Двухполярный усилитель мощности

 

-««»

О ГИ С А - Н И Е

Союз Советскин

Социалистическин

Республик

738102

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 11,12,75 (21) 2198167/18-09 (Q) ) Щ Кл

Н 03 F 3/26 с присоединением заявки ¹

Гоеударстеанный комитет

СССР (23) П риоритет—

Опубликовано 30 05.80. Бюллетень № 20

Яата опубликования описания 03.06.80 во делам изобретений н открытий (53) УДК621,,37 5.026 (088.8) В. С, Заика,В. С. Усов и С, Б, йколык (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ДВУХПОЛЯРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ NO)ltHOCTH

Изобретение относится к электронике, в частности к электронным усилителям мощности, предназначенным для использования в выходных каскадах измерительных источников напряжения и тока.

Известны двухполярные усилители мощности, обеспечивающие работу в режимах классов A и АВ на пассивную и активную нагрузки при двух направлениях выходного тока и любой полярности выходного напряжения (lj и содержащие элементы зашиты от перегрузки регулирующих элементов (2)

Недостатками указанных двухполярных усилителей мощности являются протекание неконтролируемого значения силы тока между регулирующими элементами в аварийных режимах и усложнения, обусловленные применением специальных дополнительных элементов для работы в у0 режимах классов А и AB.

Из известных двухполярных усилителей мощности наиболее близким по технической сущности к изобретению является усилитель, содержащий блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента, второй выход соединен с управляющим входом второго регулирующего элемента, выход первого регулирующего элемента последовательно через первый токовый пороговый элемент соединен с нагрузкой, выход второго регулирующегоо элемента последовательно через второй токовый пороговый элемент ! соединен с нагрузкой, при этом выход второго токового порогового элемента соединен с входом первого запрещающего элемента, выход первого токового порогового элемента соединен с входом второго запрещающего элемента, а выходы первого ! и второго. запрещающих элементов соединены с управляющими входами соотг ветствующих регулирующих элементов, а по цепям питания первый регулирующий элемеит и первый запрещающий элемент соединены с плюсом источника питания положительной полярности и соответствен738102 4. но второй регулируюший элемент и второй запрвпаюший элемент соединены с минусом исто ркка питания отрицательной полярности: /3„ . Токовые пороговые элементы и запрещающие элементы q их связями между собой и регулирующими элементами предотвращают одновременное протекание неконтролируемого значения силы тока между регулирующими элементами в аварийных режимах, например, при коротком замыкании в одном из регулирующих элементов выхода с его входом, питания.

Недостатками этого усилителя являются отсутствие защиты от перегрузки регулирующих элементов и невозможность обеспечения устойчивой работы, т.е. без генерации в режимах класса А и АВ.

Целью изобретения является расширение функшюнальных возможностей, заключающееся в обеспечении устойчивой работы в режимах всех классов такого двухполярного усилителя мощности, который содержит средства зашиты от перегрузки и средства предотвращения протекания между регулирующими элементами значения силы тока, превышак щего выбранное значение силы тока покоя, Цель достигается тем, что второй выход первого элемента зашиты от перегрузки соединен с входом второго токового порогового элемента, а второй выход второго элемента защиты от перегрузки соединен с входом первого токового порогового элемента. . Вновь введенные соединения совместно с имеющимися известными образуют триггерную связь между первым токовым пороговым элементом и вторым элементом защиты от перегрузки, а также между вторым токовым пороговым элементом и первым элементом защиты от перегрузки. Триггерная связь, являясь: положительной обратной связью, ускоряет переключение элементов зашиты от перегрузки, и токовых пороговых элементов из одного устойчивого состояния в другое, исключая нахождение указан.йых элементов в активной области усилЫ; тельного режима и образуя гистерезис между порогом срабатывания и порогом отпускания токовых пороговых элементов

I что в конечном итоге обеспечивает устойчивую без генерации работу двухполяр- ного усилителя мощности в режимах всех

-классов.

На чертеже приведена функциональная схема двухполярного усилителя мощности.

Последовательность расположения регулирующего элемента, токового порогового элемента и элемента зашиты от перегрузки между источником питания и нагрузкой может быть любой, но предпочтительной является такая последовательЪ ность, при которой выход регулирующего элемента соединен с нагрузкой, а между регулирующим элементом и источником

Двухполярный усилитель мощности содержит первый 1 и второй 2 регулирующие элементы, первый 3 и второй 4 токовые пороговые элементы, первый 5 и второй 6 элементы защиты от перегрузки, источники 7 и 8 питания соответственно положительной и отрицательной 0 полярности и блок 9 управления, Первый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента 1. Второй выход блока 9 управления соединен с управляющим входом второго регулирующего элемента 2, Выходы регулирующих элементов соединены с .шиной 10,являющейся выходом на нагрузку.

