Бестрансформаторный усилитель мощности Советский патент 1989 года по МПК H03F3/50 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в усилительных устройствах электрических сигналов в качестве оконеч- , ного звена при комплексном характере нагрузки.

Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения тока элементов двухтактного- оконечного кас- Q када, бестрансформаторного усилителя мощности при комплексном характере нагрузки.

На чертеже приведена структурная . схема бестрансформаторного усилителя ощности. Бестрансформаторный усилитель мощности содержит два симметричных дифференциальных каскада 1,2, два промежуточных усилителя напряже- ния 3, 4, двухтактный оконечный кас- jo кад на элементах 5, 6.

Между дифференциальными и промежуточными каскадами включены диодные аттенюаторы 7, 8, максимальное значение тока через которыр определяет- 25 ся резисторами 9 и 10, которые в свою очередь подключены к выходам бис- табильного узла 11 на транзисторах 12, 13.

К управляющему входу диодных, аттенюаторов подключены коллекторы вспомогательных транзисторов 14 и 15, базы которых через пороговые элементы 16 и 17 соединены с датчиками 18 и 19 тока элементов 5, 6 оконечного двухтактного каскада.

К датчикам тока ю, 19 через датчики активн огй напряжения 20 и 21 (на резисторах) на оконечных элементах 5, 6 подключены змиттеры транзисторов 12, 13 бистабильного узла 11, к которым подключены интегрирующие емкости 22 и 23. Элементы 2, 25 являются пороговыми, определяющими порог срабатывания бистабильного узла 11.

Формирователь активного напряжения на оконечных элементах 5, 6 верхнего плеча включает в себя элементы 26, 27 и 28,для нижнего плеча - 29, 30 и 31. Релаксационный автогенера- гор 32 подключен к базовой цепи одного из транзисторов бистабильного узла 11, коллектор которого в свою очередь соединен с цепью срыва автоколебаний автогенератора 32. 55 I

Необходимо отметить, что период

колебаний релаксационного генератора в несколько раз превышает тепловую

30

35

40

45

50

o

5

5

0

5

0

5

0

постоянную времени коллекторного перехода защищаемых транзисторов , элементов 5, 6 и составляет несколько секунд. Постоянная времени цепочки из резистора 20 и емкости 22 (21 и 23 для нижнего плеча) меньше или равна тепловой постоянной времени коллекторного перехода запцщаемых транзисторов элементов 5, 6. Указанные соотношения необходимы для предотвращения выхода из строя элементов 5, 6 при включении усилителя на корот- козамкнутую нагрузку.

Максимальное падение напряжения на датчиках тока 18 и 19 при номинальной нагрузке точно соответствует падению напряжения на датчиках активного напряжения 20 и 21 в отсутствие входного сигнала и равно (точнее чуть меньше) напряжению пороговых элементов 24 и 25.

Напряжение в точках соединения резисторов 26, 27, 29, 30 равно половине питающего напряжения, т.е. напряжению на выходе усилителя в отсутствие усиливаемого сигнала. При изменении напряжения на выходе усилителя напряжения в точках соединения резисторов 26, 27 и 29, 30 за счет наличия диодов 28 и 31 могут лишь понижаться относительно положительного (отрицательного) вывода питания в точном соответствии с изменением рабочего напряжения на элементах 5, 6 оконечного каскада. Тем самым на резисторах 20 и 21 формируется напряжение, пропорциональное напряжению на оконечных элементах 5, 6 только для активного режима работы последних.

1

Все выше перечисленные требования обеспечиваются соответствукядим выбором элементов при расчете цепей системы защиты усилителя.

Изложение особенностей функционирования бестрансформаторного усилителя мощности целесообразно разделить на 3 этапа: включение питающего напряжения, работа на чисто активное номинальное и пониженное сопротивление нагрузки, работа на комплексную нагрузку.

При включении напряжения питания транзисторы 12, 13 бистабильного узла сохраняются закрытыми. Ток диодов управляемых аттенюаторов равен нулю, коэффициент передачи также равен нулю и входной сигнал не поступает на выход усилителя. Тем самым, исключается возможность прохождения сигналов, обусловленных переходными процессами при включении питания системы, содержащей данный усилитель т.е. обеспечивается бесшумное включение звукоусилительного тракта.

По истечении нескольких секунд релаксационный автогенератор импульсом запуска взводит бистабильный узел в дежурный режим. Однако, если напряжение питания усилителя, а следовательно, напряжение на оконечных элементах 5, 6 и, соответственно, резисторах 20 и 21 превышает напряжение пороговых элементов 24, 25, запуска не произойдет.

Тем самым, исключается возможност работы усилителя при повышенном опасном для него напряжении, т.е. имеет первое звено обеспечения надежности.

Если бистабильный узел будет- взведен, т.е. транзисторы 12 и 13

525865

Как только напряжение на датчиках тока 18 и 19 превысит напряжение пороговых элементов 16, 17, транзисторы 14 и 15 открьшаются, отводя на себя часть тока диодов управляемого аттенюатора, обеспечивая тем самым режим ограничения уровня сигнала возбуждения предоконечного и оконеч Q него каскадов.

