Усилитель с защитой от перегрузки Советский патент 1985 года по МПК H03F3/34 

1 Изобретение относится к.импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники. Наиболее близким к предлагаемому является усилитель с защитой от, пере грузки, содержащий два последователь но соединенных каскада на транзисторах разных типов проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, а также два последовательно соединен ных диода, включенных навстречу друг другу между базой входного и коллектором выходного транзисторов, конден сатор, один вьшод которого соединен с базой входного транзистора, а другой - с источником сигнала и местом соединения диодов. Для обеспечения нормальной работы такого усилителя в момент подачи входного включающего сигнала должно выполняться условие (t) - падение напряжения на переходе база-эмиттер . входного Транзистора; U(t) - напряжение на конденсаторе;пороговое напряжение защитного диода. При этом оказывается, что для выполнения такого условия на практике в качестве защитного диода необходимо включить последовательно несколько реальных диодов (два-три). Поскольку для нормальной работы усилителя в режиме к.з. его вьгхода необходимо вьтолнить другой условие прямое падение напряже ния на защитном диоде при протекании через него входного тока уси лителя ; пороговое напряжение базового диода; пороговое напряжение перехода .база-эмиттер входного транзистора, при котором он начинает включаться. В качестве базового диода приходиться включать последовательно также несколько (четыре-шесть) реальных дио дов. Значительное количество диодов7 включенных в базовой цепи входного транзистора усилителя, снижает коэффициент усиления усилителя вследствие увеличения порогового напряжения 832 его входной цепи, а общее суммарное число диодов, с помощью которых в усилителе реализуются, функции базового и защитного диодов, составляет шесть-десять штук, что существенно увеличивает число электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в усилителе, содержащем кроме этих диодов дополнительно только 7 ЭРЭ, и снижает его надежность. Кроме того, конденсатор такого усилителя в паузе между входными сиг налами должен успеть разрядиться до напряжения практически близкого к нулю. Однако на конечном этапе разряд кондесатора происходит через базовый диод усилителя при прямом напряжении на этом диоде меньшем порогового, т.е. через большое .прямое сопротивление диода, увеличивающееся в процессе разряда кондесатора от десятков кОм до 10 Ом и более. Это обусловливает значительную величину времени восстановления исходного состояния усилителя, следовательно, снижает максимальную частоту следования сигнала, который может быть отрабо -тан усилителем, т.е. уменьшает быстродействие усилителя. Недостатком такого усилителя являются его невысокий коэффициент усиления, низкие надежность и быстродействие . Цель изобретения - повьш1ение коэффициента усиления при одновременном повышении быстродействия и надежности усилителя. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема усилителя; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу. Усилитель содержит два последовательно соединенных каскада на транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, а также два последовательно соединенных диода 3 и 4. включенных навстречу друг другу между базой входного транзистора 1 и выходом устройства, конденсатор 5, один вывод которого соединен с базой входного транзистора 1, а другой - с источником сигнала, дополнительный резистор 6, включенный между точкой соединения диодов и точкой соединения конденсатора с источником сигнала, резисторы 7-11, включенные для обеспечения Tpe6yeMofo режима работы, вход ную и выходную клеммы 12 и 13, нагрузку 14.

31

Устройство работает следующим образом.

При отсутствий на клемме 12 входного сигнала транзисторы 1 и 2 закрыты, нагрузка 14 и резистор 7 обесточены. Если на вход подано напряжение Ug заданной величины (фиг, 26), транзисторы 1 и 2 включены и насыщены, в нагрузку 14 подается напряжение

и ,. Е-5дЛ. ..

вык - R + R

где Е - напряжение питания усилителя ;

- сопротивление нагрузки 14; R - сопротивление резистора 7 (обычно R гораздо меньше

R,, ).

При этом диод 4 смещен в обратном направлении выходньм напряжением вь(х (фиг. 2г) усилителя и на работу схемы практически не влияет.

В момент подачи на клемму 12 включающего сигнала Ug от источника сигнала отбирается ток (фиг. 2в).

Uix.I.y.,

R.«

их

и - падение напряжения на пе реходе база-эмиттер транзистора 1;

R - сопротивление резистора 10,

ем в нагрузку 14 через резистор диод 4 ответвляется часть тока (фиг. 2д) равная

i

R..

