Устройство для защиты усилителя мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) 4 Н 02 Н 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИД=ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3990528/24-07 (22) 18. 12.85 (46) 07.01.89. Бюл. Р 1 (72) И.Н.Головченко и Ю.Ф.Соколов (53) 62 1.3 16.925.4(088.8) (56) Патент США У 4227227, кл. Н 02 Н 7/20, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1179477, кл. Н 02 Н 7/,12, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ УСИЛИТЕЛЯ

ИОЩНОСТИ .(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей.

Генератор 10 генерирует тестовой сигнал, который питает блок 9 делителей.

При включении питания нагрузка 4 подключается к блоку 9 делителей через размыкающий контакт переключателя 7.

Сигнал разбаланса блока 9 делителей отфильтровывается от помех фильтром

11, детектируется выпрямителем 12 и поступает на входы компаратора 13.

При импедансе нагрузки 4 меньше опре„„SU„„1450039 деленного значения компаратор 13 вырабатывает сигнал "Единица", который через элемент ИЛИ 5 поступает на вход реле 6 времени, которое фиксирует переключатель 7 в прежнем сос" тоянии до тех пор, пока импеданс нагрузки 4 на частоте измерительного сигнала не будет удовлетворять норме.

При удовлетворяющем норме импедансе нагрузки 4 блок 3 контроля нагрузки вырабатывает сигнал "Нуль", и реле 6 времени при помощи переключателя 7 подключает нагрузку 4 через замыкающий контакт к выходу усилителя 1.

В случае перегрузки усилителя 1, например при коротком замыкании в це- ф пи 4 нагрузки, датчик 2 перегрузки вырабатывает сигнал "Единица", который через элемент ИЛИ 5 поступает на вход реле 6 времени, обеспечивающее при помощи переключателя 7 отключение нагрузки 4 от выхода усилителя 1 и подключение ее к блоку 9 делителей на время, достаточное для.проверки импеданса нагрузки 4 на соответствие © норме. 4 3 и. ф лы, 12 ил. 4в

Ю

Цф

1!зО12рет I .Ии1. . ОТВОеит(-.й к знект12!2 — те х нике и м<2%е т Г2ь!тI ие !!ольз О!1 а ио для контроля нагрузки и защити усилителей мощности низкой частоты.

1!елью изобретения являотся повышение надежности и расширение функциональных воэможностей.

На фиг.1 предстанлена функциональная схема устройствами ня фиг.2 блок-схема устройства с дополнительными блоками контроля нагрузки; на фиг.3 — - блок-схема устройства с управляемым генератором переменного напряжения; на фиг.4 — вариант выпол- 15 нения резистора и делителя напряжения; на фиг.5 - частотные характеристики импеданса нагрузки и порога срабатывания блока контроля нагрузки на фиг.6 - вариант выполнения усилителя мощности и датчика перегрузки; на фиг.7 - вариант выполнения генератора переменного напряжения1 ня фиг.8спектральный с.остав напряжения генератора, ня фиг,9 — вариант выпол- 25 нения управляемого перестраинаемого по частоте генератора переменного напряжения; на фиг.10 — варианты выполнения фильтров; на фиг.11 — ампли" тудно-частотные характеристики раэ

30 ,личных фильтров на фиг. 12 †: вариант, выполнения реле времени.

Устройство для защиты усилителя 1 мощности (фиг.1), включающего ограничитель выходного тока, содержит датчик 2, перегрузок и блок 3 контроля нагрузки 4, выходы которых через элемент ИЛИ 5 подключены к входу реде 6 нремени, выход которого подключен к входу управления переключателя 40

