Устройство для защиты усилителя мощности Советский патент 1989 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относш-сн к злектро- техиико и может Пытг, истголь.чопано для контроля нагрузк и и защиты усилителей мощности низкой частоты.

Целью изобретения является повьпие- ние надежности и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства на фиг.2 - блок-схема устройства с дополнительными блоками контроля нагрузки; на фиг.З - блок-схема устройства с управляемым генератором переменного напряженияi на фиг.А -- вариант вьтпол- нения резистора и делителя напряжения j на фиг.З - частотные характеристики импеданса нагрузки и порога срабатывания блока контроля нагрузки на фиг.Ь - вариант вьтолнения усилителя мощности и датчика перегрузкиj на фиг.7 - вариант выполнения генератора переменного напряжения) на фиг.8- спектральный состав напряжения генератора-, на фиг,9 - вариант вьтолнения управляемого перестраиваемого по частоте генератора переменного напряжения; на фиг.10 - варианты выполнения фильтровj на фиг,11 - амплитудно-частотные характеристики раэг :личных фильтров; на фиг.12 - вариант выполнения реле времени.

Устройство для защиты усилителя 1 мощности (фиг,1), включающего ограничитель выходного тока, содержит датчик 2, перегрузок и блок 3 контроля нагрузки 4, выходы которых через элемент ИЛИ 5 подключены к входу ре- ре 6 времени, выход которого подключен к входу управления переключателя 7, замыкающий контакт которого подключен к выходу усилителя 1 и одному выводу резистора 8, а управляемый контакт - к нагрузке Л и вместе с другим выводом резистора 8 к одному . входу блока 3 контроля, другой вход которого подключен к выходу делителя 9 напряжения, вход которого подключен- к выходу генератора 10 переменного напряжения, который подключен к входу усилителя 1, Блок 3 конт роля состоит из последовательно соединенных фильтра 11, выпрямителя 12 и компаратора 13, вькод которого является выходом блока 3 контроля, одним и другим входами которого .являют ся входы фяльтря 11.

Кроме того, параллельно соответ- ствуюпгим входам 6jroKa 3 контроля мо

1 ут Омт ь 11одклн1Чоиь пх«ды /; нго;гии-. .и|.тх блокоп 3 контроля нагрузки 4 (фиг.2).

- Генератор tO может быть вьтолнсн yпpanляc n IM, вход управления которого подключен к выходу реле 6 времени (фиг.З).

Кроме того, резистор 8 или делиQ тель 9 напряжения могут быть выполнены в виде частотно-зависимых элементов, например резистор 8 в виде последовательной КС-цепи 14, заюун- тированной резистором 15 (фиг,4а),

5 и делитель 9 напряжения в виде последовательной цепи из двух )езисторов 16 и 17, нижний из которых зашунти- рован Р€-цепью Ш (фиг.4б).

Усилитель 1 мощности может быть

0 реализован (фиг.6) в виде входного усилителя 19 и двухтактового выходного каскада, вьтолненного на двух повторителях 20, которые суммируют свои сигналы на выходе усилителя 1

5 мощности при помощи резисторов 21, Ограничитель выходного тока состоит из двух резисторов 22, двух диодов 23 и двух стабилитронов 24. Резисторы 22 определяют рабочий ток через

3Q стабилитройы 24„ а ключевые элементы на диодах 23 открываются в случае, если падение напряжения -на резисторах 21 превышает напряжение стабилизации стабилитронов 24, тем самым ограничивая ток через резисторы 21, а значит, и вькодной ток усилителя 1 мощности.

2 перегрузки (фиг.6) может быть выполнен на транзисторе 25, ба- за-эмиттерный переход которого подключен к выходному резистору 21 уси-, лителя 1 через делитель 26, что позволяет получить для ключа на транзисторе 25 порог срабатывания по то- ку заЬисимым от мгновенного напряжения на выходе усилителя 1 мощности. Выходной сигнал транзистора 25 инвертируется транзисторным ключом 27 и ; снимается с резистора 28.

