Усилитель с защитой от перегрузки
УСИЛИТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ по авт. св. 1 708491, отличающийся тем, что, с целью повьшения коэффициента усиления при одновременном .повышении быстродействия и надежности, в него введен дополнительный резисторj включенный между точкой соединения диодов и точкой соединения конденсатора с источником сигнала. 9 0/3 .§ gt: D СП 00 со I to U г :I -0-Ь
ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (19) Ш) (ю 4 Н 03 F 3 34
К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 708491 (21) 3608177/24-21 (22) 17.06.83 (46) 30.07.85. Бюл. ¹ 28 (72) В.П.Иванов (53) 621.375 024(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 708491, кл. Н 03 F 3/34, 06.01.77. (54) (57) УСИЛИТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ по авт. св. ¹ 708491, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения коэффициента усиления при одновременном повьппении быстродействия и надежности, в него введен дополнительный резистор, включенный между точкой соединения диодов и точкой соединения конденсатора с источником сигнала.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к.импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники.
Наиболее близким к предлагаемому является усилитель с защитой от. перегрузки, содержащий два последовательно соединенных каскада на транзисторах разных типов проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, а также два последовательно соединенных диода, включенных навстречу друг другу между базой входного и коллек" тором выходного транзисторов, конденсатор, один вывод которого соединен с базой входного транзистора, а другой — с источником сигнала и местом где соединения диодов.
Для обеспечения нормальной работы такого усилителя в момент подачи входного включающего сигнала должно выполняться условие
v„.+ U,(}) < v„, где U, — падение напряжения на переходе база-эмиттер входного транзистора;
V (t) — напряжение на конденсаторе; — пороговое напряжение защитного диода.
При этом оказывается, что для выполнения такого условия на практике в качестве защитного диода необходимо включить последовательно несколько реальных диодов (два-три), Поскольку для нормальной работы усилителя в режиме к.з. его выхода необходимо выполнить другой условие
ПА ПА6 + Пв9
А9 А6 оор 9аоР
П вЂ” прямое падение напряжения на защитном диоде при протекании через него входного тока усилителя;
U — пороговое напряжение
* " базового диода; — пороговое напряжение
& У)p у перехода .база-эмиттер входного транзистора, при котором он начинает включаться.
В качестве базового диода риходиться включать последовательно также несколько (четыре-шесть) реальных диодов. Значительное количество диодов, включенных в базовой цепи входного транзистора усилителя, снижает коэффициент усиления усилителя вследст вие увеличения пороговзго напряжения.
70583 2 его входной цепи, а общее суммарное число диодов, с помощью которых в усилителе реализуются, функции базового и защитного диодов, составляет шесть-десять штук, что существенно увеличивает число электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в усилителе, содержащем кроме этих диодов дополнительно только 7 ЭРЭ, и снижает его надежность, Кроме того, конденсатор такого усилителя в паузе между входными сиг 10 калами должен успеть разрядиться до напряжения практически близкого к нулю. Однако на конечном этапе раз}5 ряд кондесатора происходит через базовый диод усилителя при прямом напряжении на этом диоде меньшем ïîðîгового, т.е. через большое .прямое сопротивление диода, увеличивающееся
20 в процессе разряца кондесатора от
6 десятков кОм до 10 Ом и более. Это обусловливает значительную величину времени восстановления исходного состояния усилителя, следовательно, сни25 жает максимальную частоту следования сигнала, который может быть отраба тан усилителем, т.е. уменьшает быстродействие усилителя.
Недостатком такого усилителя явЗО ляются его невысокий коэффициент усиления, низкие надежность и быстродействие.
Цель изобретения — повышение коэффициента усиления при одновременном повышении быстродействия и надежнос35 ти усилителя.
На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема усилителя; на фиг. 2 — эпюры, поясняющие его работу.
Усилитель содержит два последовательно соединенных каскада на транзисторах 1и 2 разного типа проводимости, включенных по схеме с общим
45 эмиттером, а также два последовательно соединенных диода 3 и 4. включенных навстречу друг другу между базой входного транзистора 1 и выходом устройства, конденсатор 5, один вывод которого соединен с базой входного транзистора 1, а другой - c источником сигнала, дополнительный резистор
6, включенный между точкой соединения диодов и точкой соединения конденсатора с источником сигнала, резисторы 7-11, включенные для обеспечения требуемого режима работы, входную и выходную клеммы 12 и 13, нагрузку 14. з 11
Устроф.тво работает следующим образом.