7, замыкающий контакт которого подключен к выходу усилителя 1 и одному выводу резистора 8, а управляемый контакт — к нагрузке 4 и вместе с другим ВыВОдОм реэистОра 8 к Одному 45 входу блока 3 контроля, другой вход которого подключен к выходу. делителя 9 напряжения, вход которого подключен к выходу генератора 10 переменного напряжения, который подключен к входу усилителя 1. Блок 3 контроля состоит иэ последовательно соединенных фильтра 11, Выпрямителя 12 и компаратора 13, выход которого является выходом блока 3 контрсйчя, одним и другим входами которого .являют-55 ся входы фильтра 11, Кроме того, параллельно соответствующим входам блока 3 контроля моI ÷ 1 б1IT I 1112ДКЛН2 1ЕIIhl Т1ХОД1ь! Г И10/!11И тельи1!х блоков 3 контроля 11а грузки 4

Ч)И!..2) .

Ге!!ератор 10 может бь1ть выполнен управляемым, Вход управления которого подключен к выходу реле 6 времени (фИГ,З).

Кроме того, резистор 8 или делитель 9 напряжения могут быть выполнены н виде частотно-зависимых элементов, например резистор 8 в виде последовательной RC-цепи 14, зашун» тированной резистором 15 (фиг.4а), и делитель 9 напряжения в виде последовательной цепи иэ двух резисторов

16 и 17, нижний иэ которых эашунтирован RC"цепью ll8 (фиг.4б).

Усилитель 1 мощности может быть реализован (фиг.6) в виде входного усилителя 19 и двухтактового выходного каскада, выполненного на двух повторителях 20, которые суммируют свои сигналы на выходе усилителя 1 мощности при помощи резисторов 21.

Ограничитель выходного тока состоит из двух резисторов ?2> двух диодов

23 и двух стабилитронон 24. Резисторы 22 определяют рабочий ток через стабилитройы 24„ а ключеные элементы на диодах 23 открываются в случае, если падение напряжения -на резисторах 21 превышает напряжение стабилизации стабилитронов 24, тем самым ограничивая ток через резисторы 21, а значит, и выходной ток усилителя 1 мощности.

Датчик 2 перегрузки (фиг.6) может быть выполнен на транзисторе 25, база-эмиттерный переход которого подключен к выходному резистору 21 уси-, лителя 1 через делитель 26, что позволяет получить для ключа на транзисторе 25 порог срабатывания по то- ку зависимым от мгновенного напряжения на выходе усилителя 1 мощности.

Выходной сигнал транзистора 25 инвертируется транзисторным ключом 27 и снимается с резистора 28 °

Генератор 10 переменного напря жения (фиг.7) может бьггь реализован в ниде мультивибратора на операционном усилителе 29, который содержит цепь положительной обратной связи на резисторах 30 и 31 и цепь отрицательной обратной связи на резисторе 32 и конденсаторе 33. Спектральный состав Б(ш) генерируемого напряжения приведен на фиг.8, где видно, что ге! 4 O39

4 нерируемое напряжение содержит в сво- сировапными частотами, а на фиг.!!а ем составе набор фиксированных частот приведена амплитудно-частотная хдракв виде нечетных гармоник основной теристика такого фильтра. Фильтр !! частоты 1 ° выполнен на операционном усилителе

На фиг.9 приведен пример конкрет- 46, в цели положительной обратной ного выполнения лерестраиваемого по связи которого установлен T-образный частоте управляемого генератора 10. wocT 47 на двух резисторах и двух

Он выполнен на операционном усилите- конденсаторах. Цепь отрицательной обле 34 с полевыми транзисторами на !0 Ратной связи на реэисторах 48 и 49 входе и содержит мост Вина 35 в цепи определяет добротность полученного положительной обратной связи на ре- активного контура, а также коэффицизисторах 36 и 37, конденсаторах 38 и eav передачи Фильтра на резонансной