Первый регулирующий элемент 1 пос20 ледовательно через первый токовый пороговый элемент 3 и первый элемент 5 зашиты от перегрузки соединен с плю-. сом источника 7 питания положительной полярности. Второй регулирующий элемент 2 последовательно через второй токовый пороговый элемент 4 и второй элемент 6 защиты от перегрузки соединен с минусом источника 8 питания отрицательной полярности, Управляющий выход первого элемента 5 зашиты от перегрузки соединен с управляющим входом первого регулирующего элемента 1. Управляющий выход второго элемента 6 защиты от перегрузки соединен с управляющим

35 входом второго регулирующего элемента

2. Вход и выход первого токового порогового элемента 3 соединены соответственно с вторым выходом и входом второго элемента 6 зашиты от перегрузки, 40 триггерную связь, Вход и выход второго токового порогового элемента 4 соединены соответственно с вторым выходом и входом первого элемента 5 зашиты от

45 перегрузки, образуя между указанными элементами триггерную связь, Минус источника. 7 положительной полярности и плюс источника 8 отрицательной полярности соединены с шиной 11 "корпус, 02 6 ты от перегрузки при одновременном пропитания последовательно соединены токовыйпороговый элемент и элемент зашиты от перегрузки, При такой последовательности расположения укаэанных элементов обеспечивается независимость от значений напряжения на нагрузке режимов согласования токовых пороговых элементов с элементами защиты от перегрузки, Регулирующие элементы предназначены для пропускания тока от источника питания в нагрузку и тока покоя между регулирующими элементами, Первый (второй) элемент 5(6) зашиты от перегрузки предназначен для формирования на своем управляющем выходе сигнала, который ограничивает значение сигнала управления, поступающего на управляюйий вход первого (второго) регулирующего алемента 1 (2), в случаях, когда через первый (второй) регулирующий элемент 1 (2) протекает значение силы тока, превышающее максимальное нагрузочное значение силы тока, или когда на первом (втором) регулирующем элементе 1(2) рассеивается мощность, превышающая допустимую, а также в случае, когда на вход первого (второго) элемента 5(6) защиты от перегрузки действует сигнал с выхода второго (первого) токового элемента 4(3), причем в последнем случае значение сигнала управления ограничивается до уровня, обеспечивающего через первый (второй) регулирующий элемент 1(2) протекание значения силы тока, не превышающего выбранное для этого регулирующего элемента значение силы тока покоя. Одновременно с формированием сигнала на управляющем выходе первого (второго) элемента 5(6) зашиты от перегрузки на его втором выходе формируется сигнал, поступающий íà вход второго (первого) токового порогового элемента 4(3:, текании через первый (второй) регулирующий элемент 1(2) значения силы тока меньшего, чем выбранное значение силы тока порога срабатывания, но достаточного для того, чтобы совместное действие двух сигналов на первый (второй) токовый пороговый алемент 3(4) было эквивалентно действию на него сигнала от протекания через первый (второй) ре10 гулирующий элемент 1(2) значения силы тока, которое превышает выбранное значение силы тока порога срабатывания первого (второго) токового порогового элемента 3 (4), Действие сигнала, поступающего с второго выхода алемента 5(6) защиты от перегрузки на вход токового порогового элемента 4(3) приводит к образо-. ванию гистерезиса, т.е. к различию уровней порога срабатывания и порога отпускания токового порогового элемента. Самостоятельное действие указанного сигнала не вызывает формирование сигнала на выходе токового порогового элемента

Значение силы тока покоя может быть выбрано любым в диапазоне нагрузочных значений силы тока регулирующих элементов, но обычно выбирается в пределах нескольких единиц миллиампер, Выбранное значение силы тока покоя, протекающее через регулирующий элемент, устанавливается ограничением до требуемого уровня значения управляющего сигнала, который поступает на управляющий вход регулирующего элемента с выхода блока управления. Ограничение значения управляющего сигнала производится сигналом, формирующимся на управляющем выходе элемента зашиты 5(6) от перегрузки, когда на его вход действует сигнал с выхода токового порогового элемента 4(3).

Выбранные значения силы тока покоя для регулирующих элементов 1 и 2 могут быть не равными друг другу. Пороги срабатывания токовых пороговых элементов

3 и 4 выполняются равными или меньшими, чем выбранные значения силы тока покоя соответствующих регулирующих элементов и в общем случае могут быть не равными друг другу, Значение гистерезиса между порогом срабатывания и порогом отпускания токового порогового элемента может регулироваться выбором значения сигнала, поступающего с второго выхода элемента зашиты от перегрузки на вход токового порогового элемента.

35

Первый (второй) токовый пороговый алемент 3(4) предназначен для формирования на его выходе сигнала, который поступает на вход второго (первого) алемента 6(5) зашиты от перегрузки, в случае когда через первый (второй) регулирующий элемент 1(2) протекает ток,. превышающи и выбранное значение силы тока порога срабатывания первого (второго) токового порогового элемента 3(4), а также в случае, когда на вход первого (второго) токового порогового элемента

3(4) действует сигнал с второго выхода второго (первого) элемента 6 (5) заши738102

