усилитель мощности и способ, реализованный в нем

Формула изобретения

1. Схема усилителя мощности 20; 30, содержащая входной вывод для приема входного сигнала и выходной вывод для выдачи выходного сигнала, по меньшей мере один транзистор 21, 22; 31, 32; 61, 62, 63, 64 для усиления входного сигнала и выработки выходного сигнала и средство 26: 36 для управления входным сигналом, принимаемым на входном выводе, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство 40 для генерирования управляющего сигнала, который по существу отслеживает температуру по меньшей мере одного транзистора по меньшей мере в выбранном температурном диапазоне, при этом упомянутое средство для генерирования управляющего сигнала содержит средство для генерирования сигнала, который по существу соответствует мгновенным потерям мощности в упомянутом по меньшей мере одном транзисторе, причем упомянутое средство для управления входным сигналом управляет входным сигналом так, что предотвращается превышение управляющим сигналом предварительно определенного уровня, причем уровень соответствует предварительно определенной температуре по меньшей мере одного транзистора, которая равна или ниже установленной максимальной температуры по меньшей мере для одного транзистора.

2. Схема усилителя мощности по п.1, отличающаяся тем, что выбранный температурный диапазон включает установленную максимальную температуру по меньшей мере для одного транзистора.

3. Схема усилителя мощности по п.1 или 2, отличающаяся тем, что средство для генерирования управляющего сигнала включает в себя средство для измерения мощности питания, подаваемой по меньшей мере на один транзистор.

4. Схема усилителя мощности по п.3, отличающаяся тем, что средство для измерения подаваемой мощности питания содержит резистор, подсоединенный так, что ток, протекающий через резистор, умноженный на напряжение на резисторе, соответствует мощности питания, прикладываемой по меньшей мере к одному транзистору.

5. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что средство для генерирования управляющего сигнала включает в себя средство для моделирования тепловой постоянной времени по меньшей мере одного транзистора.

6. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что средство для генерирования управляющего сигнала включает в себя детектор среднего уровня, содержащий RC-цепь.

7. Схема усилителя мощности по п.6, отличающаяся тем, что постоянная времени RC-цепи соответствует тепловой постоянной времени упомянутого по меньшей мере одного транзистора.

8. Схема усилителя мощности по любому из пп.5 - 7, отличающаяся тем, что тепловая постоянная времени упомянутого по меньшей мере одного транзистора зависит от массы транзистора, теплоемкости транзистора и температурного сопротивления транзистора.

9. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что средство для генерирования управляющего сигнала содержит цифровой процессор сигналов.

10. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что средство для управления входным сигналом осуществляет управление входным сигналом путем ослабления или ограничения сигнала.

11. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что средство для управления входным сигналом содержит усилитель с регулируемым усилением, управляемым посредством управляющего сигнала.

12. Схема усилителя мощности по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что средство для управления входным сигналом содержит ограничитель с переменным пороговым уровнем ограничения, который управляется упомянутым управляющим сигналом.

13. Способ управления температурой транзистора в схеме усилителя мощности, имеющей входной вывод для приема входного сигнала и выходной вывод для выдачи выходного сигнала, включающий этапы измерения сигнала, который по существу соответствует мгновенным потерям мощности в транзисторе, генерирования управляющего сигнала, который по существу отслеживает температуру транзистора по меньшей мере в выбранном температурном диапазоне, с использованием измеренного сигнала, управления входным сигналом для предотвращения превышения входным сигналом предварительно определенного уровня, причем указанный уровень соответствует температуре транзистора, которая равна или ниже установленной максимальной температуры для транзистора.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что выбранный температурный диапазон включает установленную максимальную температуру для транзистора.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что этап генерирования управляющего сигнала включает этап формирования интеграла измеренного сигнала, причем упомянутый интервал включает в себя постоянную времени, которая по существу соответствует тепловой постоянной времени транзистора.

16. Способ по любому из пп.13 - 15, отличающийся тем, что этап генерирования управляющего сигнала включает этап детектирования среднего уровня упомянутого измеренного сигнала.

17. Способ по любому из пп.13 - 16, отличающийся тем, что этап управления входным сигналом включает в себя этап ослабления или ограничения входного сигнала.

