Усилитель мощности с защитой

 

Изобретение м.б. использовано в высококачественных УНЧ. Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений . У-ль содержит входной двух-. тактный каскад 1, выходной двухтактный каскад 2, ключевые каскады 3 защиты , прямосмещенные диоды 4, датчики тока 5. Вновь введен источник 6 обратного смещения диода. На ил.3-10 представлены структурные эл. схемы различньрс реализаций на примере 1-го плеча у-ля. 1 з.п. ф-лы, 10 ил. Un i (Л to со о 4 Фиг./ -Un

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

<.111 4 Н 03 Р 1/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3873057/24-09 (22) 26.03.85 (46) 15.02,87.Бюл. Ф 6 (72) N.Н.Головченко (53) 621.375.026 (088.8) (56) Патент США Ф 3500218, кл. 330-11, опублик. 10.03.70. (54) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С ЗАЩИТОЙ (57) Изобретение м.б. использовано в высококачественных УНЧ. Цель изоб„,Я0„„1290477 A1 ретения — уменьшение нелинейных искажений. У-ль содержит входной двух . тактный каскад 1, выходной двухтактный каскад 2, ключевые каскады 3 защиты, прямосмещенные диоды 4, датчики тока 5. Вновь введен источник 6 обратного смещения диода. На ил.3-10 представлены структурные эл. схемы различных реализаций на примере 1-го плеча у-ля. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

40

1 12

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в высококачественных усилителях низкой частоты.

Цель изобретения — уменьшение нелинейных искажений.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема усилителя мощности с защитой по п.1 формулы изобретения; на фиг.2 — то же, по п.2 формулы изобретения; на фиг.3—

10 — структурные электрические схемы различных реализаций на примере одного плеча усилителя мощности с защитой.

Усилитель мощности с защитой содержит (фиг.1 и 2) входной двухтактный каскад 1, выходной двухтактный каскад 2, ключевые каскады 3 защиты, прямосмещенные диоды 4, датчики тока 5, источник 6 обратного смещения диода, выполненный (фиг.3) на источнике 7 постоянного напряжения и резисторе 8, (фиг.4) на конденсаторе

9, (фиг.5) на резисторе 10, (фиг.б) на делителе из резистора 11 и резистора 12, (фиг,7) на делителе из резистора 12 и генератора тока 13, (фиг.8) на делителе из резистора 11 и стабилитрона 14, (фиг.9) на стабилизаторе постоянного напряжения из транзистора 15, резисторов 16 и 17 и резисторов 16 и 17 и резистора 18, (на фиг.10) на генераторе тока 13, резисторе 12 и конденсаторе 19.

Усилитель мощности с защитой работает следующим образом.

Усиливаемый сигнал поступает на вход входного двухтактного кас-: када 1 и с его выходов поступает на входы выходного двухтактного каскада 2, С выходов выходного двухтактного каскада 2 через датчики тока 5 сигнал поступает на нагрузку. Сигналы, выделяющиеся на сопротивлениях датчиков тока 5 и пропорциональные мгновенной величине тока нагрузки, поступают на входы ключевых каскадов

3 защиты. При режиме короткого замыкания нагрузки сигналы на входах ключевых каскадов 3 защиты увеличиваются до такой степени, что вызывают их открывание. В этом случае происходит шунтирование входов выходных двухтактных каскадов 2 и выходной ток ограничивается, обеспечивая защиту выходных двухтактных каскадов 2.

При нормальном режиме работы усилителя мощности с защитой источник 6

90477. 2 обратного смещения диода обеспечивает на переходах прямосмещенных диодов 4 напряжение нулевого или обратного смещения, что позволяет получить более высокое сопротивление переходов прямосмещенных диодов 4 и уменьшить влияние нелинейного выходного сопротивления ключевых каскадов

3 защиты.