Блок 9 управления предназначен для одновременного формирования сигналов, поступающих на управляющие входы регулирующих элементов 1 и 2, чем обеспечйвается протекание тока покоя между регулирующими элементами при ои» сутствии тока в нагружу, При протекании тока в нагружу увеличивается значение сигнала, которым управляется регулирующий элемент, обеспечиваюший протекание тока в нагрузку, и уменьшается значение сигнала, которым управляется не работающий яа нагружу регулирующий элемент, Когда ток в нагрузку превысит выбранное значение силы тока покоя, значение сигнала, которым управляется не работающий на нагрузку регулирующий элемент, уменьшится вплоть до нулевого уровня, что соответственно приведет к уменьшению вплоть до нулевого уровнязначения силы тока, протекающего через не работающий HA нагрузку регулирующий алемент, Работа двухполярного усилителя мощности характеризуется следующими тремя случаями состояний токовых пороговых элементов, Первый случай,:Ha выходах токовых пороговых элементов сигналы не формируются, При отсутствии тока в нагрузку такое состояние возможно тогда, когда хотя бы один из сигналов управления, формйруемых блоком управления, не обеспечивает протекания через соответствующий этому сигналу регулирующий элемент значения силы тока, которое превышало бы значение силы тока порога сраба тывания токовых пороговых элементов., В этом случае при отсутствии тока в нагрузку через регулирующие элементы будет протекать значение силы тока покоя, которое равно меньшему из возможных к протеканию через регулирующие элементы значений силы тока.

Второй случай. На выходе только опного токового порогового элемента формируется сигнал. Это состояние рассмот Рено при описании назначения токовых порбговых элементов. В этом случае прн отсутствии тока в нагружу через регулирующие алементы будет протекать значение силы тока покоя, которое меньше значения силы тока порога срабатывания того токового порогового элемента, на выходе которого не формируется сигнал.

Третий случай. На выходе каждого токового порогового элемента формируются сигналы, В этом случае при отсутствии

5 !

О тока в нагружу, как это следует из описания назначения элементов защиты от перегрузки, через регулирующие элементы будет протекать значение силы тока покоя, которое будет равно меньшему из значения сил токов покоя регулирующих але ме нтов, выбранных поср е дством токовых пороговых элементов.

Во всех трех случаях состояния токовых пороговых элементов при протекании тока в нагружу, как это следует из описания назначения элементов зашиты от перегрузки и блока управления, через не работающий на нагрузку регулирующий. элемент не будет протекать значение силы тока, превышающее выбранное для этого регулирующего элемента значение силы тока покоя, При неисправности одного из регулиру20 ющих элементов между ними будет протекать значение силы тока, которое не будет превышать выбранного для другого регулирующего элемента значения силы тока покоя, При изменении направления и значения силы тока, протекающего в нагрузку, триггерные связи между токовыми пороговыми элементами и элементами зашиты от перегрузки ускоряют переключение элементов защиты и токовых пороговых элементов из одного устойчивого состояния в другое, исключая нахождение указанных элементов в активной области усилительного режима и образуя гистерезис между по35 рогом срабатывания и порогом отпускания токовых пороговых элементов. Все ато обеспечивает устойчивую без генерадии работу двухполярного усилителя мощности при возможности протекания конт ролируемого значения силы тока покоя между регулирующими элементами, т. е. также в режимах классов А и АВ.

Расширение области режимов устойчивой работы двухполярных усилителей мощности обеспечивается введением триггерных связей между элементами защиты от перегружи и токовыми пороговыми элементами, т.е. без дополнительных затрат в сравнении с известными техническими решениями, у которых предусмотрены меры по защите регулирующих элементов от перегрузки и предотвращению протекания через не работающий на нагружу регулирующий элемент неконтролируемого значения силы тока покоя, Формула изобретения

Двухнолярный усилитель мощности, содержащий блок управления, первый выход

738102

1И ПИ 3а хан 2 R 2 7/;S;.1 раж 995 Полписвог которого соедйнен с управляющим входом первого регулирующего элемента, второй выход соединен с управляющим входом второго регулирующего элемента, выходы регулирующих элементов соединены с нагрузкой, а по цепям питания первый регулирующий элемент последовательно через первый токовый пороговый элемент и первый элемент защиты от перегрузки соединен с плюсом источника питания положительной полярности и соответственно второй регулирующий эле мент через второй токовый пороговый элемент и второй элемент защиты от перегрузки соединен с минусом источни:---ка питания отрицательной полярности, при этом выход первого токового порогового элемента соединен с входом первого элемента защиты от перегрузки, выход второго токового порогового элемента соединен с входом первого элемента зашиты от перегрузки, а управляющие выходы первого и второго элементов защиты от перегрузки соединены с управляющими вхбдами соответствуюших регулирующих элементов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем второй выход первого элемента защиты от перегрузки соединен с входом второго токового порого-

10 ного элемента, а второй выход второго элемента защиты от перегрузки соединен с входом первого токового порогового элемента, Источники информапии, kS принятые во внимание при экспертизе

1, Патент CIIIA М 3484867, кл. 330-13, опублик. 1969, 2. Патент США N-. 3500218, кл. 330-11; опублик. 1970.

20 3 . Патент CILIA ¹ 3448395, кл. 330-13, опублик. 1970 (прототип).

Фил хат ППП k kатент", г.Ужгаро., уг< 1Тр>ек анар,.1