18. Способ по любому из пп.13 - 16, отличающийся тем, что этап управления входным сигналом включает в себя этап регулировки усиления усилителя, на который подается входной сигнал.

19. Способ по любому из пп.13 - 17, отличающийся тем, что этап управления входным сигналом включает в себя этап установки порогового уровня схемы переменного ограничителя, на которую подается входной сигнал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к схеме усилителя мощности, имеющей средство для управления входным сигналом для ограничения температуры компонентов в схеме. Изобретение также относится к способу управления температурой

Предшествующий уровень техники

Выходной каскад усилителя мощности класса AB или B обычно проектируется с учетом максимального рассеяния мощности, которое должно возникать в наихудшем случае для выходной амплитуды/выходной мощности. Для синусоидального колебания рассеяние мощности в наихудшем случае будет иметь место при выходной амплитуде ( /2)V_cc, где V_cc - напряжение источника питания. На фиг. 1 показан усилитель 10 класса В, соединенный с динамиком 13. Коллектор npn-транзистора 11 соединен с выводом +V_cc источника питания, эмиттер npn-транзистора соединен с эмиттером pnp-транзистора 12 и коллектор pnр-транзистора 11 соединен с выводом - V_cc источника питания. Базы двух транзисторов соединены вместе для образования входного вывода. Эмиттеры двух транзисторов соединены с выходным выводом. Максимальная выходная амплитуда ограничена напряжениями источника питания +V_cc и +V_cc. Если входное возбуждение возрастает, то выходной сигнал будет искажен за счет ограничения. Выходная мощность определяется размахом по амплитуде и импедансом динамика. Усилитель, предназначенный для обработки всех типов аудиосигналов, например музыки, должен иметь возможность возбуждения непрерывно с потерями по мощности соответственно наихудшему случаю. В большинстве случаев именно потери по мощности определяют габариты и стоимость транзисторов. Характеристики напряжения и тока обычно более чем достаточны.

Известный способ, используемый в усилителях высококачественной аппаратуры звуковоспроизведения для преодоления проблем, связанных с компонентами высокой мощности и с большими радиаторами, состоит в увеличении на выходе напряжения питающей мощности на длительности коротких пиков. Это означает, что выходная мощность и потери мощности возрастают в течение короткого периода времени. Этот период времени, однако, должен поддерживаться достаточно коротким, чтобы избежать перегрева выходных транзисторов.

Усилитель аудиосигнала, содержащий аттенюатор, включенный на входе усилителя мощности, описан в международной заявке N WO 94/16493. Аттенюатор управляется детектором со среднеквадратичной характеристикой и пороговым детектором. Входные сигналы усилителя мощности, которые после усиления превысили бы среднеквадратичную характеристику по мощности, ослабляются аттенюатором.

Хотя схемы известного усилителя мощности, описанного выше, функционируют в достаточной степени адекватным образом, они имеют ряд недостатков.

Первый недостаток состоит в том, что схемы известного усилителя решают проблему пиковых сигналов путем изменения электрического потенциала источника питания для схем. Такая конструкция требует сложных схем и выработки источником питания по меньшей мере двух электрических потенциалов. Следовательно, такая конструкция является дорогостоящей в реализации и требует существенного пространства для размещения на печатной схеме.

Второй недостаток, свойственный усилителю мощности, описанному в международной заявке N WO 94/16493, состоит в том, что аттенюатор управляется сигналом, который зависит от измеренного входного среднеквадратического уровня. Эта конструкция не обеспечивает максимального использования потенциальной характеристики мощности усилителя мощности, так как она определяется не входным среднеквадратическим уровнем, а максимально допустимой температурой мощного транзистора. Данная проблема приводит в результате к тому, что такой усилитель необходимо проектировать с избыточными размерами, чтобы обеспечить обработку определенной выходной мощности. В результате габариты и стоимость усилителя возрастают.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание схемы усилителя мощности, которая преодолевает или снижает влияние вышеуказанных проблем. Кроме того, задачей изобретения является создание способа управления температурой транзистора в схеме усилителя мощности.

Проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в использовании в известных из предшествующего уровня техники схемах усилителя мощности комплексной схемы и в обеспечении по меньшей мере двух электрических потенциалов источником питания, который прост в реализации и не требует значительного пространства для размещения на плате печатной схемы.

Еще одна проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в том, что характеристика мощности мощных транзисторов в известных из предшествующего уровня техники усилителях мощности не использовалась эффективным образом. В результате известные усилители мощности проектируются с избыточными размерами, чтобы обеспечить обработку определенной выходной мощности. Это приводит к увеличению габаритов и стоимости усилителей.

Решение этой проблемы состоит в создании схемы усилителя мощности в соответствии с настоящим изобретением, содержащей входной вывод для приема входного сигнала и выходной вывод для выдачи выходного сигнала, по меньшей мере один транзистор для усиления входного сигнала и выработки выходного сигнала, средство для управления входным сигналом, принимаемым на входном выводе, и средство для генерирования управляющего сигнала, который по существу отслеживает температуру по меньшей мере одного транзистора по меньшей мере в выбранном температурном диапазоне. Средство для управления входным сигналом управляет входным сигналом таким образом, что предотвращается превышение управляющим сигналом предварительно определенного уровня, причем уровень соответствует предварительно определенной температуре по меньшей мере одного транзистора, которая равна или ниже установленной максимальной температуры по меньшей мере для одного транзистора.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения заявлен способ управления температурой транзистора в схеме усилителя мощности, имеющей входной вывод для приема входного сигнала и выходной вывод для выдачи выходного сигнала. Способ включает этапы измерения подаваемой на транзистор мощности питания, генерирования управляющего сигнала, который по существу отслеживает температуру транзистора по меньшей мере в выбранном температурном диапазоне, с использованием измеренной мощности питания, подаваемой на транзистор, и управления входным сигналом так, чтобы управляющий сигнал не превысил предварительно определенный уровень, причем указанный уровень соответствует температуре транзистора, которая равна или меньше максимальной температуры, установленной для транзистора.

Таким образом, допускается полный размах по амплитуде входного сигнала с короткими пиками, и входной сигнал ограничивается только в том случае, если его средний уровень слишком высок.

Задачей настоящего изобретения является создание схемы усилителя мощности, которая использует характеристику мощности мощных транзисторов эффективным образом. Также задачей настоящего изобретения является создание схемы усилителя мощности, экономичной в реализации и обеспечивающей возможность осуществления с малыми физическими габаритами. Кроме того, задачей изобретения является создание схемы усилителя мощности, питание на которую может подаваться от источника питания с одним фиксированным выходным потенциалом. А также задачей настоящего изобретения является создание способа управления температурой транзистора в усилителе мощности таким образом, чтобы характеристика выходной мощности выходного транзистора могла быть использована эффективным образом.

Преимуществом схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению, является то, что характеристика выходной мощности выходного транзистора используется эффективным образом. Кроме того, преимуществом схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению является то, что она экономична в реализации и может быть практически осуществлена с малыми физическими размерами. Кроме того, преимуществом схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению, является то, что она требует только одного фиксированного потенциала от источника питания. Дополнительным преимуществом способа управления температурой транзистора в усилителе мощности является то, что характеристика выходной мощности выходного транзистора используется эффективным образом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует известную из предшествующего уровня техники схему усилителя класса В, соединенного с динамиком;

Фиг. 2 иллюстрирует схему усилителя мощности, выполненную соответственно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует схему усилителя мощности, выполненную соответственно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 иллюстрирует схему защиты, соответствующую настоящему изобретению;

Фиг. 5 иллюстрирует схему детектора среднего уровня, соответствующую настоящему изобретению;

Фиг. 6 иллюстрирует часть схемы усилителя мощности, соответствующей третьему варианту осуществления изобретения, соединенной с динамиком;

Фиг. 7 иллюстрирует временную диаграмму режима работы в разомкнутом контуре схемы защиты, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг. 8 иллюстрирует временную диаграмму режима работы в замкнутом контуре схемы защиты, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг. 9 иллюстрирует блок-схему последовательности операций при работе схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению.