Выходное сопротивление ключевых каскадов 3 защиты обладает не только нелинейным характером, но и модулируется сигналом, присутствующим на входе ключевого каскада 3 защиты, Это приводит к образованию паразитной нелинейной обратной связи, которая также влияет на нелинейные иска- . жения усилителя мощности с защитой.

Нулевое или обратное смещение переходов прямосмещенных диодов 4 позво.— ляет также за счет обеспечения более высокого сопротивления прямосмещенных диодов 4 уменьшит:ь влияние нелинейной обратной связи. Все эти положительные эффекты от введения источника 6 обратного смещения диода позволяют более полно использовать линейные свойства самого усилителя мощности с защитой.

Подача напряжения смещения на переходы прямосмещенных диодов 4 может осуществляться следующим образом.

Напряжение смещения подается относительно шины питания плеча усилителя мощности с защитой (фиг.1).

При этом в качестве источника 6 обратного смещения диода может быть использован резистор 10 (фиг,5).

Это самая простая схема обеспечения напряжения обратного смещения переходов прямосмещенных диодов 4, Однако, по скольку напряжение смещения здесь складывается из напряжения питания:плеча усилителя мощности с

45 защитой и мгновенного напряжения усиливаемого сигнала, то максимальная величина его близка к удвоенному напряжению питания. В связи с этим используемые ключевые элементы ключевых каскадов 3 зашиты должны быть относительно высоковольтными, что несколько ограничивает применение данного источника б обратного смещения диода.

По другому варианту исполнения управляющий вход источника 6 обратного смещения диода подключен к нагрузке (фиг.2). При этом и качестве

1290477 Д рах 11 и 12 величина синфазной составляющей напряжения смещения меньше, чем величина напряжения усиливаемого сигнала, и при больших амплитудах сигнала напряжение смещения переходов прямосмещенных диодов 4 может стать из обратного прямым, приводя к искажению усиливаемого сигнала. Поэтому такая реализация, хотя и обладает простотой, тем не менее должна иметь ограничение в применении, поскольку не позволяет полностью использовать динамический источника 6 обратного смещения дио— да используется либо источник 7 постоянного напряжения и резистор S (фиг,3), либо конденсатор 9 (фиг.4) .

В этих случаях напряжение смещения синфазно следует форме усиливаемого сигнала. При этом о бе спечив ает ся почти постоянное падение напряжения на прямосмещенном диоде 4, что дает возможность использовать ниэковольт- 10 ные ключевые элементы ключевых каскадов 3 защиты.

Использование конденсатора 9 возможно потому, что комбинация из прямосмещенного диода 4 и конденсатора 9 представляет собой амплитудный детектор. При этом конденсатор 9 заряжается до максимального напряжения, которое присутствует между входом выходного двухтактного каскада 2 и выходом усилителя мощности с защитой, обеспечивая напряжение смещения перехода прямосмещенного диода 4, близкое к нулю.

Кроме того, источник 6 обратного смещения диода в виде конденсатора 9 шунтирует паразитную отрицательную обратную связь в области высоких частот, а также обеспечивает устойчивость усилителя к самовозбуждению в режиме ограничения тока ключевым каскадом 3 защиты за счет коррекции петлевого усиления в цепи: выходной двухтактный каскад 2, ключевой кас- 35 кад 3 защиты.

Однако использование конденсатора 9 приводит к появлению дополнительных искажений, ббраэующихся при изменении амплитуды усиливаемых сигналов эа счет перезаряда конденсатора 9, в связи с чем применение такого источника 6 обратного смещения диода дает положительный эффект в условиях усиления медленно мечяющихся сигналов.

