Двухтактный усилитель мощности Советский патент 1993 года по МПК H03F3/26 

соединены с общей шиной, а в каждое плечо введен дополнительный транзистор той же структуры, что и транзистор данного плеча, эмиттер дополнительного транзистора соединен с соответствующей шиной питания, коллектор является выходом плеча, при этом в каждом плече между базами транзистора и дополнительного транзистора введен дополнительный источник смещения, а между коллекторами - резистор обратной связи.

Вторые резисторы обеспечивают работу первых транзисторов в режиме класса А при максимальном выходном сигнале.

Резисторы обратной связи вместе с первыми резисторами образуют делители выходного напряжения в цепи обратной связи и служат для снижения амплитуды переменного напряжения на коллекторах первых транзисторов, а также на входах дифференциальных каскадов в целях предотвращения снижения максимального выходного напряжения всего усилителя из-за введения вторых резисторов и дополнительных источников смещения.

Дополнительные источники смещения необходимы для стабилизации режима по постоянному току дополнительных транзисторов, для чего в каждом плече величина ЭДС дополнительного источника должна быть равна падению напряжения на втором резисторе, а первый и дополнительный транзисторы в одном, плече должны иметь одинаковые параметры. При этом сохраняется стабильность режима по постоянному току как в прототипе.

Дополнительные транзисторы работают в режиме класса АВ и обеспечивают основной выходной ток усилителя.

Введение в каждое плечо двухтактного усилителя мощности дополнительного транзистора вместе со вторым резистором, резистором обратной связи и дополнительным источником смещения приводит к тому, что при изменении тока коллектора дополнительного транзистора одного плеча отми- нимальной до максимальной величины дифференциальный каскад и первый транзистор другого плеча остается открытым и при быстром изменении полярности входного напряжения нарастание выходного тока дифференциального каскада в этом плече происходит без задержки, связанной с его отпиранием, что имеет место в прототипе.

Это приводит к расширению диапазона частот усиливаемого сигнала с допустимым уровнем нелинейных искажений при сохранении стабилизации режима по постоянному току всего усилителя.

Вместе с тем в предложенном усилителе отсутствуют потери выходного сигнала в цепи протекания выходного тока усилителя через эмиттер и коллектор дополнительных 5 транзисторов, что служит повышению максимальной выходной мощности.

Предложенная совокупность признаков проявляет новое свойство: дифференциальные каскады обоих плеч работают без отсеч0 ки выходного тока с отсутствием потерь выходной мощности усилителя при сохранении стабилизации режима по постоянному току всех элементов.

Предложенной совокупности сущест5 венных признаков с проявлением указанных выше свойств в известных технических решениях не обнаружено.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема предлагаемого

0 усилителя.

Двухтактный усилитель мощности содержит первые источники 1, 2 напряжения смещения, дифференциальные каскады 3, 4 с симметричным входом и одиночным выхо5 дом, первые транзисторы 5, 6, первые резисторы 7, 8, вторые резисторы 9, 10, резисторы обратной связи 11, 12, дополнительные источники 13. 14 напряжения смещения, дополнительныетранзисторы 15,16.

0Транзисторы 5, 15 имеют прямой тип проводимости, а транзисторы 6, 16 - обратный.

Входом усилителя являются соединенные отрицательный полюс источника 1 и

5 положительный полюс источника 2 напряжения смещения, вторые полюса которых подключены к инвертирующим входам дифференциальных каскадов 3 и 4 соответственно.

0 Выходы дифференциальных каскадов 3, 4 соединены с базами транзисторов 5, 6. эмиттеры которых через резисторы 9, 10 подключены к источникам питания положительной и отрицательной полярности соот5 ветственно, а коллекторы соединены с неинвертирующими входами дифференциальных каскадов 3, 4 и первыми выводами резисторов 7, 11 и 8, 12 соответственно, Вторые выводы резисторов 7, 8 подключены

0 к общему проводу, а вторые выводы резисторов 11,12 соединены с выходом усилителя.

Выход дифференциального каскада 3 подключен к отрицательному полюсу источ5 ника 13 напряжения смещения, положительный полюс которого соединен с базой транзистора 15, эмиттер которого подклю- . чен к источнику питания положительной полярности, а коллектор соединен с выходом усилителя.

Выход дифференциального каскада 4 подключен к положительному полюсу источника 14 напряжения смещения, отрицательный полюс которого соединен с базой транзистора 16, эмиттер которого подключен к источнику питания отрицательной полярности, а коллектор соединен с выходом усилителя.

Усилитель работает следующим образом.

При напряжении на входе,равном нулю; через резисторы 7, 8, 11, 12 протекает ток коллектора покоя транзисторов 5, 6, величина которого стабилизируется за счет отри- цзтельной обратной связи по току, напряжение которой с резисторов 7, 8, 11, 12 подается на неинвертирующие входы каскадов 3, 4 соответственно.