39 и варикапе 40. Для стабилизации частоте. амплитуды выходного напряжения вклю- 15 На Фиг.10б .приведен пример кончена цепь 4 1 отрицательной обратной кретHåÀ Реализации фильтра 11.для расвяэи на четырех резисторах и двух- боты с перестраиваемым от частоты ы, анодном стабилитроне. Напряжение сме- до частоты ы генератором 10 ° а на. щения на варикап 40 подается через фиг.11б приведена амплитудно-частотрезистор 42, а конденсатор 38 не по- 20 Наа характеристика К(со) такого фильтзволяет напряжению смещения поступить Ра Фильтр 11 содержит два RC-звена на вход операционного усилителя 34. 50 и 51, первое из которых подавляет

Напряжение смещения фррмируется RC- сигналы в области низких частот, а цепью 43, которая подключена к источ- второе — в области высоких частот. нику постоянного напряжения. Запуск . 25 На фиг.12 приведен пример конкретцикла изменения частоты Генератора 10 ного выполнения реле 6 времени. Оно осуществляется транзисторным ключом содержит транзисторный ключ 52, вре.44, который управляется сигналом ре мязадающую КС-цепь 53, второй транле 6 времени через формирующую К0- зисторный ключ 54 и обмотку электроцепь 45. При поступлении на управля- 30 механического реле 55, с помощью коющий вход генератора 1О положитель- торой управляется переключатель 7. ного фронта импульса логического сиг- Включение питания +Uä при отсутствии нала "!" транзисторный ключ 44 от- на входе реле 6 времени логического крывается и разряжает конденсатор сигнала "1" сопровождается зарядом

RC-цепи 43 до минимального напряже- конденсатора RC-цепи 53 до порогового иия. При этом напряжение смещения

35 напряжения срабатывания второго транвариквпа 40 становится минимальным, зисторного ключа 54. Зто обеспечиваа,его емкость — максимальной, вслед- ет временную задержку включения обствие чего генератор 10 формирует мотки реле 55, после чего реле 6 вресигнал с минимальной частотой. После мени пеРеходит в стабильное состоЯокончания импульса разряда конденса- ние. При поступлении логического сигтора RC-цели 43 он начинает заряжать- нала "f" на вход реле 6 времени и тем ся от источника постоянного напряже- самым на вход первого ключа 52 прония, напряжение смещения варикапа 40 исходит открывание его и быстрый разначинает увеличиваться емкость вари- Ряд конденсатора RC-цепи 53 что приУ 45 капа 40 уменьшаться, а частота гене- водит второй ключ 54 в закрытое сосратора 10 медленно увеличивается до тояние и обеспечивает обесточивание тех пор, пока напряжение смещения не обмотки реле 55, а также формирует приблизится к напряжению источника ыа выходе реле 6 времени логический постоянного напряжения. На этом цикл сигнал " !". При этом реле 6 времени перестройки частоты генератора 10 за» . переходит в квазистабильное состоя50 канчивается. При поступлении на уп- ние, в котором находится определенравляющий вход генератора 1О нового ный период времени, после чего оно импульса логического сигнала "1" цикл возвращается в стабильное состояние. работы свип-генератора 10 повторя- Устройство работает следующим об ется. разом.

На фиг.10а приведен пример кон- При включении питания усилителя 1 кретной реализации фильтра 11 при ис- включается питание и устройства эапользовании с генератором 10 с фик- щиты. Переменное напряжение с еае5 14 ратора 10 поступает на вход делителя

9 напряжения и на вход усилителя- 1, с выходя которого через резистор 8 поступает на нагрузку 4. Сигналы с выхода делителя 9 напряжения и с на грузки 4 поступают через помехоподавляющий фильтр 11 и выпрямитель 12 на входы компаратора 13 блока 3 контроля, который таким образом сравнивает величины сигналов с делителя 9 напряжения и с нагрузки 4, Если импеданс нагрузки 4 на частоте измерения будет меньше определенного значения, то компарвтор 13 сформирует на своем выходе запрещающий сигнал "1", который через элемент ИЛИ 5 поступит на вход реле 6 времени и при помощи которого зафиксирует переключатель 7 в граэомкнутом состоянии, оставляя выход усилителя 1 не подключенным к нагрузке 4. Если импеданс нагрузки 4 иа частоте измерения будет больше определенного значения, то на влгходе компвратора 13 сформируется сигнал