Детальное описание вариантов осуществления изобретения

В усилителе для динамика, который предназначен для работы только с речевыми сигналами, например в усилителях, используемых в составе мобильных устройств связи, таких как портативные телефоны, сотовые телефоны и аппаратура, обеспечивающая работу в громкоговорящем режиме для таких телефонов, можно использовать тот факт, что речевой сигнал может характеризоваться разностью в 20 дБ между пиковыми уровнями и средним уровнем сигнала. Действительно, речевой сигнал обычно характеризуется наличием коротких импульсных выбросов.

Уравнения (1) - (3), справедливые для синусоидального колебания и для усилителя мощности класса A или AB, поясняют влияние речевого сигнала в терминах рассеяния мощности.

где P_out - выходная мощность, x - выходной размах амплитуды (0<x<1), R1 - нагрузка на выходе, P_s - мощность, выдаваемая источником питания, и P_d - рассеяние мощности выходных транзисторов.

Из уравнения (3) можно заключить, что максимальное рассеяние мощности P_d в выходных транзисторах имеет место для выходного размаха x, равного 2/ . Если отношение пикового значения к среднему значению речевого сигнала предполагается равным 20 дБ и пиковые значения предполагаются не приводящими к ограничению выходного сигнала, то усредненный выходной размах x будет равным 0,1. Сравнение рассеяния мощности при выходном размахе, равном 0,1, с рассеянием мощности при выходном размахе, равном 2 , дает в результате следующее: P_d (0,1)/P_d(2 ) = 0,29. Этот результат показывает, что можно проектировать выходные транзисторы и соответствующие им радиаторы в расчете на обработку только лишь около 30% значения рассеяния мощности для наихудшего случая, если усиливаемый сигнал предполагается речевым сигналом. Разумеется, это требует использования схемы защиты транзистора, которая допускает прохождение коротких выходных пиков, но ограничивает среднюю мощность.

На фиг. 2 представлена схема усилителя мощности 20, соответствующая первому варианту осуществления изобретения. Коллектор npn-транзистора 21 соединен с выводом +Vcc источника питания, эмиттер npn-транзистора соединен с эмиттером pnp- транзистора 22, коллектор pnp-транзистора соединен с первым выводом резистора 24, а второй вывод резистора соединен с выводом - V_cc источника питания. Базы двух транзисторов соединены вместе и также соединены с выходом схемы переменного ограничителя 26. Входной вывод соединен с входом схемы переменного ограничителя. Первый вывод резистора соединен с входным выводом схемы защиты 25. Выходной вывод схемы защиты соединен с управляющим входом схемы переменного ограничителя. Эмиттеры двух транзисторов соединены с выходным выводом.

На фиг. 3 представлена схема усилителя мощности 30, выполненного в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Коллектор npn-транзистора 31 соединен с выводом +V_cc источника питания, эмиттер npn-транзистора соединен с эмиттером pnp-транзистора 32, коллектор pnp-транзистора соединен с первым выводом резистора 34, а второй вывод резистора соединен с выводом - V_cc источника питания. Базы двух транзисторов соединены вместе и также соединены с выходом усилителя 36 с переменным усилением. Входной вывод соединен с входом усилителя с переменным усилением. Первый вывод резистора соединен с входным выводом схемы защиты 35. Выходной вывод схемы защиты соединен с управляющим входом усилителя с переменным усилением. Эмиттеры двух транзисторов соединены с выходным выводом.

Как показано для первого и второго вариантов осуществления изобретения, электрический потенциал на входном выводе обозначен VI, электрический потенциал на выходном выводе обозначен V3, электрический потенциал на первом выводе резистора обозначен V5, и электрический потенциал на выходном выводе схемы защиты обозначен V2.

