Усилитель мощности Советский патент 1983 года по МПК H03F3/20 H03F3/26 

(5) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к усилению и генерированию электрических колебаний и может быть использовано в различных усилительных и генераторных системах для усиления и генерирования электрических колебаний.

i Известен усилитель мощности, соде|3жащий двухтактный выходной каскад, в который включен токовый резистор, шунтированный диодом, ис.Точник смещения, соединенный с двухтактным выходным каскадом, источник опорного напряжения, детектор, состоящий из последовательно соединенных диода и конденсатора, шунтированного резистором, и дефференциальный усилитель, один вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вход с выходом детектора, а выход - с входом управления источника смещения, причем вход детектора соединен с токовым резистором tl.

В данном усилителе автоматически поддерживается Ьостоянным ток через р-п-р-транзистор при максимально открытом п-р-п-транзисторе. Регулировка тока производится путем автоматического изменения напряжения смещения на базах транзисторов. Од;нако ток покоя выходного каскада, от которого зависят уровень нелинейных искажений, коэффициент полезного действия и тепловой режим усилителя, зависит от амплитуды входного сигнала и растет с ростом последнего и от напряжения источника питания, что не позволяет питать его от нестабилизированного источника питания. Все вышеуказанные недостатки приводят к невысокой стабильности работы указанного усилителя в целом.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности усилитель мощности, содержащий двухтактный усилительный каскад на транзисторах раз398иого типа проводимости с двумя датчиками тока, точка соединения которых является выходом усилителя мощности, блок выделения ошибки, источник опорного напряжения и первый управляемый источник базового смещения, включенный между одной из шин источника питания и базой транзистора первого плеча двухтактного усилительного каскада 2. Однако стабилизация тока покоя в полной мере известными устройствами невозможна, так как информация о величине тока покоя усилителя считывается в моменты времени, когда сигнал проходит через ноль. Кроме того, величина тока покоя усилителя зависит от крутизны фронтов усиливае мого сигнала и тока нагрузки усилите ля и снижается с ростом последнего. Рост тока нагрузки приводит к возрас танию пульсаций тока покоя, что приводит Кросту нелинейных искажений. Цель изобретения - снижение нелинейных искажений путем стабилизации тока покоя.- . Поставленная цель достигается тем что в усилителе мощности транзисторы двухтактного усилительного каскада включены по схеме с общим коллектором, а также введены операционный усилитель, входы которого соединены с эмиттерами транзисторов двухтактного усилительного каскада, между выходом операционного усилителя и общей шиной последовательно соединенные конденсатор и обратносмещенный диод инвертор, включенный между выходом блока выделения ошибки и входом первого управляемого истомНИка базового смещения второй управ .ляемый источник базового смещения, расположенный между базой транзисто ра второго плеча двухтактного усили тельного каскада и другой шиной источника питания при этом вход второго управляемого источника базового смещения соединен с выходом блок выделения ошибки, первый вход которого подключен к точке соединения конденсатора и обратносмещенного ди да, второй - к выходу операционного усилителя, а источник опорного на пряжения включен между,общей шиной и третьим входом блока выделения ошибки, который содержит операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, не инвертирующий вход которого соединен через другой конденсатор с общей иной и через резистор с первым входом блока выделения ошибки, а инвертирующий вход через два других резистора - соответственно со вторым и третьим входами блока выделения ошибки. . На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого ycилиfeля мощности. Усилитель мощности содержит двухтактный усилительный каскад 1, датчики 2 и 3 тока, первый и второй 5 управляемые источники базового смещения, операционный усилитель 6, конденсатор 7 диод 8, блок 9 выделения ошибки, источник 10 опорного напряжения и инвертор 11. Предлагаемый усилитель мощности работает следующим образом. Ток покоя двухтактного (выходного) каскада 1, определяемый током первого k и второго 5 управляемых источ НИКОВ базового-смещения при отсутствии сигнала создает на датчиках 2 и 3 тока падение напряжения Uj, которое является входным сигналом операционного усилителя 6. При прохождении через двухтактный .(выходной) каскад 1 сигнала переменного тока, когда ток в нагрузке значительно превышает ток покоя, паденне напряжения и его форма на Датчиках 2 и 3 тока значительно изменяются. При различных токах нагрузки сигнал выделяется операционным усилителем 6. В точке соединения конденсатора 7 и диода 8 сигнал отличается от выходного сигнала операционного усилителя б отсутствием уровня Uf,, На первый вход блока 9 выделения ошибки поступает сигнал с точ1ки соединения конденсатора 7 и диода 8, а на второй вход блока 9 - сигнал с выхода операционного усилителя 6. Третий вход блока 9 соединен с источником 10 опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности Ufc В блоке 9 выделения ошибки происходит вычитание сигналов, поступающих на его первый и второй входы. При этом результирующий сигнал оказывается равным падению напряжения на датчиках 2 и 3 тока при отсутствии переменного сигнала, которое пропорционально току покоя.