"0", который при отсутствии на других входах элемента ИЛИ 5 сигналов запре та "1" поступит на вход реле 6 времени, которое своим выходом обеспечит переключение нагрузки 4 иэ измерительной цепи резистора 8 к выходу усилителя 1 через нормально разомкнутые контакты переключателя 7, переводя устройство защиты иэ режима контроля нагрузки 4 в режим работы усилителя

При пЬнижении нмпеданса нагрузки 4 или его коротком замыкании срабатывает датчик 2 перегрузок, который при этом вырабатывает на своем выходе сигнал " 1",. поступающий дальше через элемент ИЛИ 5 на вход реле 6 времени, которое своим выходом отключает при помощи переключателя 7 нагрузку 4 от выхода усилителя 1 и подключает ее к резистору 8, переводя устройство защиты из режима работы усилителя в режим контроля нагрузки

4. В таком режиме устройство фиксируется до тех пор, пока импеданс нагрузки 4 не придет в норму,,что обеспечивает однократное протекание имПульса аварийного тока через оконечный каскад усилителя 1 и контакты переключателя 7 за весь .период аварийного режима, Кратковременную защиту усилителя 1 в течение времени срабатывания устпойства осуществляет ограничитель выходного тока усилите50039 ля 1> ограничивая тем самлгм и ампли10 е

55 тулу импупьса тока через коггтактлг переключателя 7. При этом следует отметить, что время фиксации устройства защиты в режиме контроля нагрузки 4 опрелеляется реле 6 времени и эа этот период устройство должно обеспечить контроль нагрузки 4. Этим повышается надежность усиЛителя 1 мощности при понижении импеданса нагрузки 4 усилителя 1 в некоторой области частот, например> когда отсутствует гальваническое замыкание нагрузки 4.

Данная ситуация возможна, например, когда усилитель 1 пытаются эксплуа" тировать с емкостной нагрузкой илй с многополостной акустической системой, у которой произошло заклинивание диффузора у среднечастотной или высокочастотной головки...Наличие больше одного блока 3 контроля нагрузки 4 позволяет обеспечить предварительггггй контроль импеданса нагрузки 4 на каждой характерной для нее частоте (например, частоты >г, и

4г на фиг ° 5). При этом генератор 1О должен формировать не одночастотный сигнал, в сигнал с суммдй измерительньгх частот (фиг.8).

Для более полного контроля качества нагрузки 4 генератор. 10 может быть выполнен перестраиваемым по частоте в виде свип-генератора (фиг.9), который при своем запуске изменяет постепенно свою частоту, п1гоходя весь диапазои измерительных частот от частоты г>, до частоты и обеспечивая контроль импеданса нагрузки 4 не только на дискретных частотах. Запуск такого генератора 10 осуществляется с дополнительного вы- . хода реле 6 времени (фиг.3). Такая связь между реле 6 времени и генератором 10 может использоваться и для, обычных генераторов переменного напряжения, например, для запуска дискретного переключения частоты в течение режима контроля нагрузки 4 или для выключения генератора 10 в течение режима работы усилителя 1, что исключает влияние генератора 10 гга нормальную работу усилителя 1.

-При использовании в устройстве перестраиваемого по частоте генератора 10 переменного напряжения для нормального функционирования устройства достаточно одного блока 3 контроля нагрузки 4, который имеет на формула изобретения

