Q₃₁すべてがスイツチングし、トランスT₁〜T₃₁
すべてをスイツチング駆動する。明らかにこの状
態がこの変調器の最大出力である。また音声信号
の変化によりａ点の電圧が零になるとC₁〜C₃₁す
べてに信号がなくなりFETQ₁〜Q₃₁はすべてスイ
ツチングを停止する。この状態がこの変調器の最
低出力で零ボルトである。 Now, the input level of the audio input signal changes b ₁ to _{b 5}
When C changes according to its level, C ₁ to C ₃₁ also change. If there is a signal in all C ₁ ~ _{C 31} then Q ₁ ~
Q ₃₁ all switching, transformer T ₁ ~ _{T 31}
Switching drives everything. Clearly this condition is the maximum output of this modulator. Further, when the voltage at point a becomes zero due to a change in the audio signal, there is no signal at all C ₁ to _{C 31} and all FETs Q ₁ to _{Q 31} stop switching. This state is the lowest output of this modulator, which is zero volts.

このように搬送波レベルを中心に音声が入力さ
れると、その音声に従つて変調器の出力が変化し
被変調器を駆動することができる。この回路内の
FETQ₁〜Q₃₁の動作はスイツチング動作のため電
力効率が非常に高く約90％に達する。 In this way, when audio is input centered around the carrier wave level, the output of the modulator changes according to the audio, and the modulated device can be driven. in this circuit
The operation of FETQ ₁ to _{Q 31} is a switching operation, so the power efficiency is extremely high, reaching approximately 90%.

ここで第２図と第３図について説明する。第２
図は第１図中の変圧器T₁〜T₃₁を流れる全電流と
ｄ点の電圧の波形図で前者は矩形波で、後者はダ
イオードD₁〜D₃₁の整流電圧の和で階段状の波形
である。 Here, FIGS. 2 and 3 will be explained. Second
The figure shows the waveforms of the total current flowing through the transformers T ₁ to T ₃₁ and the voltage at point d in Figure 1. The former is a rectangular wave, and the latter is the sum of the rectified voltages of the diodes D ₁ to _{D 31} , which is a step-like waveform. It is a waveform.

第３図は第１図の入力ａ点の波形であると共に
LPF（L₁とC₁）の出力ｅ、すなわち変調器出力電
圧の波形でもあつて、サンプリング周波数約
100kHzとその高調波成分が除去された波形であ
る。 Figure 3 shows the waveform at the input point a in Figure 1, and
It is also the waveform of the output e of the LPF (L ₁ and C ₁ ), that is, the modulator output voltage, and the sampling frequency is approximately
This is a waveform with 100kHz and its harmonic components removed.

なお前記の例では５ビツトのＡ／Ｄコンバータ
を用い32分の１の階段状波形による変調器を構し
ているが分解能力の高いほど忠実な波形の出力が
得られることは明らかでたとえば６ビツトのＡ／
Ｄコンバータを用いれば64分の１の階段波となる
ため分解能は倍になり、波形もさらに良くなる。
しかしこれは経済上の制約によつて決められる。
分解能を高めればFET，変圧器，ダイオード等
の所要数が増大するが、特に変圧器Ｔは高電圧，
大電力用の変調器であるから耐圧の高いものが必
要で高価であるから経済性に大きな影響を及ぼす
ことになる。 In the above example, a 5-bit A/D converter is used to construct a modulator with a 1/32 step-like waveform, but it is clear that the higher the resolving power, the more faithful the waveform output can be obtained. Bit's A/
If a D converter is used, it becomes a 1/64 step waveform, which doubles the resolution and improves the waveform.
However, this is determined by economic constraints.
Increasing the resolution increases the required number of FETs, transformers, diodes, etc., but the transformer T in particular is used for high voltage,
Since it is a modulator for high power use, it requires a high-voltage modulator and is expensive, which has a significant impact on economic efficiency.

（発明の効果） 本発明の実施によつて大電力，高電圧出力を要
求される変調器を寿命の短い真空管を使用せず長
寿命のFETと長寿命と高耐圧が得易いダイオー
ド整流器を使用して実現することができること、
FETは半永久的寿命を持ち保守経費が著しく低
減されかつスイツチング動作のため電力効率が高
いなど従来のものにはない著しい利点がある。(Effects of the invention) By implementing the present invention, a modulator that requires high power and high voltage output uses a long-life FET and a diode rectifier that can easily achieve long life and high voltage resistance, instead of using a short-life vacuum tube. What can be achieved by
FETs have significant advantages over conventional FETs, such as a semi-permanent life, significantly reduced maintenance costs, and high power efficiency due to switching operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明による変調器の構成例図、第２
図は第１図中の変圧器に流れる全電流とｄ点の電
流の波形図、第３図は第１図の入力ａ点の波形と
出力ｅ点の波形図である。 １……Ａ／Ｄコンバータ、２……デコーダ、３
……ANDゲート、４……パルスドライバ、５…
…サンプリング周波数発生器、Ｑ……FFT（電界
効果トランジスタ）、Ｔ……変圧器、Ｄ……ダイ
オード整流器、V₁……基準電圧。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a modulator according to the present invention, and FIG.
The figure is a waveform diagram of the total current flowing through the transformer in FIG. 1 and the current at point d, and FIG. 3 is a waveform diagram of the input point a and the output point e in FIG. 1...A/D converter, 2...decoder, 3
...AND gate, 4...Pulse driver, 5...
...Sampling frequency generator, Q...FFT (field effect transistor), T...Transformer, D...Diode rectifier, _V1 ...Reference voltage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １入力音声信号を搬送波のレベルを設定する基
準電圧と共にＡ／Ｄコンバータとデコーダの回路
に入力させて段階的にデイジタル化し、入力信号
のレベルに応じて得られた各段階のデイジタル信
号をサンプリングパルスによつてそれぞれ取り出
し増幅して、出力負荷として直流的に絶縁された
２次巻線をもつ変圧器の１次巻線を接続した前記
段階毎のスイツチング半導体素子をそれぞれスイ
ツチングさせること、および前記段階毎のスイツ
チング半導体素子の変圧器２次側出力を整流した
電圧を前記段階の順に相加した電圧を低域波器
に通じて変調器出力とすることを特徴とする高効
率AM変調器。 1. An input audio signal is input to an A/D converter and decoder circuit together with a reference voltage that sets the level of the carrier wave, and is digitized step by step. The digital signal obtained at each step according to the level of the input signal is converted into a sampling pulse. and amplifying each of the switching semiconductor elements in each of the stages to which the primary winding of a transformer having a DC-insulated secondary winding is connected as an output load. 1. A high-efficiency AM modulator, characterized in that a voltage obtained by rectifying the secondary output of a transformer of each switching semiconductor element and adding the voltage in the order of the steps is passed through a low frequency generator and used as a modulator output.