Устройство защиты усилителя мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (и) (5п Н 03 F 1/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

dbms .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3362186/18-09 (22) 04.12.81 (461 07.04.84. Бюл. Р 13 (72) В.М.Кибакин и С.Н.Кулыгин .(71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. А.А.Жданова (53» 621.375.026(088.8) (56) 1. Патент Великобритании

М 1460853, кл. Н 3 Т, Н 02 Н 7/20, 06.01.77.

2. Авторское свидетельство СССР

М 614524, кл. Н 03 F 3/26, 18.04.75 (прототип ). (54)(57) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ УСИЛИТЕЛЯ

МОДНОСТИ, содержащее ключ в цепи возбуждения усилителя мощности, датчик :выходного тока и датчик выходного напряжения, соединенные с входами сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения мОщности рассеяния при переходных процессах и в режиме короткого замыкания, между выходом источника питания и управляющим входом ключа в цепи возбуждения усилителя мощности включены последовательно соединенные времязадающая цепь, пороговый элемент и релейный элемент, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а параллельно выходу времяз".äàþöåé цепи включен шунтирующий ключ, управляющий вход которого подключен к выходу релейного элемента.

Я

1084952

Изобретение относится к усилительной технике, в частности к области защиты мощных транзисторных усилителей звуковых сигналов, выполненных по типовой трансформаторной или мостовой схеме. 5

Известно устройство, позволяющее ограничить рассеяние мощности на электронном приборе путем периодической защиты электронного прибора от тока перегрузки (13.

Недостатком данного устройства является нечувствительность его к импульсным кратковременным изменениям сопротивления нагрузки, отсутствие элементов защиты от переходных процессов в момент включения напряжения питания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство защиты усилителя мощности, содержащее ключ в цепи возбуждения усилителя мощности, датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, соединенные со входами сумматора (.2.(.

Недостатком известного устройства является значительная мощность рассеяния на транзисторах усилителя мощности в режиме короткого замыкания.

Цель изобретения — уменьшение мощности рассеяния при переходных процессах и в режиме короткого замыкания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве защиты усилителя мощности, содержащем ключ в цепи воз- 35 буждения усилителя мощности, датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, соединенные с входами сумматора, между выходом счетчика питания и управляющим входом ключа в 4О цепи возбуждения усилителя мощнс(сти включены последовательно соединенные времязадающая цепь, пороговый элемент и релейный элемент, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а параллельно выходу времяэадающей цепи включен шунтирующий ключ, удравляющий вход которого подключен к выходу релейного элемента.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства защиты усилителя мощности; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема реализации функциональной схемы устройства защиты усилителя мощности, вариант. 55

Устройство защиты усилителя мощности (фиг. 11 содержит усилитель 1 мощности, датчик 2 выходного напряжения, датчик 3 выходного тока, сум- <() матор 4, релейный элемент 5, пороговый элемент б, ключ 7 в цепи возбуждения усилителя 1 мощности, времяэадающую цепь 8, шунтирующий ключ 9, источник 10 питания. 65

Устройство защиты усилителя мощности (фиг. 2 1 вводится в выходной двухтактный каскад усилителя мощности, содержащий транзисторы 11 и 12 одной структуры и транзисторы 13 и

14 другой структуры. Объединенные эмиттеры транзисторов 11 и 13, а также транзисторов 12 и 14 через соответствующие резисторы 15 и 16 подключены к первому выводу датчика 17 выходного напряжения, второй вывод которого соединен с соответствующей шиной 18 источника питания, коллекторы транзисторов 13 и 14 объединены и соединены через датчик 19 выходного тока с шиной 18 источника питания и непосредственно — с эмиттером первого транзистора 20 релейного элемента, база которого через прямосмещенный диод 21 соединена с первым выводом датчика 17 выходного напряжения, а через пороговый элемент на стабилитроне 22 — с точкой соединения конденсатора 23 и резистора 24, включенных между шинами 18 и 25 источника питания.