Если перегрузка была кратковременной и неопасной для транзисторов оконечных элементов 5, 6, то такая перегрузка сопровождается лишь ограниJ5 чением максимального рабочего тока оконечных элементов 5, 6 на уровне предельно допустимого. Если перегрузка является длительной, то через интервал времени, определяемый пос20 тоянной времени цепи 20, 22, сработает бистабильный узел и полностью отключит сигнал возбуждения. Отметим, что поскольку постоянная времени этой цепи меньше тепловой постоянной

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в усилительных устройствах электрических сигналов. Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения тока элементов двухтактного оконечного каскада бестрансформаторного усилителя мощности при комплексном характере нагрузки. Бестрансформаторный усилитель мощности содержит два симметричных дифференциальных каскада 1, 2, два промежуточных усилителя 3, 4, напряжения, двухтактный оконечный каскад на элементах 5,6. Между дифференциальными и промежуточными каскадами включены диодные аттенюаторы 7, 8. При работе бестрансформаторного усилителя мощности величина тока через элементы 5,6 оконечного каскада ограничивается с помощью датчиков 18, 19 тока и управляемых аттенюаторов 7, 8. При длительной перегрузке бестрансформаторного усилителя мощности напряжение на конденсаторах 22, 23 воздействует на входы бистабильного узла 11 и выключает устройство. При комплексном характере нагрузки мгновенное значение тока через элементы 5, 6 оконечного каскада ограничивается с помощью датчиков 18,19 тока, а среднее значение тока ограничивается с помощью интегрирующих цепей на резисторах 20, 21, 26, 27, 29, 30 и конденсаторах 22, 23. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

будут открыты, то будут открыты-и дио- 25 времени коллекторного перехода транды управляемого аттенюатора током через резисторы 9 и 10. Релаксационный автогенератор прекратит свои колебания сразу после взвода системы защиты за счет шунтирования цепи запуска транзистором 13.

При номинальной активной нагрузке для любого уровня выходного сигнала сумма напряжений на резисторах 18 и 20 или 19 и 21 всегда постоянна и равна (точнее несколько меньше) напряжению пороговых элементов 24 и 25,

Действительно, увеличение напряжения на датчике тока 18 и за счет открывания оконечных элементов 5, 6 верхнего плеча сопровождается снижением напряжения в точке соединения резисторов 26, 27 относительно положительного вывода питания и, соответственно, напряжения на резисторе 20. I

Влияние емкостей 22 и 23 в этом

случае иикак не сказьшается, однако при скачкообразном замыкании сопротивления нагрузки, сопровождающимся возрастанием падения напряжения на резисторах 18, 20 и 19, 21, емкость 22, 23 задерживает выключение би- стабильного узла. Для исключения токового пробоя оконечных элементов 5,6 на интервале времени задержки используются вспомогательные токо- ограничивающие транзисторы 14 и 15,

0

5

0

5

0

5

зисторов элементов 5, 6, температура коллекторного перехода указанных транзисторов не успеет достигнуть максимально допустимой,

По истечении нескольких секунд релаксационный автогенератор, цепь возбуждения которого оказалась восстановленной, вновь предпримет попытку включить усилитель. Все процессы повторятся вновь.

Теперь рассмотрим режим работы усилителя на комплексную нагрузку, полагая, что модуль сопротивления последней не превьшает номинального значения активного сопротивления. Это означает, что ток через оконечные элементы 5, 6 усилителя не превышает нормы, а поэтому транзисторы .14 и 15 всегда закрыты.

Мгновенное значение суммы напряжений на резисторах 18 и 20 или 19 и 21 в отсутствие интегрирующих емкостей 22 и 23 будет определяться величиной фазового сдвига, вносимого нагрузкой и при комплексном характере последней, экстремальные значения суммы двух напряжений существенно превышают напряжение пороговых элементов 24 и 25, вызывая срабатывание системы защиты.

При наличии интегрирующих емкостей 22, 23 на входы (эмиттеры транзисторов 12, 13) бистабильного узла подается усредненное значение суммы двух

напряжений, тем самым появляется возможность увеличения максимальной выходной мощности усилителя при комп- .ч лексном характере нагрузки без опасности его повреждения в случае короткого замыкания.

Формула изобретения

питания релаксационного автогенератора и бистабильного узла, к эмиттерам двух вспомогательных транзисторов, и первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых присоединены к точкам соединения диодов и резисторов датчиков напряжения, причем первые сило- |Вые выводы элементов двухтактног оконечного каскада подключены также к свободным выводам диодов датчиков напряжения, а первые выводы датчиков тока соединены через пороговые элементы с базами вспомогательных транзисторов, коллекторы которых присоединены к Й ходу управления диодных аттенюаторов, включенных между симметричными дифференциальными каскадами и промежуточными усилителями, входящими в состав предварительного усилителя, а входы питания диодных аттенюаторов соединены соответственно через пятый и шестой резистсфы с первым и вторым выходами бнстаб.иль- ного узла, первый и второй входы которого подключены к первым выводам интегрирующих конденсаторов, а вход запуска подсоединен к выходу сационного автогенератора,

2, Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что ристабиль- ный узел выполнен в виде двух комплементарных транзисторов, коллекторы которых присоединены соответственно к первому и второму выходным выводам узла и соединены через резисторы с базами транзисторов противоположной проводимости, соединенными через пороговый элемент с входами питания узла, входные выводы которого подключены к эмиттерам транзисторов, базоколлекторный переход одного из которых присоединен к входу запуска.