Мостовой усилитель тока Советский патент 1984 года по МПК H03F3/20 

Изобретение относится к радиотех нике, в частности к измерительной технике, и может использоваться в промышленной автоматике при построе нии систем регулирования и управления . Известен мостовой усилитель тока выполненный на транзисторах разной структуры, в одну диагональ которог включен основной источник питания, а в другую - нагрузка, два транзисгора управления, два операционных усилителя с дополнительными источни ками питания, два датчика тока til. Данный мостовой усилитель тока обеспечивает стабилизацию тока в нагрузке, но имеет низкую надежность из-за сквозных токов через выходные транзисторы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является мостовой усилитель тока, содержащий в одной диагонали источник питания, а в другой - нагрузку, каждое плечо которого выполнено на последовательно соединенных по постоянному току, имеющих разную структуру и включенных по схеме с общим эмиттером транзистора динамической нагрузки и i выходном транзисторе, база которого соединена с эмиттером транзистора управления, имеющем структуру., одинаковую с структурой выходного транзистора, причем цепь возбуждения базы транзистора динамической нагрузки одного плеча соединена с коллектором транзистора управления противо положного плеча, а между эмиттером выходного транзистора в каждом плече и общей шиной включен датчик тока С2Д.. Однако известный мостовой усилитель тока не обеспечивает стабилиза ции выходного тока и имеет сравнительно низкую надежность, обусловлен ную возможностью возникновения скво ных токой через выходные транзисторы при резких колебаниях питающего напряжения и резких изменениях полярности входного сигнала. Цель изобретения - уменьшение сквозных токов при увеличении коэффициента усиления. Цель достигается тем, что в мосто вом усилителе тока, содержащем в одной диагонали источник питания, а в другой нагрузку, каждое плечо которо го выполнено на последовательно соединенных по постоянному току, имеющих разную структуру и включенных по схеме с общим эмиттером транзистора динамической нагрузки и выходном транзисторе, база которого соединена с эмиттером транзистора управления , имеющего структуру, одинаковую со структурой выходного транзистора причем цепь возбуждения базы транзистора динамической нагрузки одного плеча соединена с коллектором транзистора управления противоположного плеча, а между эмиттером выходного транзистора в каждом плече и общей шиной включен датчик тока, в каждое плечо мостового усилителя тока введен операционный усилитель, неинвертирующий вход которого в одном плече и инвертирующий вход в другом плече через соответственно введенные первый и второй токоограничивающие резисторы объединены и являются входом мостового усилителя тока, а в каждом плече выход и инвертирующий .вход операционного усилителя через соответственно введенные дополнительный резистор и резистор обратной связи подключены соответственно к базе транзистора управления и к эмиттеру выходного транзистора, который через введенный резистор смещения подключен к шине источника питания. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема мостового усилителя тока. Мостовой усилитель тока содержит выходные транзисторы 1 и 2, транзис-г торы 3 и 4 динамической нагрузки, транзисторы 5 и 6 управления, операционные усилители 7 и 8,датчики 9 и 10 тока, первый и второй токоограничивающие резисторы 11 и 12, дополнительные резисторы 13 и 14, резисторы 15 и 16 обратной связи, резисторы 17 и 18 смещения, источник 19 питания, диоды 20-23, нагрузку 24. Мостовой усилитель тока работает следующим образом. При отсутствии сигнала на входе мостового усилителя тока выходное напряжение операционных усилителей 7 и 8 имеет отрицательную полярность за счет подачи положительного напряжения с делителей напряжения, образованных из резисторов 17 и 18 смещения и датчиков 9 и 10 тока, через резисторы 15 и 16 обратной связи на их инвертирующие входы. При этом транзисторы 5 и 6 управления, а также выходные транзисторы 1, 2 и транзисторы 3 и 4 динамической нагрузки заперты и ток в нагрузке 24 отсутствует. При подаче на вход мостового усилителя тока сигнала, например, положительной полярности, операционный усилитель 7 усиливает этот сигнал, и на базу транзистора 5 управления через дополнительный резистор 13 поступаегт положительное напряжение. Операционный усилитель 8 инвертирует. и усиливает входной сигнал. При этом его выходное напряжение отрицательной полярности через дополнительный резистор 14 поступает на базу транзистора 6 управления. Таким образом, транзистор 5 управления открывается, что обеспечивает открывание выходного транзистора 1 и транзистора 4 динамической нагрузки, а транзистор 6 управления и связанные с ним выходной транзистор 2 и транзистор 3 управления еще сильнее закрываются .