При отсутствии на клемме 12 входного сигнала транзисторы 1 и 2 закрыты, нагрузка 14 и резистор 7 обесточены. Если на вход подано напряжение
U R1 и ы ЕА san = R э 3у 7 где Š— напряжение питания усилителя; R„„ - сопротивление нагрузки 14; R, — сопротивление резистора 7 (обычно К гораздо меньше R,„).. При этом диод 4 смещен в обратном направлении выходным напряжением (фиг. 2г) усилителя и на работу схемы практически не влияет. В момент подачи на клемму 12 включающего сигнала U от источника curSx нала отбирается ток (фиг. 2в). Пвх Use 1 м Вх R î где U — падение напряжения на пе69„ реходе база-эмиттер транзистора 1; R — сопротивление резисто о ра 10, причем в нагрузку 14 через резистор 6.и диод 4 ответвляется часть тока 1вх (Фиг ° 2д) равная ° Пвэ » + Uc() а К + R, где U.(e) — напряжение на конденсаторе 5; U — прямое падение напряже* ния на защитном диоде 4 ; К вЂ” сопротивление резистора 6. Выбором сопротивления резистора 6 нетрудно выполнить условие i « i о sx Тогда независимо от величины нагрузки 14 практически весь входной ток I усилителя поступает в базовую цепь входного транзистора 1. Выбором постоянной времени (R iI R ) С, где С вЂ” емкость конденсатора 5, можно обеспечить включение транзисторов 1 и 2 в течение времени заряда конденсатора 5. После включения транзистора 2 диод 4 смещается в обратном направлении и потребление тока от входной цепи в нагрузку 14 полностью прекращается, После окончания заряда конденсатора 5 усилитель потребляет 70583 от источника управляющего сигнала ток "л " — "ч ьхR+R 6 о где Б . — прямое падение напряжения *з на базовом диоде 3. Выбором сопротивления резистора. 10 величина 1 „ задается ла уровне, достаточном для удержания усилителя 10 во включенном состоянии. При отключении управляющего сигнала U Ä кондесатор 5 разряжается по цепи резистор 6 — диод 3 с постоянной времени К С . При этом для нор15 мальной работы усилителя при его повторном включении достаточно, чтобы кондесатор разрядился до уровня прямого порогового напряжения диода 3 Бд, т.е. время восстановления пар щ исходного состояния усилителя может быть оценено величиной 3R С, где сопротивление R, обычно равно от. 10э до 10 Ом. Это сопротивление на несколько порядков меньше прямого со25 противления диода 3 при прямом напряжении на нем меньшем U ° После * nap разряда конденсатора 5* усилитель вновь готов к повторному включению. Поскольку включение в схему дополз нительного резистора 6 позволяет 4 практически исключить шунтирование входа усилителя нагрузкой 14 в момент подачи входного сигнала, в качестве диода 4 достаточно включить один диод, I При к.з. нагрузки 14 (R,„ р О, фиг. 2а) входной ток усилителя замы- . кается через защитный диод 4 и, если 40 величина прямого падения напряжения на диоде 4 Uä удовлетворяет условию U U - +U *„р, „ р вэ эти ° где U<> — пороговое напряжение базового диода 3; 45 — пороговое напряжение э пор перехода база-эмиттер транзистора 1, при котором он начинает включаться, у» транзисторы 1 и 2 будут включены все время, пока выход усилителя подключен к короткозамкнутой нагрузке, а на входе присутствует включающий сигнал. Чтобы выполнить указанное условие при включении в качестве защитного диода 4 одного реального диода, на практике достаточно включить в качестве диода 3 последовательно 1170583! ВНИИПИ Заказ 2717/1 Тираж 816 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. проектная, 4 два реальных диода. Таким образом, общее число реальных диодов, выполня ющих в таком усилителе функции базового и защитного диодов, не превышает трех, а в базовой цепи вход ного, транзистора усилителя включены последовательно только два диода. При подаче включающего сигнала Ф на вход усилителя, работающего на короткозамкнутую нагрузку, выходной транзистор 2 работает в режиме импульсной перегрузки по току коллектора 15 (Фиг. Ze) в .течение времени заряда конденсатора 5, Такая импульсная перегрузка транзистора 2 не приводит к выходу его из строя либо к снижению его надежности, если транзистор 2О 2 при этом работает в пределах его допустимых режимов, что обеспечивается либо включейием в цепь коллектора транзистора 2 дополнительного балластного резистора 7 (как в примере ис- 25 полнения схемы усилителя), либо выбором типа транзистора 2 и режима его базовой цепи. Таким образом, благодаря включению дополнительного резистора 6 достигается резкое снижение шунтирующего влияния цепи нагрузки усилителя на входную цепь усилителя в момент подачи включающего входного сигнала. Это позволяет до минимума уменьшить число диодов, включенных в качестве защитного диода 4 (один диод) и базового диода 3 (не более двух диодов), что не только повышает надежность усилителя вследствие существенного уменьшения общего количества содержащихся в нем электрорадиоэлементов, но и повышает коэффициент усиления усилителя вследствие уменьшения порогового напряжения его входной цепи. Кроме того, включение дополнительного рези — тора 6 так изменяет цепи разряда и заряда конденсатора 5, что существенно (на несколько порядков) снижается время восстановления исходного состояния усилителя после снятия входного сигнала. Тем самым повышается допустимая частота следования сигнала на входе усилителя, т.е ° повышается его быстродействие.
