Усилитель мощности Советский патент 1988 года по МПК H03F3/18 

05

м

ю

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в переносной радиоэлектронной аппаратуре с экономным потреблением тока от источников питания, а также в слуховых аппаратах.

Цель изобретения - повышение КПД при расширении диапазона питаюш.их напряжений.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема усилителя мош.ности; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения.

Усилитель мощности (фиг. 1) содержит входной, промежуточный фазоинверсный и выходной двухтактный каскады 1-3, выполненные на первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом транзисторах 4-9, первом, втором токоограничиваюших резисторах 10 и 11, цепи 12 смещения, источнике 13 тока, содержащем выходной транзистор 14, токо- задаюший резистор 15, транзистор 16 в диодном включении, на первом и втором резисторах 17 и 18 базового смешения, фильтре нижних частот (ФНЧ) 19, токозадаюшем элементе 20, резисторе 21 коллекторной нагрузки, резисторе 22 обратной связи, а также цепь 23 обратной связи и стабилизатор 24 напряжения, выполненный (фиг. 2) на управляющем транзисторе 25, первом, втором, третьем, четвертом дополнительных транзисторах 26-29, первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом, седьмом, восьмом резисторах 30-37, первом, втором конденсаторах 38 и 39, при этом ФНЧ 19 выполнен на резисторе 40, конденсаторе 41.

Усилитель мощности (фиг. 1) работает следующим образом.

Напряжение на выходе стабилизатора 24 устанавливают равным такой величине, при которой это напряжение совместно с напряжением на цепи 12 едва способно открыть база-эмиттерные переходы транзисторов 6 и 7 (например, 0,8 В), чем обеспечивается минимальный ток покоя усилителя мощности. Резисторы 10 и 11 в эмиттерных цепях транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2 могут при этом иметь малую величину сопротивления. Их назначение -- ограничение тока транзисторов 6 и 7 и обеспечение совместно с корректирующими емкостями (не показаны), устойчивости к самовозбуждению усилителя мощности.

Напряжение на цепи 12 смещения баз транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, выполненной, например, в виде резистора, в этой схеме может быть меньше (например, 0,3 В вместо 0,6) напряжения на диоде в известном устройстве.

На участке коллектор - эмиттер транзисторов 6 и 7 напряжение, например, 0,25 В вместо 0,1 В, как в известном устройстве. Совместно с малыми величинами резисторов 10 и 11 это обеспечивает под сигналом значительные токи коллекторов транзисторов

1406723

0

6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, что увеличивает максимальные выходные токи усилителя мощности.

Так как величина тока транзистора 14 определяется резистором 15 и напряжением

на участке база - эмиттер транзистора 16, основной ток, который задается выбором величины токозадающего элемента 20 и напряжением на выходе стабилизатора 24, не меняет свою величину при изменении напря0 жения питания усилителя и тем самым обеспечивает постоянство напряжения на цепи 12 смещения баз транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, обеспечивая одновременно необходимую величину тока базы транзистора 7 и большой коэффи5 циент усиления входного каскада 1. Ток базы транзистора 9 (без сигнала) определяется его коэффициентом усиления по току и током коллектора транзистора 14 и должен составлять малую величину по сравнению с током, протекающим через токозадающий элемент 21, равным отнощению напряжения на участке база - эмиттер транзистора 9 к величине сопротивления токозадающего элемента 21. Тем самым ток коллектора транзистора 8 имеет определенную постоянную

5 величину, при которой напряжение на участке база - эмиттер транзистора 8 совместно с падением напряжения на резисторе 22, вызванное током эмиттера транзистора 8, компенсируется напряжением на база - эмит- терном переходе транзистора 16.

0 На резисторе 22, кроме того, создается падение напряжения от тока, протекающего с выхода усилителя мощности через цепь 23 обратной связи и резистор 22 на общую шину усилителя мощности.

При изменении напряжения питания ве5 личина этого падения напряжения меняется в соответствии с выражением

I -UnHT R22. .„

« 2(Щ.Г+Ж.) + « где и„ 22 - напряжение на резисторе 22; Ufliir напряжение на выходе усилителя мощности;

1з8 - ток эмиттера транзистора 8;

R22, R23-величины сопротивлений резистора 22 и цепи 23 обратной

связи.

