Усилитель мощности с защитой Советский патент 1983 года по МПК H03F1/52 

изобретение относится к радиотех- нике и может ис пользоваться в транзисторных усилителях большой мощности.

Известен двухтактный усилитель мощности на транзисторах со схемой защиты,основанной на принципе ограни-чения тока выходных транзисторов при коротком замыкании в цепи нагрузки 1.

Недостатком этого усилителя является большая мощность рассеивания на выходных транзисторах при коротком замыкании в цепи нагрузки, что приводит к перегреву выходных транзисторов и выходу их из строя.

Наиболее близким к предлагаемому является усилитель мощности с защитой, содержащий последовательно соединенные входной каскад, предвыходной двухтактный каскад, выполненный на транзисторах разного типа проводимости , включенных по схеме с об1дам эмиттером, с.цепью смещения, включенной между коллекторами этих транзисторов, в каждом плече которого кол лектор транзистора через первый резистор соединен с ба.зой первого транзистора выходного двухтактного каскада, включенного по схеме с общим коллектором, эмиттер которого через

второй резистор подключен к точке соединения одного вывода датчика тока, другойвывод которого подключен

с к выходу усилителя мощности с защитой, эмиттера второго транзистора Выходного двухтактного каскаща, вклю енногр по схеме с общим .коллектором,и одним выводом третьего резистора, той вывод которого подключен к точке соединения последовательной резистивно-диодной цепочки, соединенной с общей шиной, и базы ключевого транзистора защиты, коллектор которого через прямосмещенный диод соединен

5 с базой первого транзистора выходного двухтактного каскада, а эмиттер с выходом усилителя мощности с , при этом тип проводимости первого, второготранзисторов и ключевого

20 транзистора защиты одного плеча выходного двухтактного каскада противоположен типу проводимости тех же транзисторов другого п.еча выходного двухтактного каскада 12,

