Усилитель класса Д Советский патент 1982 года по МПК H03F3/217 

(54) УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА Д

1

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может быть использовано в усилительных устройствах средней и большой мощности, например в гидроакустических усилителях мош,ности, громкоговорящих установках и других устройствах 5 подобного назначения.

Известен усилитель класса Д, содержащий транзисторы, включенные по мостовой схеме, в диагональ которой последовательно включены дроссель и нагрузка, шунтирован- Q ная конденсатором, причем транзисторы верхних плеч моста шунтированы встречно включенными диодами, их базы соединены с источником усиливаемого сигнала, а базы транзисторов чижних плеч соединены с широтно-импульсным модулятором I.15

Недостатком усилителя является наличие сквозных токов через непосредственно соединенные транзисторы верхних и нижних плеч.

Наиболее близким техническим решением jo к предлагаемому является усилитель класса Д, содержащий транзисторы, включенные по мостовой схеме, эмиттеры транзисторов подключены к соответствующим шинам источника питания, а коллекторы соединены

между собой через дроссели, между коллекторами транзисторов верхних плеч моста включена нагрузка, коллекторы транзисторов нижних плеч моста соединены с эмиттерами транзисторов верхних плеч моста через диоды, включенные в обратном направлении, базы транзисторов нижних плеч моста соединены с источником ШИМ сигнала, а базы транзисторов верхних плеч моста соединены с источником усиливаемого сигнала 2.

Недостатком известного усилителя является низкий коэффициент усиления по мощности, что обусловлено наличием достаточно мощного источника усиливаемого сигнала, необходимого для возбуждения транзисторов верхних плеч моста. В то же время формирование сигнала с широтноимпульсной модуляцией не требует мощного источника усиливаемого сигнала и может быть осуществлено на малом уровне мощности с последующим ключевым усилением для возбуждения транзисторов нижних плеч моста.

Цель изобретения - повышение коэффициента усиления по мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в усилителе класса Д, содержащем транзисторы, включенные по мостовой схеме, эмиттеры транзисторов подключены к соответствующим шинам источника питания, а коллекторы соединены между собой через дроссели, между коллекторами транзисторов верхних плеч моста включена нагрузка, коллекторы транзисторов нижних плеч моста соединены с эмиттерами транзисторов верхних плеч моста через диоды, включенные в обратном направлении, базы транзисторов нижних плеч моста соединены с источником ШИМ сигнала, коллектор каждого транзистора нижнего плеча моста соединен с базой транзистора противоположного плеча через параллельно соединенные цепочки, одна из которых интегрирующая, а другая дифференцирующая с последовательно соединенным диодом.

Такой усилитель позволяет повысить коэффициент усиления по мощности, так как возбуждение транзисторов верхних плеч осуществляется через интегрирующие и дифференцирующие цепи от источника ШИМ сигнала и тем самым отпадает необходимость в мощном источнике усиливаемого сигнала.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема усилителя класса Д.

Усилитель класса Д содержит транзисторы 1-4, включенные по мостовой схеме. Между коллекторами транзисторов верхних и нижних плеч включены дроссели 5 и 6. Коллекторы транзисторов 1 и 2 соединены соответственно с эмиттерами транзисторов 3 и 4 через обратно включенные диоды 7 и 8. Нагрузка 9 включена между коллекторами транзисторов 3 и 4. Базы транзисторов 1 и 2 соединены с источником 10 ШИМ сигнала. Коллектор транзистора 2 соединен с базой транзистора 3 через параллельно соединенные цепочки, одна из которых интегрирующая 11, а другая дифференцирующая 12 с последовательно соединенным диодом 13. Коллектор транзистора 1 соединен с базой транзистора 4 через параллельно соединенные цепи, одна из которых интегрирующая 14, а другая дифференцирующая 15 с последовательно соединенным диодом 16. Шины источника 17 питания соединены с соответствующими эмиттерами транзисторов 1-4.

Усилитель работает следующим образом.

На базу транзистора 1 поступает последовательность щиротно-модулированных импульсов в один полупериод усиливаемого сигнала, а на базу транзистора 2 - в другой полупериод. Рассмотрим работу усилителя на примере усиления одной полуволны сигнала, поскольку усиление другой полуволны происходит аналогично.

При поступлении отпирающего импульса одной последовательности на базу транзистора 1 последний открывается, что вызывает перепад напряжения на входе интегрирующей и дифференцируюЁдей цепей 14 и 15, приводящий к отпиранию транзистора 4 Тем самым через нагрузку 9 транзисторы 1, 4 и дроссель 5 начинает протекать ток.

После окончания отпирающего импульса на базе транзистора 1 последний закрывается. При этом диод 16 предотвращает запирание транзистора 4 импульсом дифференцирующей цепи 15, а наличие интегрирующей цепи 14 обусловливает поддержание открытого состояния транзистора 4 до прихода следующего отпирающего импульса той же последовательности на базу транзистора 1 и, следовательно, протекание тока через нагрузку 9, а также дроссель 5, транзистор 4 и диод 7.

После прихода следующего отпирающего импульса последовательности на базу транзистора 1 процесс повторяется. Транзисторы 2 и 3 во время поступления импульсов на транзистор 1 закрыты и не оказывают влияние на протекание процесса.

Сравнительные испытания предлагаемого усилителя с известным показали, что коэффициент усиления по мощности у предлагаемого усилителя примерно на 40 дБ больще, чем у известного.

Формула изобретения

Усилитель класса Д, содержащий транзисторы, включенные по мостовой схеме, эмиттеры транзисторов подключены к соответствующим шинам источника питания, а коллекторы соединены между собой через дроссели, между коллекторами транзисторов верхних плеч моста включена нагрузка, коллекторы транзисторов нижних плеч моста соединены с эмиттерами транзисторов верхних плеч моста через диоды, включенные в обратном направлении, базы транзисторов нижних плеч моста соединены с источником ШИМ сигнала, отличающийся тем, что, с целью поБыщения коэффициента усиления по мощности, коллектор каждого транзистора нижнего плеча моста соединен с базой транзистора противоположного плеча через параллельно соединенные цепочки, одна из которых интегрирующая, а другая дифференцирующая с последовательно соединенным диодом.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

№ 359739, кл. Н 03 F 1/06, 1971 (прототип).