Кроме того, база первого транзистора 20 релейного элемента через резистор 2б соединена с коллектором второго транзистора 27 релейного элемента и с точкой соединения одних выводов, токоограничивающих резисторов 28 и 29, другие выводы которых соединены соответственно с базами транзисторов 11 и 12, объединенные коллекторы которых и эмиттер второго транзистора 27 подключены к шине 25 источника питания, при этом коллектор первого транзистора 20 релейного элемента через резистор 30 соединен с. базой второго транзистора 27 релейного элемента, а через диод

31 — c точкой соединения конденсатора 23 и резистора 24.

Диоды 32 и 33 включены соответственно между базами транзисторов

11, 13 и транзисторов 12 и 14, а базы транзисторов 13 и 14 соединены с вторичной обмоткой входного трансформатора 34.

Работу устройства целесообразно рассмотреть на примере конкретной реализации функциональной схемы (фиг. 1), представленной в виде принципиальной электрической схемы (фиг. 2), где транзисторы 11 — 14 (фиг. 2) соответствуют усилителю 1 мощности (фиг. 1), датчики 17 и 19 выходных напряжения и тока соответственно (фиг. 2) — датчикам 2 и 3 выходных напряжения и тока (фиг.1); первый и второй транзисторы 20 и 27 релейного элемента (фиг. 2) выполняют функцию сумматора 4, релейного элемента 5, шунтирующего ключа 9 (фиг. 11; конденсатор 23 и резистор

24 (фиг. 2! — времязадающей цепи 8 фиг. 3); диоды 32, 33 (фиг. 2

108495 ключ 7 в цепи возбуждения усилйтеля

1 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Примем в качестве исходного состояние устройства в момент подачи S на него напряжения питания. Для функционирования устройства необходимо подать напряжения возбуждения и смещения на базы транзисторов 11 — 14, что обеспечивается при открытом сос- 10 тоянии диодов 32 и 33 и при протекании тока по двум идентичным цепям: положительная шина 18 источника питания — вторичная полуобмотка входного трансформатора 34 — диоды 32, 33 резисторы 28, 29 — переход коллектор — эмиттер второго транзистора 27 релейного элемента — отрицательная шина 25 источника питания.

В исходном состоянии потенциалы базы и эмиттера первого транзистора

20 релейного элемента равны потенциалу положительной шины 18 источника питания, вследствие чего первый транзистор 20 релейного элемента закрыт, а следовательно, закрыт и второй транзистор 27 релейного элемента.

В результате -"разорванной" оказывается описанная выше цепь подачи смещения и возбуждения транзисторов

11, 14 и в этом случае наведенное во вторичной обмотке напряженке, возникающее прк включении питания на выходе предварительного усилителя вследствие перезаряда блокировочных и переходных емкостей, не подается 3S на базы транзисторов 11 — 14.

В исходном состоянии происходит заряд конденсатора 23 от источника питания через резистор 24, Как только конденсатор 23 заряживается до 40 порогового напряжения открывания стабилитрона 22, переход база — эмкттер первого транзистора 20 релейного элемента смещается в прямом направлении, поскольку его база оказывается соединенной с отрицательно заряженной обкладкой конденсатора 23, а эмиттер соединен с положительной шиной 18 источника питания.

В результате первый транзистор 20 релейного элемента открывается и своим коллекторным током отпирает второй транзистор 27 релейного элемента. Благодаря положительной обратной связи в схеме соединения первого и второго транзисторов 20 и 27 релейного элемента описанный процесс развивается лавинообразно к заканчивается в тот момент, когда оба транзистора входят в режим насыщения, вследствие чего замыкаются описанные последовательные цепи подачи напряжения возбуждения на базы транзисторов

11 — 14: положительная шина 18 источника питания — вторичные полуобмотки трансформатора 34 — диоды 32 и 65

33 — токоограничивающкй резистор 28 (291 — открытый переход коллектор эмиттер второго транзистора 27 релейного элемента — отрицательная шина

25 источника питания.

Как только открывается первый транзистор 20 релейного элемента, конденсатор 23 разряжается через его переход коллектор — эмиттер и диод

31, благодаря чему времязадающая цепь 8 оказывается подготовленной к новому включению.