Генератор 10 переменного напря| женин (фиг,7) может быть реализован в виде мультивибратора на опера1 ион- ном усилителе 29, который содержит цепь положительной обратной связи на резисторах 30 и 31 и цепь отрицатель- 55 ной обратной связи на резисторе 32

и конденсаторе 33. Спектральный состав S(U)) генерируемого напряжения приведен на фиг,8, где видно, что ге35

40

45

50

нернруемое паприжгиио содержит в своем составе tia6op фиксиропаняых часто в виде нечетных гармоник основной частоты .

На фиг.9 принеден пример конкретного выполнения перестраиваемого по частоте управляемого генератора tO, Он выполнен на операщюнном усилителе 34 с полевыми транзисторами на входе и содержит мост Вина 35 в цепи положительной обратной связи на резисторах 36 и 37, конденсаторах 38 и 39 и варикапе 40. Для стабилизации амплитуды выходного напряжения вклю- чена цепь 41 отрицательной обратной связи на четырех резисторах и двух- анодном стабилитроне. Напряжение смещения на варикап 40 подается через

резистор 42, а конденсатор 38 не по- 2о характеристика К(а;) такого фильт- зволяет напряжению смещения поступить ра. Фильтр 11 содержит два RC-звена

на вход операционного усилителя ЗА Напряжение смещения фррмируется КС- цепью A3, которая подключена к источнику постоянного напряжения. Запуск . цикла изменения частоты генератора 10 осуществляется транзисторным ключом

44, который управляется сигналом ре-

50 и 51, первое из которых подавляет сигналы в области низких частот, а второе - в области высоких частот. 25 На фиг.12 приведен пример конкретного выполнения реле 6 времени. Оно содержит транзисторный ключ 52, вре- мязадающую RC-цепь 53, второй транле 6 времени через формирующую RC-. зисторный ключ 54 и обмотку электроцепь 45. При поступлении на управля- зо механического реле 55, с помощью которой управляется переключатель 7.

ниций вход генератора 10 положительного фронта импульса логического сигнала 1 транзисторный ключ 44 открывается и разряжает конденсатор RC-цепи 43 до минимального напряжения. При этом напряжение смещения варикапа 40 становится минимальным, а ,его емкость - максимальной, вследствие чего генератор 10 формирует сигнал с минимальной частотой. После окончания импульса разряда конденсатора RC-цепи 43 он начинает заряжаться от источника постоянного напряжения, напряжение смещения варикапа 40 начинает увеличиваться, емкость варикапа 40 уменьшаться, а частота генератора 10 медленно увеличивается до тех пор, пока напряжение смещения не приблизится к напряжению источника постоянного напряжения. На этом цикл перестройки частоты генератора 10 заканчивается. При поступлении на управляющий вход генератора 10 нового импульса логического сигнала 1 цикл работы свип-генератора 10 повторя- ;ется..

На фиг.Юа приведен пример конкретной реализации фильтра 11 при ис-i пользовании с генератором 10 с фик35

40

45

50

55

Включение питания +U при отсутствии на входе реле 6 времени логического сигнала 1 сопровождается зарядом конденсатора RC-цепи 53 до порогового напряжения срабатывания второго транзисторного ключа 54. Это обеспечивает временную задержку включения обмотки реле 55, после чего реле 6 времени переходит в стабильное состояние. При поступлении логического сигнала на вход реле 6 времени и тем самым на вход первого ключа 52 происходит открывание его и быстрый разряд конденсатора RC-цепи 53, что приводит второй ключ 54 в закрытое состояние и обеспечивает обесточивание обмотки реле 55, а также формирует на выходе реле 6 времени логический сигнал 1. При этом реле 6 времени переходит в квазистабильное состояние, в котором находится определенный период времени, после чего оно возвращается в стабильное состояние.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания усилителя 1 включается питание и устройства защиты. Переменное напряжение с енесированными члстотами, а на фиг.П; приведена амплитудно-частотная характеристика такого фильтра . Фт-шьтр 1 1 выполнен на операционном усилителе 46, в цепи положительной обратной связи которого установлен Т-образный мост 47 на двух резисторах и двух конденсаторах. Цепь отрицательной обратной связи на резисторах 48 и 49 определяет добротность полученного активного контура, а также коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте.