25

Недостатком такого усилителя мощности о защитой является то,что несмотря на уменьшение в некоторой сте-пени мощности рассеивания на выходных транзисторах за счет наличия ре30зи ст и в но -диодных цепочек в ц1епях управления ключей и точности.настройки чувствительности схемы эай1иты регули ровочными потенциометрами, ограничивающийся ток выходных транзисторов при коротком замыкании в цепи,нагруз ки все же достигает значительных величин, и в мощных выходных каскадах при больших питающих напряжениях ассеиваемая мощность на выходных транзисторах оказывается больше предельно допустимой. Транзисторы при этом разогреваются и выходят из стро Цель изобретения - уменьшение мощности ра.ссеивания на транзисторах выходного двухтактного каскада при коротком замыкании в цепи нагрузки. Поставленная цель достигается тем что в усилителе мощности с защитой цепь смещения выполнена на двух последовательно соединенных транзистс pax разного типа проводимости,эмиттеры которых объединены, а между базами включен резистор, причем в каждом плече выходного двухтактного каскада база ключевого транзистора защиты через первый дополнительный резистор соединена с коллектором транзистора предвыходного двухтактного каскада, эмиттер первого транзистора выходного двухтактного каскада через второй дополнительный резистор соединен с базой транзистора цепи смещения, тип проводимости кото рого, соответствует типу проводимости транзисторов плеча вькодного двухтактного каскада, а между базой второго и эмиттером первого транзисторов выходного двухтактного каскада включен третий дополнительный резистор. На чертеже представлена электрическая принципиальная схема усилителя мощности с защитой. Усилитель мощности с защитой .содержит последовательно соединенные входной каскад 1, предвыходной двухтактный каскад, каждое плечо которого содержит транзистор 2, коллектор . которого через первый резистор 3 соединен с базой первого транзистора 4 выходного двухтактного каскада, эмиттер которого через второй резистор 5 подключен к точке соединения одного вывода датчика 6 токи, другой вывод которого подключен к выходу усилителя мощности с защитой,эмиттера второго транзистора 7 выходного двухтактного каскада и одним выводом третьего резистора 8, другой вывод которого подключен к точке соединени последовательной резист1 вно-диодной цепочки 9, соединенной с общей шиной и базы ключевого транзистора 10 защиты,коллектор которого через прямосмещенный диод 11 соединен с базой первого транзистора 4, а эмиттер - с выходом усилителя мощности с защитой при этом между коллекторами транзисторов 2 предвыходного двухтактного каскада включена цепь смещения, выполненная на двух транзисторах 12 и 13, эмиттеры которых объединены, а между базами включен резистор 14, причем в каждом плече выходного двухтактного каскада база ключевого транзистора 10 защиты через первый дополнительный резистор 15 соединена с коллектором транзистора 2 предвыходного двухтактного каскада, эмиттер первого транзистора 4 выходного двухтактного каскада через второй дополнительный резистор 16 связан с базой транзистора цепи смещения, тип проводимости которого соответствует типу проводимости транзисторов плеча выходного двухтактного каскада, а . между базой второго 7 и эмиттером первого 4 транзисторов выходного двухтактного каскада включен третий дополнительный резистор 17. Усилитель мощности с защитой работает следующим образом. В нормальном режиме, когда КНОГР номинольни соотношение резисторов 8 и 15 и резистора цепочки 9 подобрано тайим образом, что потенциал на базах ключевых транзисторов 10 защиты во всем диапазоне входного рабочего сигнала не достигает порога их открывания, усилитель мощности с защитой выдает на нагрузке полную выходную мощность и через транзисторы 4 и 7 выходного двухтактного каскада протекает рабочий ток. Ток покоя транзисторов 4 и -7 выходного двухтактного каскада выставляется при регулировании резисторами 16 и 14.Транзисторы 12 и 13 задают смещение для транзисторов 4. Они же за счет обратной связи (резисторов 16) являются стабилизирующим элементом тока покоя транзисторов выходного двухтактного каскада. При коротком замыкании нагрузки и определенной величине и полярности входного сигнала в начальный момент происходит резкое увеличение тока транзистора 7, кц чевой транзистор 10 защиты приоткрывается за счет этого тока, т.е. за счет падения напряжения на датчике б тока и дальнейшее увеличение тока транзистора 7 должно было бы прекратиться за счет ограничения входного напряжения на транзисторах 4. Так как база транзистора 12 (13) подключена к эмиттеру транзистора 4 через резистор 16 отрицательной обратной связи, а потенциал на эмиттере транзистора 4 больше не растет, то транзистор 12 (13) перестает реагировать на увеличение потенциала на его коллекторе,т,е. местная обратная связь исключается.В результате того, что при коротком замыкании в нагрузке исключена общая отрицательная обратная связь,транзистор 2 ре,эко открывается при входном сигнгше за счет увеличения коэффици ента усиления и потенциал в точке соединения коллекторов транзисторов 2 и 12 (2 и 13) относительно общей выходной шины (или при коротком замыкании равносильно общей шины) рез ко возрастает. Ключевой транзистор 10 защиты .быстро открывается до насыщения за счет резистора 15. Это приводит к з рыванию транзисторов 4 и 7. Транзис тор 12 (13),в свою очередь, окончательно закрывается, и потенциал на коллекторах .транзисторов 2 и 12 от носительно общей выходной шины еще больше увеличивается. Этот процесс пррисходит практически мгновенно. При уменьшении, входного сигнала происходит обратный процесс, т.е. при входном сигнале, близком нулю, сначала происходит увеличение тока через (выходной) транзистор 7f а .за тем его уменьшение до нуля за счет смены полярности. Резисторы 3 - ограничительные. Таким образом, для обеспечения нормальной работы устройства необходимо, чтобы при коротком замыкани в точках соединений коллектора тран зистора 2 с резистором 15 формирО1ва лись импульсы напряжений; относитель но общего выхода усилителя (т.е. эмиттеров транзисторов 10).такой ве личины, при которой ток через резисторы 15 обеспечивали бы во всем, нмпульсе надежное открывание ключевых транзисторов .10 защиты. Транзисторы 12 и 13 выполняют роли ключей, кото рые поочередно закрываются, отключа при этом противоположное плечо усилителя. Отключение противоположных плеч от коллекторов транзисторов 2 обеспечивает засчет токов коллекто ров этих транзисторов формирование импульсов напряжения в этих точках, необходимых для нормальной работы устройства. Кроме того, так как эти импульсы имеют значительную величину, которая во много раз может превышать максимально допустимое обрат ное напряжение базы транзистора 4 выходного двухтактного каскада; прот оположного плеча, то наличие .этих транзисторов (12 и 13) необходимо и для.защиты транзисторов 4 ,от пробоя их базы. Таким образом,.предлагаемый усилитель мощности позволяет значитель но уменьшить мощность рассеивания на выходных транзисторах при коротк замыкании в.цепи нагрузки за счет снижения среднего тока. Формула изобретения Усилитель мощности с защитой,соде жащий последовательно соединенные входной каскад, предвыходной двухтактный каскад, выполненнЕЛй на транзисторах разного типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, с цепью смещения, включенной между коллекторами этих транзисторов, в каждом которого коллектор транзистора через первый резистор соединен с базой первого транзистора выходного двухтактного каскада, включенного по схеме с общим коллектором, эмиттер которого через второй резистор подключен к точке соединёния одного вывода датчика тока, другой вывод которого подключен к выходу усилителя мощности с защитой, эмиттера второго транзисг тора выходного двухтактного каскада, . включенного по схеме с общим коллектором, и одним выводом третьего резистора, другой вывод которого под-, ключен к точке соединения последовательной резистивно-диодной цепочки, соединенной с общей шиной, и базы ключевого транзистора защиты, коллектор которого через прямосмещенный диод соединен с базой первого транзистора выходного двухтактного каскад г а эмиттер - с выходом усилителя мощности с защитой, при этом тип проводимости первого, второго транзисторов и ключевого транзистора защиты одного плеча выходного двухтактного каскада противоположен типу проводимости тех-же транзисторов другого плеча выходного двухтактного каскгша, отличающийся .тем, что, целью уменьшения Мощности расреивания на транзисторах вькодного двухтактного каскада при коротком замыкании в цепи нагрузки, цепь смещения выполнена на двух последовательно соединенных транзисторах раз ного типа проводимости,эмиттеры которых объединены, а между базами включен резистор, причем в кгдадом плече выходного двухтактного каскада1 база ключевого транзистора защиты через первый дополнительный резистор соединена с коллектором транзистора пред-выходного двухтактного каскада,эмиттер первого транзистора выходного двухтактного каскада через второй дополнительный резистор соединен с баЗОЙ транзистора цепи смещения, тип проводимости которого соответствует типу проводимости транзисторов.плеча выходного двухтактного каскада, а между базой второго и- эмиттером первого транзисторов выходного двухтактного каскада включен третий дополнительный резистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3500218, кл. 330-11, опублик. 1970. 2. Радио, 1977, № 11,.с. 41, ;рис. 5 F (прототип).