Усилитель класса "д Советский патент 1981 года по МПК H03F3/26 H03F3/20 

(54) УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д

1

Изобретение относится к автоматике и радиотехнике и предназначено для использования в радиотехнических устройствах средней и большой мощности, например в гидроакустических усилителях мощности, громкоговорящих установках и т. д.

Известны усилители мощности, выполненные по мостовой схеме с основными и дополнительными транзисторами, связанными с выходным трансформатором 1..

Однако в такой схеме в случае наличия фазового сдвига между напряжениями на нагрузке и возбуждением основных транзисторов нарущается синхронность включения основных и дополнительных транзисторов, что приводит к росту искажений, увеличению потерь и создает опасность выхода усилителя из строя за счет появления тока через верхние и нижние транзисторы одного плеча.

Наиболее близким к предлагаемому тех-, ническому рещению является усилитель класса Д, выполненный по мостовой схеме и содержащий в двух смежных плечах соединенные эмиттерами основные транзисторы, а в двух других смежных плечах - дополнительные транзисторы, причем коллекторы

основных транзисторов через диоды, а коллекторы дополнительных транзисторов непосредственно подключены к щине питания, коллекторы основных транзисторов соединены через дроссели с первичной обмоткой выходного трансформатора, а базы основных транзисторов подключены к щиротно-импульсному модулятору, связанному с источником усиливаемого сигнала 2.

Для работы этого усилителя необходим достаточно мощный источник усиливаемого сигнала и, следовательно, коэффициент усиления по мощности снижается.

Цель изобретения - повыщение коэффициента усиления по мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в усилителе эмиттер каждого дополнительного транзистора подклк чен к соответствующему отводу первичной обмотки выходного трансформатора, база этого транзистора через резистор подключена к концу первичной обмотки выходного трансформатора и через двухполупериодный выпрямитель - к концам дополнительной обмотки дросселя, связанного с основным транзистором противоположного плеча, а средняя точка дополнительной обмотки дросселя подключена к эмиттеру того же дополнительного транзистора.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема усилителя класса Д; на фиг. 2 - то же, при бестрансформаторном включении нагрузки.

Усилитель (фиг. 1) содержит основные транзисторы 1 и 2 в нижних плечах мостовой схемы, соединенные с дополнительными транзисторами 3 и 4 в верхних плечах через дроссели 5 и 6. Базы транзисторов 1 и 2 соединены с широтно-импульсным модулятором 7, связанным с источником 8 усиливаемого сигнала. Коллекторы транзисторов

1и 2 - через диоды 9 и 10, а коллекторы транзисторов 3 и 4 непосредственно соединены с шиной питания источника 11. Концы дросселей 5 и 6 подключены к концам первичной обмотки выходного трансформатора 12, во вторичную обмотку которого включена нагрузка 13. Дополнительные обмотки 14 и 15 дросселей 5 и 6 концами соединены с двухполупериодными выпрямителями, выполненными на диодах 16-19. Средние точки обмоток 14 и 15 соединены с эмиттерами транзисторов 3 и 4, а базы этих транзисторов подключены к параллельно соединенным катодам диодов 16 и 17 и 18 и 19. Эмиттеры транзисторов 3 и 4 подключены к отводам 20 и 21 первичной обмотки выходного трансформатора 12, а их базы через резисторы 22. и 23 соединены с концами первичной обмотки выходного трансформатора 12.

В бестрансформаторном варианте усилителя (фиг. 2) в цепь нагрузки 13, зашунтированной конденсатором, последовательно с ней включены обмотки дополнительных автотрансформаторов 24 и 25, к средним точкам которых подсоединены дроссели 5 и 6 и эмиттеры транзисторов 3 и 4, а к свободным концам через резисторы 22 и 23 - базы транзисторов 3 и 4.

Усилитель работает следующим образом.

При усилении различных полупериодов сигнала низкой частоты поочередно открываются транзисторы верхних и нижних плеч разных диагоналей моста, например 1 и 4,

2и 3. На транзисторы I и 2 с широтно-импульсного модулятора 7 поступают последовательности импульсов, соответственно во время положительного и отрицательного полупериодов усиливаемого сигнала.

Например, при поступлении отпирающего импульса на базу транзистора 1 последний чотпирается, вызывая перепад напряжения на дросселе 5. Этот перепад трансформируется во вторичной обмотке 14 дросселя и через один из диодов, например 16 отпирает транзистор 4. При этом создается путь для усиливаемой полуволны тока через первичную обмотку выходного трансформатора 12 и, следовательно, нагрузку 13. После окончания импульса, отпирающего транзистор 1, и его выключения на дросселе 5 возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна полярности напряжения на дросселе 5 во время проводимости транзистора 1. В этом случае ток дросселя замыкается на щину источника 11 питания через диод 9, а напряжение вторичной обмотки 14 дросселя 5 через диод 17 поступает, как отпирающее, на базу транзистора 4, который продолжает проводить ток. Таким образом, этот транзистор 4 поддерживается во включенном состоянии во время пауз в работе транзистора 1. Так как в мостовой схеме во время работы транзисторов 1 и 4 одной

диагонали на транзистор 2 отпирающие импульсы не поступают, то транзисторы 2 и 3 не включаются. Кроме того, при прохождении тока в этот полупериод через первичную обмотку выходного трансформатора 12 в направлении от транзистора 4 к транзистору 1 на части 21 обмотки трансформатора образуется запирающее транзистор напряжение. Одновременно ток первичной обмотки выходного трансформатора 12 за счет самоиндукции создает на части 21 обмотки напряжение, способствующее отпиранию транзистора 4, причем амплитуда этого напряжения пропорциональна амплитуде выходного тока. Отпирающее транзистор 4 напряжение (его среднее значение) с двухполупериодного выпрямителя (диоды 16

и 17) сильно зависят от скважности импульсов отпирающих транзистор 1 и имеет минимум при максимальной длительности открытого состояния транзистора. В начале каждо го из полупериодов, когда ток нагрузки мал, насыщение верхних плеч транзисторов обеспечивается за счет двухполупериодных выпрямителей.

В предлагаемой схеме нет необходимости усиления сигнала низкой частоты до уровня мощности, обеспечивающего устойчивое

насыщение дополнительных транзисторов, т. е. значительно возрастает коэффициент усиления по мощности.

Формула изобретения

Усилитель класса Д, выполненный по мостовой схеме и содержащий в двух смежных плечах соединенные эмиттерами основные транзисторы, а в двух других смежных

плечах - дополнительные транзисторы, причем коллекторы основных транзисторов - через диоды, а коллекторы дополнительных транзисторов - непосредственно подключены к щине питания, коллекторы основных транзисторов через дроссели соединены с

первичной обмоткой выходного трансформатора, а базы основных транзисторов подключены к щиротно-импульсному модулятору, связанному с источником усиливаемого

сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления по мощности, в нем эмиттер каждого дополнительного транзистора подключен к соответствующему отводу первичной обмотки выходного трансформатора, база этого транзистора через резистор подключена к концу первичной обмотки выходного трансформатора и через двухполупериодный выпрямитель - к концам дополнительной обмотки дросселя, связанного с основным транзистором проти А

воположного плеча, а средняя точка дополнительной обмотки дросселя подключена к эмиттеру того же дополнительного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 359739, кл. Н 03 F 3/20, 26.04.71 (прототип).

Фиг. -5 Л

(PU2. 5