Двухтактный усилитель мощности Советский патент 1992 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может бчть использовано для построения двухтактных усилителей мощности.

Известны схемы усилителей мощности, где повышение надежности выходного мощного каскада основано на принципе ограничения мощности в выходном каскаде путем ограничения тока короткого замыкания мощных выходных транзисторов при коротком замыкании в нагрузке. Это достигается, например, за счет введения добавочных транзисторов с потенциометрами.

Недостатком такой схемы является то, что при срабатывании защиты мощный транзистор (транзисторы) не выключается. В нем стабилизируется ток на уровне нескольких ампер, что при коротком замыкании в нагрузке вызывает вторичный пробой мощных выходных транзисторов и их выход из строя.

За прототип принят двухтактный усилитель мощности, содержащий два мощных транзистора разного типа проводимости,

коллекторами подключенных к выводам источника питания, а эмиттерами через рези- стивные датчики тока подключенных к первому выходному выводу, и два защитных транзистора разного типа проводимости, тип которых совпадает с соответствующим типом мощных транзисторов. Базы защищаемых мощных транзисторов подключены к управляющим выводам, а их эмиттеры подключены к базам защитных транзисторов, к коллекторам которых подключены управляющие выводы. Эта схема работает следующим образом. Пока ток мощного транзистора не превышает такой величины, что создаваемое им падение напряжения на эмиттерном резисторе, являющемся датчиком тока, не превышает порога отпирания транзистора защиты, то транзистор защиты находится в выключенном состоянии и не влияет на работу выходного мощного транзистора Если ток достигает порога отпирания транзистора (напряжение на эмиттерном резисторе равно 0,6 В), транзистор защиты открывается и его сопротивле„ -

О

ние резко уменьшается, что переводит этот транзистор в режим стабилизации тока за счет ответвления тока базы выходного мощного транзистора в транзистор защиты. Ток выходного мощного транзистора стабили- зируется на этом уровне, и его величина далее уже не зависит от импеданса нагрузки. Поэтому при закорачивании нагрузки мощность рассеивания на выходном мощном транзисторе будет максимальной и рав- ной напряжению источника питания, умноженному на этот ток стабилизации.

Недостатками этой схемы являются большая величина напряжения и тока (и, следовательно, мощности при одновремен- ном наличии максимального тока и максимального напряжения - совмещенный режим) при коротком замыкании нагрузки, независимость величины тока срабатывания от величины импеданса, что не позволя- ет полностью использовать выходные мощные транзисторы по мощности, отсутствие уменьшения тока срабатывания при увеличении частоты сигнала, что не позволяет использовать возможности рассеива- ния мощности в транзисторе при его работе в области низких частот, отсутствие задержки при срабатывании от кратковременных сигналов помех. Все эти недостатки снижают надежность работы транзисторов в вы- ходных каскадах усилителей мощности.

Цель изобретения - повышение надежности работы усилителя мощности путем защиты выходных транзисторов от перегрузки.

Для достижения поставленной цели в двухтактный усилитель мощности, содержащий два мощных транзистора разного типа проводимости, коллекторами подключенных к выводам источника питания, а эмитте- рами через резистивные датчики тока подключенных к первому выходному выводу, два защитных транзистора разного типа проводимости, тип которых совпадает с соответствующим типом мощных транзисто- ров, базы мощных транзисторов подключены к управляющим выводам, введены четыре резистора, два диода, три конденсатора и два транзистора разного типа проводимости, причем базы мощных тран- зисторов через силовые переходы введен- ныхтранзисторов,имеющих

противоположный им тип проводимости, подключены к базам защитных транзисторов, а также через первый и второй введен- ные резисторы, параллельно которым включены первый и второй введенные конденсаторы, подключены к эмиттерам соответствующих мощных транзисторов, базы защитных транзисторов соответственно через третий и четвертый введенные резисторы, последовательно которым включены диоды, подключены ко второму выходному выводу, базы введенных транзисторов подключены к коллекторам соответствующих им защитных транзисторов, между базами которых включен третий введенный конденсатор.