Схемы усилителей мощности, соответствующие первому и второму вариантам осуществления изобретения, работают аналогичным образом. На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая работу схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению. На первом этапе измеряется мощность, подаваемая по меньшей мере на один из выходных транзисторов 22, 32. Электрический потенциал V5 будет представлять собой однополупериодное выпрямленное колебание, эквивалентное току, протекающему через выходные транзисторы. Поскольку подаваемое напряжение питания постоянно, электрический потенциал V5 будет мерой тока, протекающего через выходной транзистор, и следовательно, мерой мощности, прикладываемой к выходному транзистору. Следует отметить, что значение резисторов предпочтительно выбрано малым. Предполагая, что напряжения источника питания +V_cc и - V_cc постоянны, электрический потенциал V5 будет представлять собой хорошую аппроксимацию мгновенных потерь мощности в выходных транзисторах. На втором этапе генерируется управляющий сигнал, который по существу отслеживает температуру выходного транзистора. Это делается с помощью схемы защиты 25, 35, которая использует измеренную приложенную мощность (см. первый этап). Схема защиты дополнительно описана ниже. На третьем этапе осуществляется управление входным сигналом схемы усилителя мощности для предотвращения того, чтобы сигнал управления превысил предварительно определенный уровень. Управление входным сигналом может быть реализовано, например, путем ограничения входного сигнала, как показано в первом варианте осуществления, или путем ослабления входного сигнала, как показано во втором варианте осуществления. Поскольку сигнал управления по существу отслеживает температуру по меньшей мере одного выходного транзистора, то предварительно определенный уровень может быть установлен так, чтобы соответствовать максимально допустимой температуре по меньшей мере для одного транзистора или, предпочтительно, температуре, немного ниже максимально допустимой температуры, чтобы обеспечить некоторый запас. Максимально допустимая температура для транзистора также определяется как установленная максимальная температура, поскольку эта температура обычно устанавливается изготовителем транзисторов. Описанные три этапа непрерывно повторяются, как показано на фиг. 9.

Выходные транзисторы могут теперь рассчитываться так, чтобы обеспечивать обработку полного размаха входного сигнала в случае речевых сигналов или сигналов с аналогичными характеристиками. Схема защиты транзистора будет снижать размах входного сигнала, если средний уровень станет слишком высоким. Это может иметь место, например, для постоянного синусоидального колебания с высоким уровнем.

Сравнивая первый и второй варианты осуществления, можно отметить, что основное различие между использованием схемы переменного ограничителя и усилителя с переменным усилением для снижения или ослабления входного сигнала состоит в том, что ограничитель вносит большее искажение в выходной сигнал. Схема переменного ограничителя, однако, требует меньшего числа компонентов для своей реализации и, следовательно, меньшего пространства для размещения на плате печатной схемы.

На фиг. 4 представлена схема защиты 40, соответствующая настоящему изобретению. Эта схема защиты может быть использована в качестве схем защиты 25, 35 в первом и во втором вариантах осуществления изобретения. Входной вывод детектора среднего уровня 41 соединен с входным выводом схемы защиты. Выходной вывод детектора среднего уровня соединен с первым выводом первого резистора 43. Второй вывод первого резистора соединен с положительным входом операционного усилителя 47, действующего как вычитатель, и с первым выводом второго резистора 44. Второй вывод второго резистора соединен с - V_cc. Отрицательный вход операционного усилителя соединен с первым выводом третьего резистора 45 и с первым выводом четвертого резистора 46. Второй вывод третьего резистора соединен с опорным потенциалом, а второй вывод четвертого резистора соединен с выходом операционного усилителя. Электрический потенциал на входе схемы защиты обозначен V5, электрический потенциал на выходе детектора среднего уровня обозначен V4, и электрический потенциал на выходе схемы защиты обозначен V2.

При низких уровнях сигнала V5, примерно соответствующих малым мгновенным потерям мощности в выходных транзисторах, выходной сигнал V2 схемы защиты будет близок к - V_cc, и ни схема переменного ограничителя, ни усилитель с переменным ограничением не будут снижать или ослаблять входной сигнал V1. Если мгновенные потери мощности в выходных транзисторах увеличиваются, то выходной сигнал V4 с детектора среднего уровня будет возрастать. Если выходной сигнал с детектора среднего уровня превысит опорный потенциал, образующий пороговый уровень, то выходной сигнал V2 по отношению к значению - V_cc усилителя будет равен (A * V4) - (В *(опорный потенциал)), где A и B- коэффициенты усиления схемы операционного усилителя, а символ * обозначает операцию умножения. Коэффициенты усиления установлены на значения первого, второго, третьего и четвертого резисторов 43, 44, 45 и 46.