Для поддержания на выходе усилителя мощности напряжения равным половине напряжения питания резисторы 17, 18 и 40 должны выбираться из соотношения

-fR.. +R.O 2(R +Н,г )

RKRSI

или(2)

R/ .,у ,

где Ri7, Ri8, Rw -- величины сопротивлений 5резисторов 17, 18, 40;

. коэффициент усиления по напряжению усилителя

мощности.

Стабилизатор напряжения 24 (фиг. 2) имеет ту же температурную зависимость выходного напряжения, что и напряжение открывания р-п-переходов, используемых в усилителе мощности транзисторов; имеет высокий коэффициент стабилизации при изменении питающего напряжения; имеет малое напряжение между входом и выходом, при котором он еще сохраняет высокий коэффициент стабилизации; имеет малый ток потребления.

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При подаче питания на вход стабилизатора 24 напряжения транзистор 27 заперт, так как напряжение на выходе стабилизатора 24 еще недостаточно для открывания база - эмиттерного перехода этого транзистора. В этом случае ток, протекающий от источника питания усилителя мощности по цепи: резистор 35, база-эмиттерный переход транзистора 29, усиливаясь транзистором 25, обеспечивает такое напряжение на выходе стабилизатора 24, при котором вначале открывается транзистор 28 током резистора 34, а при дальнейшем нарастании напряжения на выходе стабилизатора 24 открывается транзистор 27. Это приводит к запиранию транзистора 29, и весь ток стабилизатора 24 обеспечивается транзистором 28. Резистор 37 ограничивает максимальный ток базы транзистора 25. При еще большем увеличении напряжения на выходе стабилизатора 24 транзистор 26 открывается и обеспечивает режим стабилизации выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора (Ucr) определяется уравнением

I; 11 Rso+Rai

UCT U6,28

где ибъ28 - напряжение открывания база- эмиттерного перехода транзистора 26,

R.30, Rai - величины сопротивлений резисторов 30 и 31.

Этим обеспечивается нужная температурная зависимость напряжения на выходе стабилизатора 24.

Для обеспечения нормальной работы стабилизатора 24 напряжения необходимо выполнить условие

RSZ + Rs3 X R 3 + К Д1

Кз.

регде R32, R3.3 - величины сопротивлений

зисторов 32 и 33.

Поскольку при выполнении этого условия транзистор 29 заперт, то влияние входного напряжения на выходное напряжение стабилизатора 24 исключается, чем обеспечивается высокий коэффициент стабилизации выходного напряжения стабилизатора 24 при изменении питающего напряжения. Так как регулирование транзистора 25 возможно

при малых напряжениях на его участке коллектор - эмиттер (для некоторых типов транзисторов это напряжение менее 0,1 В), данный стабилизатор 24 напряжения сохраняет высокий коэффициент стабилизации при малых напряжениях между его входом и выходом.

При изменении тока нагрузки стабилизатора 24 напряжения ток базы тра+1зисто- ра 25 остается меньще этого тока в число раз, равное коэффициенту усиление по току транзистора 25. Транзистор 28 дозирует этот ток, поддерживая его на минимальном значении. Токи других цепей составляют малую величину, что в целом обеспечивает малый ток потребления стабилизатора 24 напряжения.

Использование предлагаемого усилителя мощности позволяет снизить токи потребления бытовой радиоэлектронной аппаратуры, слуховых аппаратов и т. д., так как на- 0 ряду с малым и стабильным током покоя этот усилитель мощности обеспечивает полное использование напряжения питания даже тогда, когда оно составляет 0,9 В (с кремниевыми транзисторами).

5

25

Формула изобретения

30

35

40

45

55

. Усилитель мощности, содержащий последовательно соединенные входной, межуточный фазоинверсный и выходной двухтактный каскады, причем выходной двухтактный каскад выполнен на включенных последовательно по постоянному току между первой и второй щинами источника питания первом и втором транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером и имеющих разную структуру, промежуточный фазоинверсный каскад выполнен на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером и имеющих структуру соответственно второго и первого транзисторов, эмиттер третьего транзистора через первый токоограничивающий резистор соединен с эмиттером второго транзистора и второй щиной источника питания, эмиттер четвертого транзистора соединен с первым выводом второго токоограничивающего резистора, базы третьего и четвертого транзисторов подключены к первому и второму выходам входного каскада, а также цепь отрицательной обратной связи, включенной между коллекторами первого и второго транзисторов н дополнительным входом входного каскада, отличающийся тем, что, с целью 50 повыщения КПД при расщиренин диапазона питающих напряжений, между первой щиной источника питания и вторым выводом второго токоограничивающего резистора введен стабилизатор напряжения, входной каскад выполнен на пятом и шестом транзисторах, имеющих разную структуру и включенных по схеме с общим эмиттером, коллектор щестого транзистора является первым выходом входного каскада и через цепь

