Выходной каскад усилителя с защитой от короткого замыкания нагрузки Советский патент 1982 года по МПК H03F1/52 H02H7/20 

(54) ВЫХОДНОЙ КАСКАД УСИЛИТЕЛЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ КОРОТКОГО Изобретение относится к радиотехнике:, и может использоваться в операционных усилителях (ОУ), а также в усилителях мощности для обеспечения работоспособности схем после короткого замыкания. Известен выходной каскад усилителя с защитой от короткого замыкания нагрузки, содержащий два входных эмиттерных повторителя на транзисторах разного типа проводимости выходной двухтактный, каскад на транзисторах разного типа проводимости, включенных .по схеме с общим коллектором, база каждого из которых соединена с эмиттером соответствующего входного эмиттерного повторителя, и два транзистора защиты разного типа проводимости, каждый из которых включен параллельно базо-эмиттерному переходу трайзистора того же типа проводимости выходного двухтактного каскада 1. Однако известное устройство имеет увеличен ное потребление тока в режиме короткого замыкания. ЗАМЫКАНИЯ НАГРУЗКИ Цель изобретения - увеличение коэффициента полезного действия (КПД) за счет уменьшения мощности . Для этого в выходном каскаде усилителя с защитой от короткого замыкания нагрузки, содержащем два входных эмиттерных повторителя на транзисторах разного типа проводимости, выходной двухтактный каскад на транзисторах разного типа проводимости, включенных по схеме с общим ко.ллектором, база каждого из которых соединена с эмиттером соответствующего входного эмиттерного повторителя, и два транзистора- защиты разного типа проводимости, каждый из которых включен параллельно базо-эмиттерному переходу транзистора того же типа проводимости выходного двухтактного каскада, база каждого транзистора защиты соединена через токоограничивающий резистор с базой транзистора противоположного плеча выходного двухтактного каскада.. На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предложенного устр 1Йства. 39 Устройство содержит два входных эмиттерных повторителя на транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости, выходной двухтактный каскад на транзисторах 3 и 4 разного ти па проводимости, транзисторы 5 и 6 защиты, резисторы 7 и 8 в цепях эмиттеров транзисторов 2 и 1, токоограничивающие резисторы 9 и 10. Устройство работает следующим образом. В условиях отсутствия короткого замыкания на выходе транзисторы 5 и 6 защиты заперты падением напряжения на переходах пар транзисторов 1 и 2. Поскольку выходной .каскад представляет собой составной повторитель напряжения, име ющий два параллельных канала для передачи положительных и отрицательных сигналов, то при отсутствии короткого замыкания он работает в режиме повторителя напряжения. Общий уровень напряжения открывания транзист ров 5 и 6 защиты с учетом их собственного напряжения открыв ания переходов эмиттербаза будет составлять 1,4В. Отсутствие токоограннчивающих резисторов в эмиттерах пары выходных транзисторов 3 и 4, а также введение дополнительного уровня напряжения откры Эания транзисторов 5 и 6 защиты позволяет повысить верхний уровень амплитуд передаваемых на нагрузку сигналов, так как деления сигнала между токоограничивающим резистором и сопротивлением нагрузки не происходит, а уровень напряжения открывания транзисторов 5 и 6 защиты 1,4В надежно обеспечивает их запертое состояние в щироком диапазоне изменения сопротивлений нагрузки. Кроме того, отсутствие токоограничивающих резисторов в эмиттерах выходных транзисторов 3 и 4 позволяет задать в них .стационарный ток практически равный стационар ному току, протекающему через входные тран зисторы 3 и 4, что уменьшает уровень нелинейных искажений при передаче малых сигналов также в широком диапазоне изменения сопротивлений нагрузки. Тем самым обеспевдвается увеличение динамического диапазона передачи сигналов. При коротком замыкании выхода каскада на землю рвется обратная связь. Напряжение смещения или присутствующий входной сиг-. НШ1 усиливаются операционным усилителем 11 При этом в зависимости от полярности открываются транзисторы 5 или 6 защиты. Рассмотрим случай защиты при положительном сигнале, работа каскада при отрицательном сигнале будет аналогичной. При действийпол ожительно го сигаала открывается транзистор 5, который своим коллекторным током закрывает транзистор 1 и насыщается. Ток коллектора транзистора 5 в режиме насыщекия практически равен току через режимное сопротивление резистора 8, ток базы транзистора 5 ограничен токоограничивающим резистором 9 и составляет небольшую величину, определяемую исходя из условий насыщения транзистора 5 как: где |3 - величина усиления по току транзистора 5; RS - величина сопротивления резисто ра 8; ЕПИТ величина напряжения источника питания. ЕПИТ практически равно стационарному RQ току через транзистор 1. При типовых значениях этого тока 2-3 мА и 0 20-30 ток базы может быть ограничен значением 0,2-0,3 мА. Так как в режиме насыщения напряжение коллектор-эмиттер транзистора 5 становится существенно меньшим напряжения открытого перехода эмиттер-база выходного транзистора 3, то транзистор 3 закрывается. Одновременно закрывается и выходной транзистор 4, так как на его базу действует положительный выходной сигнал операционного усилителя 11Таким образом, в режиме короткого замыкания пара выходных транзисторов 3 и 4 и транзистор 1 закрыт, а ток транзистора 2 увеличивается на малую величину, что приводит не к увеличению, а к уменьщению потребления тока от источников питания. В целях устранения пробоя переходов эмиттер-база закрытых транзисторов изменение потенциала на переходах может быть ограничено любым известным способом, например Диодными ограничителями на выходе операционного усилителя 11. выходной каскад был использован в гибридной схеме быстрого операционного усилителя и позволил получить на нагрузке 500 м напряжения сигнала 6В без практического увеличения тока потребления схемы при коротком замыкании выхода на землю по сравнению со стационарным током потребления. Ф.ормула изобретения Выходной каскад усилителя с защитой от короткого замыкания нагрузки, содержащий два входных эмиттерных повторителя на транзисторах разного типа проводимости, выходной двухтактный каскад на транзисторах разного типа проводимости, включенный по схеме с общим коллектором, база каждого из которых соединена с эмиттером соответствующего входного эмиттерного повторителя, и два транзистора защиты разного типа проводимости, каждый из которых включен параллельно базоэмиттерному переходу транзистора того же типа проводимости выходного двухтактного каскада, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД за счет уменьшения

мощности потерь, база каждого транзистора защиты соединена через токоограшгшвающий резистор с базой транзистора противоположного плеча выходного двухтактного каскада.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. ALTA FREQVENZA, vol. XI, 1973, N 11, p. 617 (прототип).