Диоды 21 и 23 предохраняют переходы база-эмиттер транзистора б управления и выходного транзистора 2 от пробоя обратным напряжением. При этом по цепи: плюс источник 19 питания, транзистор 4 динамической нагрузки, нагрузка 24, выходной транзистор 1, датчик 9 тока, минус источник 19 питания - протекает ток. В случае изменения тока нагрузки, обусловленного дестабилизирующими факторами , меняется также ток через датчик 9 тока, меняется величина падения напряжения на нем и величина вхоного сигнала, поступеиощая через резистор 15 обратной связи на инвертирующий вход операционного усилителя 7. Выходное напряжение операционного усилителя 7 при этом имеет такую величину и- знак, которые обеспечивают соответствующее открывание или запирание транзистора 5 управления и связанного с ним выходного транзистора 1, чтобы скомпенсировать изменение тока в нагрузке 24, т.е. обеспечивают его стабилизацию.

При изменении полярности входного сигнала аналогично работают элементы

в другой диагонали мостового усилителя тока, и направление тока в нагр:;зке 24 меняется на обратное.

В случае возникновения сквозных токов через выходной транзистор 1 и транзистор 4 динамической нагрузки, выходной транзистор 2 и транзистор 3 динамической нагрузки увеличивается положительное напряжение на датчиках 9, 10 тока. Эти напряжения инвертируются операционными усилителями 7, 8 и запирают соответствующие транзисторы 5, 6 управления и связанные с ними выходные транзисторы 1, 2, что обеспечивает ограничение сквозных токов и повышение надежности усилителя.

В частном случае ограничение сквозного тока может быть обеспечено при его возникновении пораздельно в одной из пар выходного транзистора 1 и транзистора 3 динамической нагрузки или выходного транзистора 2 и транзистора 4 динс.мической нагрузки. Диоды 20-23, как в случае нормальной работы мостового усилителя тока, предохраняют переходы азаэмиттер соответствующих транзисторов от пробоя обратным запирающим напряжением.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить надежност мостового усилителя тока.

МОСТОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ ТОКА, содержащий в одной диагонали источник , .питания, а в другой нагрузку, каждое плечо которого выполнено на последовательно соединенных по постоянному току, имеющих разную структуру и включенных по схеме с общим эмиттером транзисторе динамической нагрузки и выходном транзисторе, база которого соединена с эмиттером транзистора управления, имеющего структуру, одинаковую со структурой выходного транзистора, причем цепь возбуждения базы транзистора динамической нагрузки одного плеча соединена с коллектором транзистора управления противоположного плеча, а между эмиттером выходного транзистора в каждом плече и общей шиной включен датчик тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сквозных токов при увеличении коэффициента усиления, в каждое плечо мостового . усилителя тока введен операционный усилитель, неинвертирующий вход которого в одном плече и инвертирующий вход в другом плече через соответственно введенные первый и второй токоограничивающие резисторы объединены и являются входом мостового усилителя тока, а в каждом плече выход S и инвертирующий вход операционного (Л усилителя через соответственно введенные дополнительный резистор и резистор обратной связи подключены соответственно к базе транзистора управления и к эмиттеру выходного тран- 2 зистора, который через введенный резистор смещения подключен к шине источника питания. 00 4; со ел 4