На фиг.106 приведен пример конкретной реализации фильтра 11.для работы с перестраиваемым от частоты и), до частоты ы,2 генератором 10, а на- фиг,116 приведена амплитудно-частот характеристика К(а;) такого фильт- ра. Фильтр 11 содержит два RC-звена

50 и 51, первое из которых подавляет сигналы в области низких частот, а второе - в области высоких частот. 25 На фиг.12 приведен пример конкретного выполнения реле 6 времени. Оно содержит транзисторный ключ 52, вре- мязадающую RC-цепь 53, второй тран5

0

5

0

5

Включение питания +U при отсутствии на входе реле 6 времени логического сигнала 1 сопровождается зарядом конденсатора RC-цепи 53 до порогового напряжения срабатывания второго транзисторного ключа 54. Это обеспечивает временную задержку включения обмотки реле 55, после чего реле 6 времени переходит в стабильное состояние. При поступлении логического сигнала на вход реле 6 времени и тем самым на вход первого ключа 52 происходит открывание его и быстрый разряд конденсатора RC-цепи 53, что приводит второй ключ 54 в закрытое состояние и обеспечивает обесточивание обмотки реле 55, а также формирует на выходе реле 6 времени логический сигнал 1. При этом реле 6 времени переходит в квазистабильное состояние, в котором находится определенный период времени, после чего оно возвращается в стабильное состояние.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания усилителя 1 включается питание и устройства защиты. Переменное напряжение с енератора 10 поступает на вход делителя 9 напряжения и на вход усилителя-1, с выхода которого через резистор 8 поступает на нагрузку А. Сигналы с выхода делителя 9 напряжеяия и с на- грузки 4 поступают через помехоподав- ляющий фильтр 11 и вьтрямитель 12 на входы компаратора 13 блока 3 контроля, который таким образом сравнивает величины сигналов с делителя 9 напряжения и с нагрузки 4. Если импеданс нагрузки 4 на частоте измерения будет меньше определенного значения,

лл 1 , пграиичиная тем самкгм и амплитуду тока через контакты переключателя 7. При этом следует отметить, что время фиксации устройства aauiHTbi в режиме контроля нагрузки А определяется реле 6 времени и за этот период устройство должно обеспечить контроль нагрузки 4. Этим повышается надежность усих ителя 1 мощности при понижении импеданса нагрузки 4 усилителя 1 в некоторой области частот, например, когда отсутствует гальваническое замыкание нагрузки 4.