Для обеспечения максимальной стабильности тока покоя транзисторов 5, 6 величина ЭДС источников 1, 2 смещения должна быть много больше дифференциального напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входом каскадов 3, 4 вместе с падением напряжения на резисторах 7, 8, 11, 12, создаваемым входными токами каскадов 3, 4.

При выполнении этого условия справедливы следующие выражения:

UK5 UBX+ El Н7(к5 +

Цвых - UBX - El RF

), (1)

и ii с - пл вых UBX + Е2 , ик6 ивх- (-----р ------ - 1кб )

(2)

где UK5, икб- потенциал коллектора транзисторов 5, 6;

Uex - напряжение на входе усилителя;

EI, Ј2 - ЭДС источников 1, 2 смещения;

Ry, Re, Rn,Ri2- сопротивления резисторов 7, 8, 11, 12;

,1кб - ток коллектора транзисторов 5, 6;

Увых - напряжение на выходе усилителя.

При равенстве сопротивлений соответствующих резисторов и ЭДС источников на- пряжения смещения обоих плеч из выражений (1) и (2) следует:

Us + кб Е 2R -R

-iT Const ,

R1 + R

где Us, 1кб ток коллектора транзисторов 5, 6;

Е - ЭДС источников 1, 2 смещения:

R - сопротивление резисторов 7, 8; R --сопротивление резисторов 11, 12. При стабилизации тока коллектора покоя транзисторов 5, 6 напряжение на рези5 сторах 9, 10 тоже стабилизируются.

Если в каждом плече усилителя величина ЭДС второго источника 13(14) смещения равна напряжению на втором резисторе 9(10), то напряжение между базой и эмитте10 ром первого 5(6) и второго 15(16) транзисторов равны, поэтому при равенстве параметров и температур кристаллов транзисторов их токи эмиттера тоже равны в широком диапазоне температур окружаю15 щей среды и сохраняют стабильность.

Если величина ЭДС второго источника 13(14) напряжения смещения меньше напряжения на втором резисторе 9(10) или равна нулю, то происходит снижение ста20 бильноститока коллектора покоя выходных транзисторов 15(16) по сравнению с прототипом,

При увеличении положительного напряжения на входе усилителя ток коллектора

25 транзисторов 6, 16 уменьшается, а ток коллектора транзисторов 5, 15 увеличивается до тех пор транзистор 15 не перейдет в режим насыщения: величина выходного напряжения становится близка ЭДС источни30 ка питания.

Сопротивление резистора 7(8) выбирают таким образом, чтобы потенциал на коллекторе транзистора 5(6) при максимальном выходном напряжении усилителя был ниже

35 (выше) потенциала на его базе и он оставался в линейном режиме. Это необходимо для получения максимального выходного напряжения усилителя, близкого к ЭДС источников питания, что больше чем в прототипе.

40 При этом максимальный ток коллектора транзистора 15, работающего в режиме АВ, значительно больше, чем при отсутствии входного сигнала, а ток коллектора транзистора 5, работающего в режиме А, по срав45 нению с режимом покоя увеличивается незначительно благодаря наличию в цепи эмиттера резистора 9.

Из выражения (3) видно, что сумма токов коллектора транзисторов 5 и 6 постоянна.

50 Следовательно, ток коллектора транзистора 6 уменьшается ровно на столько, на сколько увеличился ток коллектора транзистора 5, и при максимальном положительном выходном напряжении усилителя

55 транзистор 6 вместе с дифференциальным каскадом 4 остаются открыты.

При изменении полярности входного напряжения с положительной на отрицательную ток коллектора транзисторов 5, 15

уменьшается, а ток коллекторов транзисторов 6. 16 увеличивается.

Выходной ток дифференциального каскада 4 и ток коллектора транзистора 6 начинают увеличиваться с некоторого, значения, близкого току покоя, что исключает временную задержку, связанную с их отпиранием, и приводит к увеличению максимальной скорости изменения полярности входного сигнала, усиливаемой без искажений (ступеньки).

Формула изобретения Двухтактный усилитель мощности, содержащий в каждом плече дифференциальный каскад, к выходу которого подключена база транзистора, коллектор которого соединен с первым выводом первого резистора, при этом инвертирующие входы дифференциальных каскадов обоих плеч через соответствующие источники смещения соединены и являются входом двухтактного усилителя мощности, точка соединения коллектора транзистора и первого вывода первого резистора соединена с неинвертирую- щим входом дифференциального каскада данного плеча, отличающийся тем,

что, с целью расширения частотного диапазона и увеличения максимальной выходной мощности при сохранении стабильности режима по постоянному току, эмиттер транзистора каждого плеча подключен через

введенный второй резистор к соответствующей шине питания, вторые выводы первых резисторов соединены с общей шиной, а в каждое плечо введены дополнительный транзистор той же структуры, что и транзистор данного плеча, эмиттер которого соединен с соответствующей шиной питания, коллектор является выходом плеча, при этом в каждом плече между базами транзистора и дополнительного транзистора введен дополнительный источник смещения, а между коллекторами - резистор обратной связи.