усилитель мощности с защитой

Формула изобретения

Усилитель мощности с защитой, содержащий два идентичных канала усиления, включающих каждый входной, промежуточный, предоконечный каскады и оконечный двухтактный каскад, и схему защиты от перегрузки при включении, отличающийся тем, что в оконечные двухтактные каскады каналов усиления введены схемы «вольтдобавки», каждая из которых образована резистивным делителем, включенным между эмиттерами транзисторов раскачки выходных транзисторов оконечного каскада, и элементами положительной обратной связи, соединяющими эмиттеры транзисторов раскачки с коллекторами выходных транзисторов оконечного каскада, при этом средние точки резистивных делителей схемы «вольтдобавки» каналов усиления соединены между собой двунаправленным электронным ключом, управляющий вход которого через последовательно соединенные пороговое устройство и выпрямитель подключен к выходу сумматора сигналов, входы которого соединены через фильтры верхних частот с выходами каналов усиления.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в транзисторных усилительных устройствах.

Известен двухтактный усилитель (А.с. №1020975 от 20.11.1981 г., МПК: H 03 F 3/26), имеющий двухтактный оконечный каскад, собранный на комплиментарных транзисторах.

Однако при всех своих достоинствах этот усилитель не позволяет получить высокую выходную мощность, обеспечить высокий КПД и не защищен от перегрузки при включении.

Известен усилитель мощности (А.с. №1124426 от 03.08.1983 г., МПК: H 03 F 3/26), взятый в качестве ближайшего аналога, который имеет два идентичных канала усиления, содержащих каждый входной, промежуточный, предоконечный каскады и двухтактный оконечный каскад, и схему защиты от перегрузки при включении.

Этот усилитель позволяет получить более высокую выходную мощность, несколько повысить КПД и имеет защиту от перегрузки при включении.

Однако в нем не использованы максимально усилительные свойства выходного каскада по напряжению из-за ненедостаточной "раскачки" выходных транзисторов, что в целом ведет к снижению КПД. Кроме того, усилитель не защищен от протекания в оконечном каскаде сквозных токов в режиме ограничения выходного сигнала, что приводит к перегрузке по току выходных транзисторов оконечного каскада и источника электропитания.

Основной задачей, решаемой предлагаемым усилителем мощности, является повышение КПД и защита от протекания сквозных токов в оконечном каскаде в режиме ограничения выходного сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном усилителе мощности с защитой, содержащем два идентичных канала усиления, включающих каждый входной, промежуточный, предварительный каскады и оконечный двухтактный каскад, и схему защиты от перегрузки при включении, в оконечные каскады каналов усиления введены схемы "вольтдобавки", соединенные между собой двунаправленным электронным ключом, управляющий вход которого через последовательно соединенные пороговое устройство и выпрямитель подключен к выходу сумматора сигналов. Входы сумматора через фильтры верхних частот соединены с выходами каналов усиления. Схема "вольтдобавки" в конкретном варианте исполнения образована резистивным делителем, включенным в эмиттерную цепь транзисторов "раскачки", и двумя элементами положительной обратной связи, соединяющими эмиттеры транзисторов "раскачки" с коллекторами выходных транзисторов оконечного каскада. Средние точки делителей "вольтдобавки" соединены между собой через двунаправленный электронный ключ.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого усилителя мощности с защитой.

Усилитель содержит два канала усиления 1, 2, состоящих каждый из входного 3, промежуточного 4, предоконечного 5, оконечного 6 каскадов и цепи обратной связи 7, схему защиты от перегрузки при включении 8 на оба канала 1, 2, подключенных к нагрузке 9. Кроме того, усилитель содержит два фильтра верхних частот 10, 11 (по фильтру на каждый канал), сумматор сигналов 12, выпрямитель сигналов 13, пороговое устройство 14, двунаправленный электронный ключ 15 и схемы "вольтдобавки" 16, которыми снабжены оконечные каскады каналов 1, 2. Каждая схема "вольтдобавки" состоит из элементов местной положительной обратной связи 17, 18 и делителя на элементах 19, 20 для подачи дополнительного напряжения смещения. Делитель 19, 20 включен между эмиттерами транзисторов "раскачки" каскадов 6, средние точки делителей подключены к ключу 15, управляющий вход которого через последовательно соединенные пороговое устройство 14 и выпрямитель13 подключен к выходу сумматора сигналов 12. Входы сумматора через фильтры верхних частот 10, 11 подключены к соответствующим выходам каналов усиления 1, 2.

Конкретный вариант усилителя мощности с защитой выполнен на транзисторных сборках 1НТ251, 2ТС622А в предоконечном каскаде и транзисторах 2Т818А, 2Т819А, 2Т879А в оконечном каскаде. При этом в оконечном каскаде в каждом плече усиления установлено по три транзистора 2Т879А. В качестве двунаправленного электронного ключа применен диодный мост, выполненный на диодах типа 2Д212А, с включенным в диагональ моста транзистором типа 2Т819А.

Усилитель позволяет получить на нагрузке Z=0,6 Ом (шесть акустических систем Z=4 Ом, включенных параллельно) мощность 500 Вт при КПД около 70% (ориентировочно на 15% выше ближайшего аналога). Коэффициент нелинейных искажений в диапазоне частот 20...20000 Гц - не более 0,1%. Усилитель рассчитан на применение в мощных звукоусилительных и звуковещательных установках. Изготовлен и испытан опытный образец.

Сказанное выше свидетельствует о возможности изготовления в промышленных условиях, работоспособности предлагаемого технического решения, т.е. заявляемый объект удовлетворяет требованию промышленной применимости.

Предлагаемый усилитель мощности работает следующим образом.

Входной сигнал противофазно поступает на входные каскады 3 каналов 1, 2, далее он усиливается, проходя через последовательно соединенные каскады 4, 5, 6, и поступает в нагрузку 9. При работе усилителя в номинальном режиме, когда уровень выходного сигнала не достигает ограничения по амплитуде, двунаправленный электронный ключ 15 открыт и схемы "вольтдобавки" 16 соединены между собой. В связи с этим средние точки резистивных делителей 19, 20 каналов усиления 1, 2 имеют одинаковый потенциал, независящий от уровня входного сигнала и равный половине напряжения источника питания. Дополнительное напряжение, подаваемое на транзисторы "раскачки" оконечного каскада 6 и определяемое соотношением элементов обратной связи 17, 18 и элементов делителя 19, 20, позволяет довести выходные транзисторы оконечного каскада практически до режима насыщения, что обеспечивает повышение КПД усилителя мощности. При наличии на выходе усилителя мощности ограничения выходного сигнала по амплитуде, когда уровень входного сигнала превышает номинальное значение, из-за полного насыщения и значительной емкости баз выходных транзисторов увеличивается время выключения этих транзисторов, что приводит к протеканию сквозного тока в оконечном каскаде на частотах выше 10000 Гц. Для исключения протекания сквозных токов выходные сигналы каналов 1, 2, проходя через соответствующие фильтры высоких частот 10, 11, складываются в сумматоре 12. Результирующий сигнал выпрямителем 13 преобразуется в постоянное напряжение, которое поступает на пороговое устройство 14, отключающее ключ 15. В результате чего исключается влияние "вольтдобавок" на оконечные каскады.

Таким образом, в предлагаемом усилителе мощности реализуется защита от протекания сквозных токов в оконечном каскаде в режиме ограничения выходного сигнала.

Усилитель мощности обладает более высоким КПД по сравнению с ближайшим аналогом при достижении высоких мощностей.