то компаратор 13 сформирует на своем 15 Данная ситуация возможна, например,

выходе запрещающий сигнал 1, который через элемент ИЛИ 5 поступит на вход реле 6 времени и при помощи которого зафиксирует переключатель 7 в разомкнутом состоянии, оставляя выход усилителя 1 не подключенным к нагрузке 4. Если импеданс нагрузки А на частоте измерения будет больше определенного значения, то на выходе компаратора 13 сформируется сигнал О, Который при отсутствии на других входах элемента ИЛИ 5 сигналов запре- iта 1 поступит на вход реле 6 времени, которое своим выходом обеспечит переключение нагрузки 4 из измерительной цепи резистора 8 к вькоду усилителя 1 через нормально разомкнутые контакты переключателя 7, переводя устройство защиты из режима контроля нагрузки 4 в режим работы усилителя 1.. При п6ниж€;нии импеданса нагрузки 4 или его коротком замыкании срабатывает датчик 2 перегрузок, который при этом вырабатывает на своем выходе сигнал 1,. пос упающ ш дальше через элемент ИЛИ 5 на в}сод реле 6 времени, которое своим выходом отключает при помощи переключателя 7 нагрузку 4 от выхода усилителя 1 и подключает ее к резистору 8, переводя устройство защиты из режима работ усилителя в режим контроля нагрузки 4, В таком режиме устройство фиксируется до тех пор, пока импеданс на- грузки 4 не придет в норму, что обеспечивает однократное протекание импульса аварийного тока через оконечный каскад усилителя 1 и контакты переключателя 7 за весь период аварийного р(жима. Кратковременную защиту усилителя 1 в течение времени срабатывания устцойства осуществляет ограничитель выходного тока усилите

5

5

когда усилитель 1 пытаются эксплуатировать с емкостной нагрузкой или с многополостной акустической системой, у которой произошло ааклинива- ние диффузора у среднечастотной или высокочастотной головки...Наличие больще одного блока 3 контроля нагрузки 4 позволяет обеспечить предварительный контроль импеданса на грузки 4 на каждой характерной для нее частоте (например, частоты ш, и w на фиг.5). При этом генератор 10 должен формировать не одночастотный сигнал, а сигнал с суммрй измеритель- 0 ных частот (фиг,8).

Для более полного контроля качества нагрузки 4 генератор 10 может быть выполнен перестраиваемым по частоте в виде свип-генератора (фиг.9), который при своем запуске изменяет постепенно свою частоту, проходя весь диапазон измерительных частот от частоты и), до частоты и обеспечивая контроль импеданса нагрузки 4 не только на дискретных частотах. Запуск такого генератора 10 осуществляется с дополнительного выхода реле 6 времени (фиг.З). Такая связь между реле 6 времени и генера- g тором 10 может использоваться и для, обычных генераторов переменного напряжения, например, для запуска дискретного переключения частоты в течение режима контроля нагрузки 4 или для выключения генератора 10 в течение режима работы усилителя 1, что исключает влияние генератора 10 уа. нормальную работу усилителя 1.

При использовании в устройстве перестраиваемого по частоте генератора 10 переменного напряжения для нормального функционирования устройства достаточно одного блока 3 контроля нагрузки 4, который имеет на

0

5

своем нхол IIP узкополосимп фильтр I для вьщрления одной чястоткой компоненты, а широкополоеими иомехоподав- ляющин (фнг.Юб), полоба пропу кания которого соответствует диапазону изменения частоты (фиг.116) перестраиваемого генератора 10. При этом один блок 3 контроля нагрузки А в течение периода контроля нагрузки последовательно проврднт контроль импеданса нагрузки в частотной области в соответствии с изменением частоты генератора 10. Последовательный анализ импеданса нагрузки 4 одним блоком 3 контроля оказывается возможным благодаря наличию в устройстве реле 6 времени, которое после поступления на свой вход импульса логического сигнала 1 возвращается из квазистабильного состояния в стабильное только через определенный период времени, длительность которого больше периода контроля нагрузки 4, т.е. в данном случае больше периода перестройки генератора 10 по всему диапазону изменения частоты. При этом, если в течение периода контроля блок 3 контроля сформирует на своем выход

Формула изобретения 1. Устройство для запшты усилителя мощности, включающего ограничитель выходного тока, содержащее датчик перегрузки и блок контроля нагрузки, включающий фильтр и компаратор, выход которого вместе с выходом датчика перегрузки через .элемент ИЛИ подклю-- чен к входу реле времени, выход которого соединен с входом управления переключателя, замыкающий контакт которого предназначен для подключения к выходу усилителя мощности, а управляемый - к нагрузке и связан вместе с одним из выводов резисто ра с юд- ним из входов фильтра блока контроля нагрузки, вход которого подключен к выходу делителя напряжения, вход которого подключен к выходу ислогический сигнал 1, то реле 6 вре- зо точника испытательного сигнала, о fмени начинает новый отсчет периода времени квазистабильного состояния, а перестраиваемый генератор. 10 повторит заново весь цикл перестройки по частоте, и это будет продолжаться до тех пор, пока импеданс нагрузки 4 не придет в норму.