В дальнейшем при работе усилителя в пределах допустимых режимов состояния элементов защиты не изменяются, для чего величины сопротивлений датчика 17 выходного напряжения и датчика 19 выходного тока подбираются такими, что значения переменных составляющих напряжений на них оказываются равнымк к на эмкттерно-базовых переходах первого к второго транзисторов ?О к 27 релейного элемента не возникает напряжений.

B случае возникновения аварийной ситуации, какой является перегрузка усилителя по выходу, когда сопротивление нагрузки оказывается меньше его номинальной величины, возрастает потребляемый выходными транзисторами ток, в то время как напряженке на нагрузке изменяется незначительно.

Вследствие этого переменная составляющая напряжения на датчике 19 выходного тока превышает напряженке на датчике 17 выходного напряжения, к первый транзистор 20 рабочего элемента запирается. Уменьшение его коллекторного тока является причиной запкрания второго транзистора 27

1 релейного элемента. Этот процесс происходит лавкнообразно и заканчивается з момент, когда первый к второй транзисторы 20 к 27 входят в режим отсечки, благодаря чему разрывается звено "переход коллектор — эмкттер второго транзистора 27 релейного элемента" описанной последовательной цепи подачи напряжений возбуждения к смещения транзисторов 11 — 14, диоды 32 к 33 закрываются, а сам усилитель переходит в так называемое

"дежурное" состояние, отличающееся от исходного наличием перегрузки в выходной цепи усилителя.

В "дежурном" состоянии вновь начинается заряд конденсатора 23, оканчивающийся открыванием стабклктрона 22, а также первого и второго транзисторов 20 к 27 релейного элемента подачей напряжения и возбуждения на базы транзисторов 11 — 14.

Однако- если в этот момент потребляемый кмк ток окажется больше номинального, вновь произойдет запкранке первого и второго транзисторов 20 и

27 релейного элемента и возврат усилителя в "держурное" состояние. Опи1() 84952 фиг 2 санные процессы повторяются в "дежурном" состоянии периодически, с периодом, равным времени доэаряда конден-сатора 23 до напряжения отпирания стабилитрона 22. Таким образом, до момента ликвидации причины перегрузки усилителя 1 мощности устройство защиты периодически "проверяет" режим работы усилителя и в случае аварийного режима разрывает цепь смещения и возбуждения транзисторов 10

11 — 14.

В случае ликвидации причин аварийного режима цепь возбуждения замыкается, а конденсатор 23 разряжается, Работа устройства защиты не нару- f5 шается при изменениях температуры окружающей среды благодаря включению между датчиком 17 выходного напряжения и базой первого транзистора 20 релейного элемента термокомпенсирую- 20 щего диода 21. Надежность работы устройства защиты гарантируется стабильностью порога срабатывания ее регистрирующих элементов: таковым в устройстве является порог эапирания первого транзистора 20 релейного элемента, открытого в рабочем состоянии.

При понижении температуры окружающей среды порог запирания.первого

-.ранзистора ?О релейного элемента возрастает, но одновременно увеличивается и падение напряжения на диоде

21, благодаря чему напряжение между баэой н эмиттером перВого транзистора 20 релейного элемента не изменяется, т.е. осуществляется термостабилиэация режима работы устройства.

В предлагаемом усилителе исключается возможность параэитной генерации на инфраниэких частотах благодаря задержке мОмента включения смещения и возбуждения транзисторов относительно момента включения питания.

Введение цепей термокомпенсации транзисторов защиты, открытых в "дежурном режиме", обеспечивает стабилизацию порога их срабатывания при больших изменениях температуры окружающей среды.

Использование принципа отключения напряжения возбуждения транзисторов при авариях дает Воэможность испольэовать один предварительный усилитель для раскачки нескольких мощных, поскольку обеспечивается полное отключение "аварийного блока и исключается его влияние на остальные, а также уменьшить мощность рассеяния при переходных процессах и в режиме короткого замыкания.

ВНИИПИ ЗаКаэ 2034/52

Тираж 8б2 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул .Проектная,4