Устройство для защиты усилителя мощности, включающего ограничитель выходного тока, содержащее датчик перегрузки и блок контроля нагрузки, включеющий фильтр и компаратор, выход которого вместе с выходом датчика перегрузки через .элемент ИЛИ подклю-. чен к входу реле времени, выход которого соединен с входом управления переключателя, замыкающий контакт которого предназначен для подключения к выходу усилителя мощности, а управляемыя — к нагрузке и связан вместе с одним иэ выводов резистора с :одним из входов фильтра блока контроля нагрузки, другой вход которого подключен к выходу делителя напряжения, вход которого подключен к выходу ис" точника испытательного сигнала, о л и ч а ю щ е е.с я тем, что, с целью повьш ения надежности и расширения функциональных возможностей, блок контроля нагрузки снабжен выпрямителем, включенным между фильтром и компаратором, а источник испытательного сигнала выполнен в виде генератора переменного напряжения, выход которого предназначен для подключения к входу усилителя мощности, к выходу которого предназначен для подключения другой вывод резистора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительными блоками контроля нагрузки на раэличнь<х частотах, входы которых подключены к аналогичным входам блока контроля нагрузки, а их выходы — к входам элемента ИЛИ.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что генератор переменного напряжения выполнен управляем<<м, вход управления которого подключен к выходу реле времени.

4, Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что резистор выполнен в виде частотно-зависиМого элемента.

I 4 >(!! гноем вход< не уэкс>поносный фильтр ! дня выделения одной ча<. T <>T«îé компоненты, а широкополосный помехоподавляющий (фиг.!Об), полос .а пропу кания

5 которого соответствует диапазону изменения частоты (фиг.11б) перестраиваемого генератора 10. При этом один блок 3 контроля нагрузки 4 в течение периода контроля нагрузки последовательно проводит контроль импеданса нагрузки в частотной области в соответствии с изменением частоты генератора 10. Последовательный анализ импеданса нагрузки 4 одним блоком 3 контроля оказывается возможным благодаря наличию в устройстве реле 6 времени, которое после поступления на свой вход импульса логического сигнала "1" возвращается из квазистабильного состояния в стабильное только через определенный период времени, длительность которого больше периода контроля нагрузки 4, т.е. в данном случае больше периода пере-. Z5 стройки генератора 10 по всему диапа.зону изменения частоты. При этом, если в течение периода контроля бЛок

3 контроля сформирует на своем выходе логический сигнал "1", то реле 6 вре- З0 мени начинает новый отсчет периода времени квазистабильного состояния, а перестраиваемый генератор. 10 повторит заново весь цикл перестройки по частоте, и это будет продолжаться

35 до тех пор, пока импеданс нагрузки 4 не придет в норму.

Для обеспечения качества контроля ,нагрузки 4 устройству защиты в некоторых случаях полезно иметь частотно-зависимый порог срабатывания от импеданса нагрузки 4 (фиг.5, харак.теристика Е „,>(<.>)). Это позволяет, например, задавать допуски на частотную характеристику импеданса нагруз45 ки Ен(с>) и не подключать к усилителю

1 нагрузку 4, не удовлетворяющую этим допускам. Для этого резистор 8 и делитель 9 напряжения могут быть выполнены как частотно-зависимые эле50 менты, например так, как показано на фиг.4. Также для этого же положительного эффекта возможно использовать не однопороговые компараторы 13, а двухпороговые, что позволяет получить двусторонние дс>пуски на частотные характеристики импеданса нагрузки 4, с которой устройство защиты разрешает эксплуатировать усилитель .1.

)!9

Таким <>бриз< м, бпп> < даря <» iiii<, нию источника <<гп<<татель><ого гигналп в виде генератора переменного напряжения И подключению его к входу блока контроля нагрузки через усилитель мощности повып<ается надежность и расширяются функциональные воэможности устройства.

3 /1 с (Г) 3 9

$ f) 5. Устройство ио nii. 1-, о т л и ч а в щ е е е я тем, что лелитель взирйм<сиия ниполнеи Б Вили " лстотно

ЗявисимОГО элементя, 1 i 5039

Уиг.4

Уиг. 5

l 4 5(Ю39

I щ

Риз. 8

Составитель В.У1иуров

Техред И.Дидык Корректор О. Кравцова

Редактор С.Пекарь

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у . р л. П оектная 4

Заказ 6972/51 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН

КНТ СССР

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