На фиг. 5 показана схема детектора среднего уровня 50, соответствующая настоящему изобретению. Данный детектор среднего уровня может быть использован в качестве детектора среднего уровня 41, описанного выше со ссылками на фиг. 4. Данный детектор среднего уровня 50 представляет собой RC-цепь, содержащую резистор 51 и конденсатор 52. Электрический потенциал на входном выводе детектора обозначен V5, а электрический потенциал на выходном выводе обозначен V4. Значения резистора и конденсатора выбраны так, чтобы постоянная времени RC соответствовала "температурной постоянной времени" в выходных транзисторах. Понятие "температурной постоянной времени" поясняется ниже. При соответствующем выборе постоянной времени выходной сигнал V2 схемы защиты 25, 35, 40 будет отслеживать температуру выходных транзисторов по меньшей мере в выбранном температурном диапазоне. Предпочтительно, этот температурный диапазон включает максимальную температуру, которая установлена для выходных транзисторов. Выходной сигнал V2 со схемы защиты будет запаздывать относительно уровня входного сигнала VI точно так же, как температура запаздывает относительно значений потерь мощности в выходных транзисторах.

На фиг. 6 показана часть схемы усилителя мощности 60, соответствующей третьему варианту осуществления настоящего изобретения, соединенной с динамиком 68. В этом варианте осуществления динамик включен в мостовую схему. Коллектор первого npn-транзистора 61 и коллектор второго npn-транзистора 63 соединены с источником питания +V_cc Эмиттер первого npn-транзистора соединен с эмиттером первого pnp-транзистора 62 и с первым выводом динамика 68. Эмиттер второго npn-транзистора соединен с эмиттером второго pnp-транзистора 64 и со вторым выводом динамика. Коллектор первого pnp-транзистора соединен с коллектором второго pnp- транзистора и с первым выводом первого резистора 65 и с первым выводом второго резистора 66. Второй вывод первого резистора соединен с - V_cc Второй вывод второго резистора соединен с первым выводом конденсатора 67. Второй вывод конденсатора соединен с - V_cc. Базы первого npn-транзистора и первого pnp-транзистора соединены с первым входным выводом. Базы второго npn-транзистора и второго pnp-транзистора соединены со вторым входным выводом. Первый резистор соответствует резистору 24 и 34 в первом и втором вариантах осуществления соответственно. Резистор 66 и конденсатор 67 образуют RC-цепь, которая соответствует RC-цепи детектора среднего уровня 50, описанного выше. Электрический потенциал V4 на первом выводе конденсатора 67 будет приложен к операционному усилителю аналогично тому, как описано выше со ссылками на фиг. 4. Входные сигналы на первом и втором входных выводах имеют одинаковые амплитуды, но противоположные фазы. Первому и второму входным выводам будет предшествовать средство для управления входным сигналом. Может использоваться схема переменного ограничителя или усилитель с переменным усилением, аналогичные описанным выше в связи с первым и вторым вариантами осуществления изобретения соответственно. Однако средство для управления входным сигналом должно иметь возможность управлять, например, путем снижения или ослабления, сигналами как на первом, так и на втором входных выводах. Сигнал V4 должен в этом случае представлять собой двухполупериодное выпрямленное и отфильтрованное значение тока, протекающего через транзисторы 61, 62, 63 и 64 возбудителя динамика.

Настоящее изобретение поясняется ниже со ссылками на фиг. 7 и фиг. 8. На фиг. 7 показана временная диаграмма работы в режиме разомкнутого контура схемы защиты, соответствующей настоящему изобретению. Режим разомкнутого контура соответствует случаю, когда схема защиты 25, 35 отсоединена от схемы переменного ограничителя или от усилителя с переменным усилением. Режим разомкнутого контура представлен только для пояснения настоящего изобретения. На фиг. 8 представлена временная диаграмма работы в режиме замкнутого контура схемы защиты, соответствующей настоящему изобретению, т.е. когда электрический потенциал V2 управляет снижением или ограничением входного сигнала. Выходная мощность как функция времени, температура выходных транзисторов как функция времени и электрический потенциал V2 как функция времени показаны на трех диаграммах на фиг. 7 и фиг. 8. P1 - максимально допустимая постоянная выходная мощность, Т1 - максимально допустимая температура перехода выходных транзисторов.

