Усилительное устройство Советский патент 1980 года по МПК H03F3/34 

1

Изобретение относится к элементам системы автоматического управления и может использоваться при создании систем автоматического управления.

Известно усилительное устройство, содержащее усилитель мощности,охваченный отрицательной обратной связью по току и состоящий из последовательно соединенных операционного усилителя., предварительного и оконечного каскадов, подключенных к источнику питания со средней точкой 1 .

Однако известное усилительное устройство имеет низкую точность при изменении напряжения источника питания.

. Цель изобретения - повышение точности .при изменении напряжения источника питания.

Для этого в усилительном устройстве, содержащем усилитель мощности, охваченный отрицательной обратной связью по току и состоящий из последовательно соединенных операционного усилителя, предварительного и оконечного каскгодов, подключенных к источнику питания со средней точкой, параллельно источнику питания со средней точкой подключен делитель напряжения, выход которого непосредственно соединен с неинвертирующим входом оператдионного усилителя, а через последовательно включенный неинвертирующий операционный усилитель и

5 первый резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а между входом усилительного устройства и инвертирующим входом one-, рационного усилителя включены после0 довательно инвертирунвдий операционный усилитель и второй резистор.

На чертеже представлена принциписшьная электрическая схема предложенного устройства.

1в Усилительное устройство содержит усилитель мощности 1, охваченный отрицательной обратной связью по току и состоящий из операционного усилителя 2, предварительного 3 и оконечного 4 каскадов, делитель 5 напряжения, не.инвертирукший операционный усилитель 6, инвертирующий операционный усилитель 7, первый 8, второй 9, третий ilO, четвертый 11, пятый 12,

25 и шестой 13 резисторы, причем отрицательная обратная связь го току осуществлена с помощью резисторов 14 и 15, кроме того, предварительный каскад состоит из транзисторов 16 и