Для обеспечения качества контроля нагрузки 4 устройству защиты в некоторых случаях полезно иметь частотно-зависимый порог срабатывания от импеданса нагрузки 4 (фиг.5, харак- - теристика Z,p(w)). Это позволяет, например, задавать допуски на частотную характеристику импеданса нагрузки Z (u) и не подключать к усилителю 1 нагрузку 4, не удовлетворяющую этим допускам. Для этого резистор 8 и де- литель 9 напряжения могут быть выполнены как частотно-зависимы элементы, например так, как показано на фиг.4. Также для этого же положительного эффекта возможно использовать не однопороговые компараторы 13, а двухпороговые, что позволяет получить двусторонние дсшуски на частотные характеристики импеданса нагрузки 4, с которой устройство защиты разрешает эксплуатировать усилитель.1,

личающееся тем, что, с целью повьшюния надежности и расширения функциональных возможностей, блок контроля нагрузки снабжен выпpя fиte- лем, включенным между фильтром и

паратором, а источни.к испытательного сигнала выполнен в виде генератора переменного напряжения, выход которого предназначен для подключения 40 к входу усилителя мощности, к выходу которого предназначен для подключения другой вывод резистора.

45 дополнительными блоками контроля на- грузки на различных часто тах, входы которых подключены к аналогичным входам блока контроля нагрузки, а их вы- 1 ходы - к входам элемента ИШ1.

50

55

8

Таким оГфязом, блл1-одяря ni-nuijuic- Н11Ю источника Г|гпытателы 0 -о сигналл в виде генератора перемгнпого напряжения и подключению его к входу блока контроля нагрузки через усилитель мощности повышается надежность и расширяются функциональные возможности устройства.

10

Формула изобретения 1. Устройство для запшты усилителя мощности, включающего ограничитель выходного тока, содержащее датчик перегрузки и блок контроля нагрузки, включающий фильтр и компаратор, выход которого вместе с выходом датчика перегрузки через .элемент ИЛИ подклю-- чен к входу реле времени, выход которого соединен с входом управления переключателя, замыкающий контакт которого предназначен для подключения к выходу усилителя мощности, а управляемый - к нагрузке и связан вместе с одним из выводов резисто ра с юд- ним из входов фильтра блока контроля нагрузки, вход которого подключен к выходу делителя напряжения, вход которого подключен к выходу источника испытательного сигнала, о fличающееся тем, что, с целью повьшюния надежности и расширения функциональных возможностей, блок контроля нагрузки снабжен выпpя fиte- лем, включенным между фильтром и ком5Ь

паратором, а источни.к испытательного сигнала выполнен в виде генератора переменного напряжения, выход которого предназначен для подключения 0 к входу усилителя мощности, к выходу которого предназначен для подключения другой вывод резистора.

5 дополнительными блоками контроля на- . грузки на различных часто тах, входы которых подключены к аналогичным входам блока контроля нагрузки, а их вы- 1 ходы - к входам элемента ИШ1.

0

5

9j/, 3om910

5, Устройство no rm.l- , о т л и - иапряжсмия в|,толнем п пип« ч-пгтотно- чающеег. я тем, что делительзависимого элемента.

Фиг.3

9и,гЛ

Ц)

16

П

„г

18

в.

S .5

U3.7

te HllbrCIh

I r-

5 И

I

w 3w Sur lur 9 и 9,8

9иг.9

9ut,fO

f(

ur

UT,

ur

M/4

ftT

«бг. 12