В качестве источника 6 обратного смещения диода может быть использован делитель на резисторах 11 и 12 (фиг.6), причем точка соединения этих резисторов 11 и 12 является выходом, а другой вывод резистора 12 управляющим входом источника 6 обратного смещения диода, Такое выпол55 некие позволяет получить синфазно следящее за формой усиливаемого сигнала напряжение смещения, но из-за использования делителя на резистодиапазон усилителя мощности с защитой, Для повышения точности слежения за мгновенным напряжением усиливаемого сигнала напряжение смещения должно быть сформировано при помощи делителя, в котором вместо одного из резисторов использован либо элемент с высоким динамическим сопротивлением, как генератор тока 13 (фиг.7), либо элемент с низким динамическим сопротивлением, такой как стабилитрон 14 (фиг.8). В этом случае напряжение смещения — на выходе источника 6 обратного смещения диода — следует мгновенному напряжению усиливаемого сигнала, что позволяет.получить почти постоянное напряжение смещения переходов прямосмещенных диодов 4. При этом оказывается возможным получить малые нелинейные искажения усилителя мощности с защитой во всем интервале амплитуд усиливаемого сигнала, близкие к его потенциальным возможностям.

При использовании в ключевом каскаде 3 защиты транзистора 15 оказывается возможным придать последнему также функцию обеспечения напряжения смещения для перехода прямосмещенного диода 4 (фиг.9). В таком варианте транзистор 15 вместе с резисторами 16 и 17 образует стабилизатор постоянного напряжения, ток через который задается резистором

11. Величина напряжения стабилизации выбирается таким образом, чтобы напряжение смещения перехода прямонасыщенного диода 4 было все время обратным. Через резистор 18 сигнал от датчика тока 5 поступает на базу транзистора 15, управляя напряжени-ем стабилизации стабилизатора, которое присутствует на коллекторе транзистора 15. При этом транзистор 15

12904

5 работает не в режиме отсечки, как закрытый ключ, а в активном режиме, как усилитель. При режиме короткого замыкания сигнал на датчике тока 5 становится достаточным для уменьшения напряжения на коллекторе транзистора 15 до такой степени, что напряжение смещения перехода прямосмещенного диода 4 становится иэ об-, ратного прямым, открывая прямосме- 16 щенный диод 4. Открытый прямосмещенный диод 4 через транзистор 15 шунтирует вход выходного двухтактного каскада 2, таким образом обеспечивая ограничение его выходного тока„Такая схема усилителя мощности с защитой позволяет не только упростить устройство защиты, но и обеспечить устойчивость усилителя к самовозбуждению в режиме ограничения тока, пос- 20 кольку введение местной отрицательной обратной связи для транзистора

15 через резистор 16 позволяет уменьшить петлевое усиление в цепи: выхоцной двухтактный каскад 2, ключевой каскад 3 защиты, Однако рассмотренные схемы при повышении частоты усиливаемого сигнала увеличивают уровень нелинейных искажений, связанных с ключевым каскадом 3 защиты, Для разрыва паразитных связей по высоким частотам выход ключевого каскада 3 защиты необходимо шунтировать

77 емкостью конденсатора 19 (фиг.10}..

Такой конденсатор позволяет также обеспечить и коррекцию петлевого усиления в области высоких частот, что дает воэможность предотвратить генерацию усилителя мощности с защитой в режиме ограничения тока, Формула изобретения ! Усилитель мощности с защитой, содержапр и входной и выходной двухтактные каскады, причем в каждом плече выход выходного двухтактного каскада через датчик тока соединен с нагрузкой и непосредственно с входом ключевого каскада защиты„ выход котоgoro через прямосмещенный диод соединен е. входом выходного двухтактного каскада, а общий вывод — с нагрузкой, отличающийся тем, что., с целью уменьшения нелинейных искажений, в каждое плечо усилителя мощности с защитой введен источник обратного смещения диода, выход которого подключен к точке соединения прямосмещенного диода и выхода ключевого каскада защиты.

2, Усилитель по п.1, о т л и — ч а ю шийся тем, что в каждом плече источник обратного смещения диода вьптолнен управляемым, выход управления которого соединен с нагрузкой.!

290477

1290477

Фиг.7

Составитель И.Водяхина

Редактор Т.Парфенова Техред И.Попович Корректор А, Рошко

Заказ 7914/55

Тираж 922 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4