5987789

На выходе блока 9.выделения ошибки образуется сигнал рассогласования между опорным напряжением и напряжением тока покоя Uf, который поступает на вход второго управляемого источника 5 базового смещения и -через инвертор 11 на вход первого управляемого источника Л баз0вог6 смещения. Полярность подключения диода 8 к общему проводу должна быть про- 0 тивоположна полярности выходного си нала операционного усилителя 6. Если напряжение U по абсолютной величине меньше опорного напряжения поступающего с источника 10 опорного напряжения, то сигнал рассогласования вследствие высокого коэффициента передачи блока 9 выделения ошибки велик, что приводит к увеличению выходного тока управляемых источников 4 и 5 базового смещения, а следовательно, и тока покоя двухтактного (выходного) каскада 1. Если напряжение Up по абсолютной величине больше опорного напряжения поступающего с источника 10 опорного напряжения, устройство работает аналогично, с той лишь разницей, чт напряжение рассогласования на выходе блока 9 выделения ошибки и инвер тора 11 меняет свой знак на противоположный, что приводит к уменьшению выходного тока управляемых исто ников k и S базового смещения, а.со ответственно, и тока покоя двухтактного (выходного) каскада 1. Вследствие высокого коэффициента передачи блока 9 выделения ошибки напряжение Uf, оказывается практически равным опорному, так как коэф фициент передачи операционного усилителя 6 является величиной постоян ной, то и ток покоя также остается постоянным независимо от выходного сигнала усилителя мощности, темпера туры окружающей среды и других факторов. Введение в усилитель мощности оп рационного усилителя, инвертора, конденсатора и диода позволяет значительно повысить стабильность рабо ты усилителя мощности, так как при этом ток покоя выходного каскада усилителя мощности практически не зависит от температуры окружающей среды, напряжения питания и других факторов, таких как нестабильность характеристик элементов выходного

каскада и цепей смещения усилителя.

Стабилизация тока покоя приводит

к стабилизации коэффициента нелинейных искажений усилителя мощности, а также позволяет выбирать величину тока покоя, при которой наблюдаются минимальные нелинейные искажения усилителя. Это позволяет предлагаемому усилителю мощности найти эффективное применение в усилительных и генераторных системах для усиления и генерирования электрических колебаний. Формула изобретения Усилитель мощности, содержащий двухтактный усилительный каскад на транзисторах разного типа проводимости с двумя- датчиками тока, точка соединения которых является выходом усилителя мощности, блок выделения ошибки, источник опорного напряжения, первый управляемый источник базового смещения, включенный одной из шин источника питания и базой транзистора первого плеча двухтактного усилительного каскада, о тл и чающийся тем, что, с целью снижения нелинейных искажений путем стабилизации тока покоя, транзисторы двухтактного усилительного каскада включены по схеме с общим коллектором, а также введены операионный усилитель, входы которого соединены с эмиттерами транзисторов двухтактного усилительного каскада, между выходом операционного усилителя и общей шиной последовательно соединенные конденсатор и обратносмещенный диод, между выходом блока выделения ошибки и входом первого управляемого источника базового смещения инвертор, между базой транзистора второго плеча двухтактного усилительного каскада и другой шиной источника питания второй управляемый источник базового смещения, вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки, при этом первый вход блока выделения ошибки подключен к точке соединения конденсатора и обратносмещенного диода, второй к выходу операционного Усилителя, а источник опорного напряжения включен между общей шиной и третьим входом блока выделения ошибки. ,

2, Усилитель мощности по п. 1, тлич.ающийся тем, что

блок : выделения ошибки содержит операционный усилитель с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи неинвертирующий вход которого соединен через другой конденсатор с общей.шиной и через резистор с первым входом блока выделения ошибки, а инвертирукиций вход через два других

резистора - соответственно с вторым и третьим входами блока выделения ошибки

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Англии № , кл. Н 3 Т, опублик. 03.03.71.

2.Авторское свидетельство СССР № 663073, кл. Н 03 F 3/26, 15.05.79 (прототип).