30 17 и трех резисторов 18 - 20, а гжонечный каскад состоит из транзисторов 21, 22 и резисторов 23, 24, диоды 25 26. Усилительное устройство работает следующим образом. Вход устройства через резистор 10 подключен к инвертирующему входу инвертирующего операционного усилителя 7, неинвертирующий вход.которого подк лючен к общей шине источника питания а в обратную связь инвертирующего оп рационного усилителя 7 включен резис тор 11. Инвертирующий вход операцион ного усилителя 2 подключен через резисторы 9 и 8 к выходам усилителей 7 и б соответственно. Инвертирукадий вход усилителя 6 подключен к общей шине источника питания через резисто 13, номинал которого равен номиналу резистора 12 в цепи 6братной связи этого усилителя. Средняя точка симметричного делителя 5 напряжения, включенного между отрицательной и положительной шинами источника питания, подключена к неинвертирующим вх дам усилителей 2 и 6. Выход усилителя 2 через резистор 20 подключен к эмиттерам транзисторов 16 и 17 различных типов проводимости, базы которых подключены к общей шине источника-питания. Коллекторы транзисторо 16 и 17 предварительного каскада 3 подключены к базам выходных транзисторов 21, 22 и резисторам 19,18, которые подключены к отрицательной и положительной шинам питания соответственно. Транзисторы 16 и 22 типам-р-л, а транзисторы 17 и 21 типа f -п-р Эмиттеры выходных транзисторов 21 и 22 оконечного каскада 4 подключены через резисторы 23 и 24 к отрицательной и положительной шинам источника питания соответственно и через резисторы 14 и 15 - к инвертир щему входу операционного усилителя 2 Коллекторы выходных транзисторов 21 и 22 подключены к нагрузке и к катоду диода 25 и к аноду диода 26. Анод диода 25 подключен к отрицательной шине источника питания, а катод диода 26 - к положительной шине источника питания. При отсутствии входного сигнала и равенства положительного и отрицательного напряжений питания/+ / /-€/, напряжение в средней точке делителя 5 равно нулю. Режим работы по постоя ному TOky транзисторов 16 ,17 21 и 22 выбран так, что они находятся на гра нице отпирания, и ток в нагрузку пра тически не поступает. При изменении напряжений источника питания -Hd вели чину t Д. Е от номинала ток в нагруз ке также не возникает, так как это изменение напряжений источника питания ±ЛЕ выделяется в средней точке делителя 5 и поступает на неинвертиругацие входы усилителей 2 и б. Напря жение на входе операционного усилите ля 2 ( в зависимости от полярности Е) закроет транзисторы 16, 21 или 17, 22 что приводит к тому, что ток в нагрузку не поступает , при этом на инвертирующем входе усилителя 2 появится напряжение ±ЛЕ , для компенсации которого инвертирующий вход усилителя 2 подключен через резистор-9 к ду инвертирукщего операционного усилителя 7, на вход которого подается входной сигнали , и через резистор 8 - к выходу неинвертирунтцего операционного усилителя 6, выходным сигН-1ЛОМ которого является напряжение 12д При входных сигналах, лежащих в пределах линейной зоны всех усилителей, в усилителе мощности 1 работает только одна пара транзисторов (16,21 либо 17,22), что существенно снижает потребляемую мощность. Для нейтрализации действия обратной ЭДС при резкой смене входного сигнала включены диоды 25 и 26. Рассмотрим подробно процессы, происходящие в предложенном усилительном устройстве при появлении разности значениями напряжений i Е при Ugy 0. Для определенности предположим, что напряжение получило приращение -(-Л.Е при том, что величина Е оставалась без изменения. Если бы в устройстве отсутствовали неинвертирующий операционный усилитель 6 и делитель 5, а неинвертируЕОЩий вход операционного усилителя 2 был бы подключен к общей шине источника питания, то напряжение на , эмиттере транзистора 22 сохранило бы первоначальное значение +Е , а приращение дЕ оказалось бы приложенным к резистору 24 вследствие того, что в этом случае оказываются открытыми транзисторы 17 и 22 и ток поступает в нагрузку. Транзисторы 16 и 21 продолжают оставаться закрытыми. Введение делителя 5, средняя точка которого подключена к неинвертирукхцему входу операционного усилителя 2 (в отсутствие неинвертирующего операционного усилителя 6) приводит к тому, что между выходом инвертирующего операционного усилителя 7 и инвертирующим входом операционного усилителя 2. возникает разность потенциалов t 4р . Это должно привести к открыванию транзисторов 16 и 21 и изменению потенциала эмиттера транзистора 21, что равнос льно появлению в нагрузке .тока. Введение в схему неинвертиругацего операционного усилителя 6, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя 5, приводит к следующему: при равенстве резисторов 13 и 12 напряжение на его выходе равно /Е , При равенстве резисторов 9 и 8 токи с выходов усилителей 7 и 6 равны по величине я противоположны по направлению, вследствие чего результируюдий входной ток операционного усилителя 2 оказывается равным нулю, а транзисторы 16, 21 и 17, 22 остаются закрытыми, ток в нагрузку не поступает. Усилительное устройство аналогично работает при любых других относительных изменени напряжений питания. Выходная часть усилителя мощности 1 на транзисторах 16, 17, 21 и 22 может работать как в классе АВ, так и в классе В пр том, что по отношению к нагрузке уси литель в целом работает совершенно линейно, как усилитель класса А за счет большого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя 2. Известно, что работа усилителя в режиме класса В характеризуется на личием существенных нелинейных иска жений, режим класса АВ не избавляет от них полностью и вместе с тем связан с опасностью протекания сквозных токов через выходные каскады усилите ля при отсутствии входного сигнала. Использование новых элементов в предложенном усилительном устройстве позволяет при изменении напряжений питания от номинала наДЕ 10% изменять выходной ток не более чем на 0 Формула изобретения Усилительное устройство, содержащее усилитель мощности, охваченный отрицательной обратной связью по току и состоящий из последовательно соединенных операционного усилителя, предварительного и оконечного каскадов, подключенных к источнику питания со средней точкой, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности при изменении напряжения источника питания, параллельно источнику питания со средней точкой подключен делитель напряжения, выход которого непосредственно соединен с иеинверти- рукадим входом операционного усилителя, а через последовательно включенный неинвертируиций операционный усилитель и первый резистор подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а между входом усилительного устройстьа и инвертирующим входом операционного усилителя включены последовательно инвертируиций операционный усилитель и второй резистор. Источники информации , принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3.469.202, кп. 330-28, опублик, 1969.