В случае, когда выходная мощность усилителя мощности намного ниже его номинального значения, выходные транзисторы будут также находиться при температуре намного ниже их предельной температуры. Когда уровень сигнала мгновенно увеличивается, потери мощности также будут возрастать в то же время, но температура в выходных транзисторах будет увеличиваться медленно, и спустя бесконечный интервал времени температура установится на значении температуры перехода, определяемой температурным сопротивлением и внешней температурой. Это соотношение показано на фиг. 7.

Математически температурный отклик для скачка выходной мощности определяется уравнением (4) (где символ * обозначает операцию умножения):



где P - потери мощности после скачка (W), R_th - тепловое сопротивление для конкретного транзистора и конкретного радиатора (K/W), T_a - внешняя температура, которая считается постоянной (K), T₀ - начальная температура (K), m - масса конкретного транзистора и конкретного радиатора (кг), h - теплоемкость (Дж/(К^*кг)).

Уравнение (4) получено из дифференциального уравнения первого порядка, определенного уравнением (5) (символ * обозначает операцию умножения):



Если Т_а установить равной T₀, то формула будет подобна формуле для электрического потенциала конденсатора, который заряжается постоянным напряжением через резистор. Если постоянная времени (RC) детектора среднего уровня установлена как равная "тепловой постоянной времени" (m*h*R_th) и передаточная функция от тока транзистора к электрическому потенциалу V4 выбрана соответствующим образом, то, если выходная мощность становится равной максимальной допустимой постоянной выходной мощности P1, электрический потенциал V4 будет равен опорному напряжению, как показано на фиг. 4.

Как показано на фиг. 8, если электрический потенциал V2 управляет снижением или ограничением входного сигнала, то в выходной мощности будет формироваться пик на короткий период времени, когда выходная мощность испытывает скачок, который превышает максимально допустимый постоянный уровень выходной мощности. Выходная мощность будет затем медленно приближаться к уровню максимально допустимой постоянной выходной мощности P1. В то же время температура перехода выходных транзисторов будет медленно приближаться к максимально допустимой температуре перехода.

Как показано на фиг. 8, первый пик выходной мощности сначала не испытывает воздействия, но по мере того как V2 увеличивается, выходная мощность уменьшается и при этом температура выходных транзисторов будет медленно приближаться к их предельному значению. Если выходная мощность низка, то температура также остается низкой. Второй пик выходной мощности слишком короток, чтобы значение V2 могло увеличиться выше потенциала, близкого к - _cc, и температура также остается ниже предельного значения. Перед третьим пиком выходная мощность в течение некоторого времени находится близко к допустимому постоянному уровню, как и температура в выходных транзисторах соответственно. На этом этапе третий короткий пик приводит к увеличению V2 выше - V_cc и к снижению выходной мощности.

Следует иметь в виду, что цепь обратной связи, образующая схему защиты, может быть реализована с использованием цифровой технологии. В этом случае электрический потенциал V5 преобразуется в цифровое значение с помощью аналого-цифрового преобразователя. Температура выходных транзисторов затем вычисляется с помощью цифрового средства вычисления.

Кроме того, схема переменного ограничителя 26 и усилитель переменного усиления 36 в первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения могут также быть реализованы в цифровой технологии с помощью цифрового процессора сигналов.

Кроме того, следует иметь в виду, что ряд известных систем управления может быть использован для управления средством для управления входным сигналом с использованием сформированного управляющего сигнала, который по существу отслеживает температуру транзистора, и предварительно определенного порогового уровня в качестве входных сигналов.

Преимуществом схемы усилителя мощности, соответствующей настоящему изобретению, является то, что характеристика выходной мощности выходных транзисторов используется эффективным образом. Кроме того, преимуществом схем усилителей мощности, соответствующих настоящему изобретению, является то, что они экономичны в реализации и могут быть осуществлены на практике с малыми физическими размерами. Кроме того, преимуществом схем усилителя мощности согласно настоящему изобретению является то, что они требуют только одного фиксированного потенциала от источника питания. Преимуществом способа управления температурой транзистора в усилителе мощности согласно настоящему изобретению является то, что характеристика выходной мощности выходного транзистора используется эффективным образом.