смешения соединен с выходом источника тока, являющимся вторым выходом входного каскада, входом Koropoi o яв.тяется 6a:ta 11ЯТ()1-о тран:(ист()ра, соединенная чере:1 нер- вый резистор 6a:u)Boi4) смещения с выходом фильтра нижних часгот, вход которого нод- ключен к нервой Н1ине источника питания, причем источник тока выполнен на В1 1ходн()м транзисторе, коллектор которого является выходом источника тока, умиттер через токо- задаюн1ий резистор соединен с первой ни- ной источника нитания, а база через транзистор в диодном Ежлючении, пмеклцем структуру выход1 ого тГ1анзистора, соединена с второй 1иино11 иеточннка питания, база выходпого транзистора через второй резистор базового смешения подключена к базе НЯТ01Ч) транзистора, через токозадаюший : лементк -:)мнттеру HiecToro транзистора и выходу стабилича гора нап)яжен1(я, к KcjTopoMy через резисто|) кол, 1екторной па- г)узки подключены кол.чектор и база нят-о () и шестого транзисторов COOTBCTCI венпо, при 1Ч)М умнттер пятого грапзисгоС1а является дополпительным входом входного каскада и через резисго|) обратной связи соединен v BTOpoii П1ППОЙ иеточннка питания, к которой н()дк. 1ючена общая

2. Уси,тител1) по п. I, (плинатщт и я тем, ч) с1абилизатор пап|)яжения па управлян)1пем транзисторе, имеющем ст)ук- гуру iiepiioro гранз11С1-о|)а. нервам, втором.

тре11 ем, четвертом дополнительных транзисторах, имеюнщх другую структуру, и нервом, втором, трет1 ем, четвертом, пятом, шестом, седьмом, воеьмом резисторах, первом, втором конденсаторах, при утом эмиттер и коллектор управляющего транзистора являются соответственно входом и выходом стабилизатора нанряжения, умиттеры первого, второго, третьего, четвертого транзисторов под- ключеп1л1 к обн1ей 1пине, коллекторы первого

и четвертого дополнительных транзисторов соедппены с базами второго и третьего до- н()лнит(.льных транзисторов, коллекторы которых объединены, при этом между коллектором управляющего транзистора и обшей шиной включены последовательно соединенные перв1)1Й и второй резисторы, а также третий и четвертый резисторы, точки соединения когорых нодключены к базам соответственно не()иог() и 4eTBepr(jro дополнительных транзисторов, коллекторы которых через пятый и шесгой резисторы подк.чючепы соответственно к кол, 1ек-1ору и эмиттеру унравляюп;е1 о транзистора, база KOTOp(jro через седьмой и восьм(зй резисторы 1 одключены к эмиттеру т1ранляюн1его транзистора и об ьединенным кол.декорам BTOpoio и ipeTbeixj допо,г|ни5 1ельш и гранзиеторов соответственно, причем Ш рвый конденсатор включен между кол- .leKiopoM управляюптего транзистора и обшей п1,1ной, а второй конденсатор включен мс жду ко,1лекгор()м и базсм у11|1авляюн1его 1 ранзист()ра.

5

0

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в переносной радиоэлектронной аппаратуре с экономным потреблением тока от источника питания, а также в слуховых аппаратах. Цель изобретения - повышение КПД при расширении диапазона питающих напряжений. Цель достигается введением в устройстве стабилизатора напряжения (СН), обладающего следующими свойствами: имеет ту же температурную зависимость выходного напряжения, что и напряжение открывания р-п-пере- ходов, используемых в у-ле мощности транзисторов, имеет высокий чоэф. стабилизации при изменении питающего напряжения, имеет малое напряжение между входом и выходом, при котором он еще сохраняет высокий коэф. стабилизации, имеет малый ток потребления. СН выполнен на пяти транзисторах, один из которых - управляющий - имеет одну структуру, а остальные - другую структуру. 1 3. п. ф-лы, 2 ил.

bxod

/--1 v-k:. i- -i--V

Епит

rr

214

Ьынод

Фаг 2