где и.(t) - напряжение на конденсатоIре 5;

и - прямое падение напряжения на защитном диоде 4; Rg - сопротивление резистора 6 Выбором сопротивления резистора 6 нетрудно выполнить условие i « i . Тогда независимо от величины нагрузки 14 практически весь входной ток

усилителя поступает в базовую

вх

цепь входного транзистора 1. Выбором постоянной времени (Rg II R ) Cg , где GS - емкость конденсатора 5, можно обеспечить включение транзисторов 1 и 2 в течение времени заряда конденсатора 5. После включения транзистора 2 диод 4 смещается в обратном направлении и потребление тока от входной цепи в нагрузку 14 полностью прекращается , После окончания заряда конденсатора 5 усилитель потребляет

170583

от источника управляющего сигнала ток

и

- UA, - и,

L i ii6ii.

R. R,o

х

где и прямое падение напряжения

на базовом диоде 3. Выбором сопротивления резистора, 10 величина i., задается па уровне,

р

достаточном для удержания усилителя

во включенном состоянии.

При отключении управляющего сигнала Ug кондесатор 5 разряжается по цепи резистор 6 - диод 3 с постоянной времени f,Cg. При этом для нормальной работы усилителя при его

повторном включении достаточно, чтобы кондесатор разрядился до уровня прямого порогового напряжения диода 3 ,j , т.е. время восстановления

0 исходного состояния усилителя может быть оценено величиной 3RCj, где сопротивление R, обычно равно от 10 до 10 Ом. Это сопротивление на несколько порядков меньше прямого сопротивления диода 3 при прямом напряжении на нем меньшем U,, . После

- ПОР

разряда конденсатора 5 усилитель вновь готов к повторному включению. I

Поскольку включение в схему допол-« нительного резистора 6 позволя:ет практически исключить шунтирование входа усилителя нагрузкой 14 в момент подачи входного сигнала, в качестве диода 4 достаточно включить один диод.

При к.з. нагрузки 14 (R О, фиг. 2а) входной ток усилителя замыкается через защитный диод 4 и,если 0 величина прямого падения напряжения на диоде 4 И удовлетворяет условию

и. tu., - + Ub,

....... ВЗ.

А ц пор. . inoP

где и.

j - пороговое напряжение базового диода 3;

и

- пороговое напряжение

вэ.

перехода база-эмиттер транзистора 1, при котором он начинает включаться,

транзисторы 1 и 2 будут включены все время, пока выход усилителя подключен к короткозамкнутой нагрузке, а на входе присутствует включающий сигнал. Чтобы выполнить указанное условие при включении в качестве защитного диода 4 одного реального диода, на практике достаточно включить в качестве диода 3 последовательно два реальных диода. Таким образом, общее число реальных диодов, вьтолня ющих в таком усилителе функции базового и защитного диодов, не превышает трех, а в базовой цепи вход ного, транзистора усилителя включены последовательно только два диода, При подаче включающего сигнала на вхо усилителя, работающего на ко роткозамкнутую нагрузку, выходной транзистор 2 работает в режиме импул сной перегрузки по току коллектора (фиг. 2е) в .течение заряда конденсатора 5, Такая импульсная перегрузка Транзистора 2 не приводит к выходу его из строя либо к снижению его надежности, если транзистор 2 при этом работает в пределах его допустимых режимов, что обеспечивает ся либо включением в цепь коллектора транзистора 2 дополнительного балласт ного резистора 7 (как в примере исполнения схемы усилителя), либо выбо ром типа транзистора 2 и режима его базовой цейи. Таким образом, благодаря .включению дополнительного резистора 6 достигается резкое снижение шунтирующего влияния цепи нагрузки усилителя на входную цепь усилителя в момент подачи включающего входного сигнала. Это позволяет до минимума уменьшить число диодов, включенных в качестве защитного диода 4 (один диод) и базового диода 3 (не более двух диодов), что не только повьшает надежность усилителя вследствие существенного уменьшения общего количества содержащихся в нем электрорадиоэлементов, но и повьппает коэффициент усиления усилителя вследствие уменьшения порогового напряжения его входной цепи. Кроме того, включение дополнительного рези тора 6 так изменяет цепи разряда и заряда конденсатора 5, что существенно (на несколько порядков) снижается время восстановления исходного состояния усилителя после снятия входного сигнала. Тем самым повышается допустимая частота следования сигнала на входе усилителя, т.е. повьшается его быстродействие.

УСИЛИТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ по авт. св. 1 708491, отличающийся тем, что, с целью повьшения коэффициента усиления при одновременном .повышении быстродействия и надежности, в него введен дополнительный резисторj включенный между точкой соединения диодов и точкой соединения конденсатора с источником сигнала. 9 0/3 .§ gt: D СП 00 со I to U г :I -0-Ь

/

с