На чертеже представлена принципиальная схема двухтактного усилителя мощности.

Двухтактный усилитель содержит мощный выходной каскад на двух транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости, коллекторы которых подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника питания 3. Поскольку от выходного каскада мощного усилителя требуется большой коэффициент усиления по току (более 1000 раз), то он выполняется, как правило, на составных транзисторах, т.е. каждый из двух защищаемых составных мощных транзисторов 1, 2 представляет собой совокупность соединенных по схеме Дарлингтона, например, по меньшей мере двух предоконечных транзисторов и двух оконечных транзисторов соответственно. Эмиттеры транзисторов 1, 2 через резисторы (резистивные датчики тока) 4 и 5 подклю- чены к первому выходному выводу 6 нагрузки (резистора) 7. В усилитель введены два транзистора 8 и 9, тип проводимости которых противоположен типу проводимости защищаемых мощных транзисторов 1 и 2, Базы транзисторов 1 и 2 соответственно соединены с эмиттерами транзисторов 8 и 9, а коллекторы указанных транзисторов 8 и

9соединены с базами защитных транзисторов 10 и 11, тип проводимости которых совпадает с типом проводимости защищаемых выходных мощных транзисторов 1 и 2. Эмиттеры транзисторов 10 и 11 соединены между собой и с первым выходным выводом 6 нагрузки 7, а также с общей точкой соединения резисторов 4 и 5. Базы транзисторов

10и 11 соответственно через первый и второй введенные резисторы 12 и 13 соединены с эмиттерами мощных выходных транзисторов 1 и 2 и соответственно через третий и четвертый введенные резисторы 14 и 15 и через диоды 16 и 17 - со вторым выходным (нулевым) выводом 18 нагрузки 7, Параллельно резисторам 12 и 13 включены первый и второй введенные конденсаторы 19 и 20, а между базами защитных транзисторов 10 и 11 включен третий введенный конденсатор 21. Транзисторы 8, 10 и 9, 11 и подключенные в соответствии со схемой резисторы 12 и 13 с конденсаторами 19 и 20,

резисторы 14 и 15, диоды 16 и 17 и конденсатор 19 образуют схему защиты мощных выходных составных транзисторов 1 и 2.

Двухтактный усилитель мощности работает следующим образом.

Сигнал относительно нулевого вывода 18 нагрузки 7 обладает положительным и отрицательным значениями. При положительном значении сигнала работает выходной транзистор 1, а выходной транзистор 2 этим сигналом обратно смещен, т.е. закрыт, При отрицательном значении входного сигнала работает выходной транзистор 2, а транзистор 1 закрыт.

Положительный входной ток с управляющего вывода 22 сигнала усиливается составным транзистором 1 и через резистор 4 поступает в нагрузку 7. Протекание этого тока через резистор 4 создает падение напряжения на резисторе 4 относительно эмиттера транзистора 10 и через резистор 12 поступает на базу транзистора 10. Если импеданс нагрузки 7 имеет нормальную величину, то вся схема защиты не оказывает никакого влияния на работу схемы всего усилителя до тех пор, пока ток через резистор 4 не превысит выбранную величину. Выбирается эта величина для положительного полупериода соотношением величин резисторов 12, 14 и 4, 7, а для отрицательного полупериода - соотношением величин резисторов 13, 15 и 5, 7, которые образуют двойной мост. В диагонали этих мостов соответственно включены база-эмиттерные переходы защитных транзисторов 10 и 11. При превышении тока открываются транзисторы 10 и 8. Подобное включение транзисторов 10 и 8 переводит их в состояние полностью открытое, обладающее малым внутренним сопротивлением. При этом входной ток от управляющего вывода 22, минуя базу транзистора 1, поступает через полностью открытые транзисторы 8 и 10 на вывод 6 нагрузки 7, а транзистор 1 закрывается. Транзисторы 10 и 8 остаются в этом полностью открытом состоянии до тех пор, пока входной сигнал положительной полярности с вывода 22 не упадет до нуля. В этом момент (при достижении сигнала нулевого уровня) транзисторы 8 и 10 восстанавливают свое первоначальное закрытое состояние. Таким образом, начало срабатывания (отпирания) транзисторов 8 и 10 определяется напряжением на резисторе 4, а удерживание схемы защиты в открытом состоянии - наличием на управляющем выводе 22 сигнала положительной полярности,

При смене полярности сигнала, т.е. поступлении сигнала отрицательной полярности с управляющего вывода 23 аналогичным

образом ведут себя транзисторы защиты 11 и 9, а начало срабатывания диктуется напряжением с резистора 5. Транзисторы 11 и 9 удерживаются в открытом состоянии до тех

пор, пока на управляющем выводе 23 отрицательной полярности сигнал не достигнет нулевого уровня. Таким образом, схема защиты обладает достаточным быстродействием, чтобы реагировать на каждый

0 полупериод входного сигнала любой частоты.

Если величина нагрузки (резистор) 7 уменьшается, то величина тока через резисторы (датчики тока) 4 и 5, при которой на5 ступает срабатывание защиты, тоже уменьшается, что благотворно сказывается на надежности работы транзисторов 1 и 2. При коротком замыкании нагрузки, величина резистора 7 равна нулю, ток сраба0 тывания схемы защиты минимален Поскольку при срабатывании схемы защиты ток в выходных мощных транзисторах 1 и 2 уменьшается до нуля, то и мощность уменьшается до нуля, что повышает надежность

5 работы этих транзисторов.

Поскольку уменьшение тока срабатывания защиты возникает не только при уменьшении величины резистора (нагрузки) 7, но и приуменьшении величин резисторов 12 и

0 13 соответствен но для положительного и отрицательного полупериодов сигнала, то шунтирование резистора 12 конденсатором 19, а резистора 13 конденсатором 20 позволяет уменьшить величину тока срабатыва5 ния при повышении частоты входного сигнала, что позволяет уменьшить мощность, снимаемую в нагрузку 7 с выходного каскада на транзисторах 1 и 2 при увеличении частоты. Это повышает надежность ра0 боты выходных транзисторов, в которых возрастают потери при повышении частоты сигнала.

Постановка конденсатора 21 между базами транзисторов 10,11 препятствует сра5 батыванию быстродействующей защиты от случайных кратковременных помех. Диоды 16 и 17 препятствуют срабатыванию транзисторов 8 и 10 при сигнале отрицательной полярности, и транзисторов 11 и 9 при сиг0 нале положительной полярности.

При выполнении схемы защиты в интегральном исполнении можно использовать вместо диодов 16 и 17 транзисторы в диодном включении, что позволяет снизить но5 менклатуру используемых микрокорпусных элементов и уменьшить стоимость. Формула изобретения Двухтактный усилитель мощности, содержащий два мощных транзистора разного типа проводимости, коллекторами

подключенными к выводам источника питания, а эмиттерами через резистивные датчики тока подключенные к первому выходному выводу, два защитных транзистора разного типа проводимости, тип которых совпадает с соответствующим типом мощных транзисторов, базы мощных транзисторов подключен к управляющим выводам, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности путем защиты мощных транзисторов от перегрузки, в него введены четыре резистора, два диода, три конденсатора и два транзистора разного типа проводимости, причем базы мощных транзисторов через силовые переходы введенных транзисторов, имеющих противоположный им тип проводимости,

0

5

подключены к базам защитных транзисторов, а также через первый и второй введенные резисторы, параллельно которым включены первый и второй введенные конденсаторы, подключены к эмиттерам соответствующих мощных транзисторов, базы защитных транзисторов соответственно через третий и четвертый введенные резисторы, последовательно которым включены диоды, подключены ко второму выходному выводу, базы введенных транзисторов подключены к коллекторам соответствующих им защитных транзисторов, между базами которых включен третий введенный конденсатор.

Использование - преобразовательная техника. Сущность изобретения: усилитель содержит мощные транзисторы (1,2), датчики тока (4,5), защитные транзисторы (10,11). Введены резисторы (12, 13, 14, 15), диоды