Усилитель мощности

 

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий входной операционный усилитель , инвертирующий вход которого соединен с одним выводом резистора отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход - с общей шиной, а выход - с базами первого и второго транзисторов предвыходного каскада , включенных по схеме с общим эмиттером , имеющих разную структуру, эмиттеры которых объединены, а коллекторы соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов выходного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, коллекторы которых объединены и подключены к одному выводу нагрузки, а также первый, второй и третий резисторы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, первый и второй резисторы соединены последовательно и включены между объединенными эмиттерами первого и второго транзисторов и общий шиной, а между точкой соединения первого и i второго резисторов и инвертирующим входом входного операционного усили (Л теля введены два диода, соединенных встречно параллельно, при этом второй вывод нагрузки соединен с вторым выводом pes icTopa отрицательной обратной связи и через третий резистор - с общей шиной. 05 -0 4; о: чиь f .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(бР Н 03 F 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3490177/ 18-09 (22) 08.09.82 (46) 23.07.84, Бюл.В 27 (72) Ю.В.Александров и В.М.Кузнецов (53) 621.375.026(088.8) (56) 1. Патент США - 3772606, кл. Н 03 F 3/20, 13. 11.73.

2. Гутников. В.С. "Интегральная электроника в измерительных устройствах". Л., "Энергия", 1980, с.32, рис.2-7б (прототип). (54)(57) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий входной операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с одним выводом резистора отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход — с общей шиной, а выход — с базами первого и второго транзисторов предвыходного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, эмиттеры которых объединены, а коллекто„„SU„„1104646 А ры соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов выходного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, коллекторы которых объединены и подключены к одному выводу нагрузки, а также первый, второй и третий резисторы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, первый и .второй резисторы соединены последовательно и включены между объединенными эмиттерами первого и второго транзисторов и общий шиной, а между точкой соединения первого и второго резисторов и инвертирующим 9 входом входного операционного усйлителя введены два диода, соединенных встречно параллельно, при этом второй С вывод нагрузки соединен с вторым выводом резистора отрицательной обратной связи и через третий резис- фим тор — с общей шиной. Эвам г .1 . 110464

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в управляющих устройствах.

Известен усилитель мощности, содержащий операционный усилитель (ОУ) и выходной каскад, выполнен5 ный на двух транзисторах разной структуры, соединенных последовательно по постоянному току(1).

Однако выходное напряжение такого усилителя не может быть больше выходного напряжения, используемого в качестве входного каскада.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является усиL литель мощности, содержащий входной

ОУ, инвертирующий вход которого соединен с одним выводом резистора отрицательной обратной связи (ООС), неинвертирующий вход — с общей шиной, а выход — с базами первого и второго транзисторов предвыходного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, эмиттеры которых объединены, а коллекторы соединены с базами соответственно третьего и четвертого транзисторов выходного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру коллекторы которых объеди1

30 нены и подключены к одному выводу нагрузки, а также первый, второй и третий резисторы(2 3.

Однако в известном устройстве достаточно высокий уровень нелинейных динамических искажений при работе на индуктивную нагрузку с использова. нием обратной связи по току в нагрузке эа счет глубокого насыщения на определенных частотах транзисторов предвыходного каскада и ОУ, Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений.

Цель достигается тем, что в усилителе мощности, содержащем входной

0С, инвертирующий вход которого соеди-4 нен с одним выводом резистора отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход — с общей шиной, а выход — с базами первого и второго транзисторов предвыходного каскада, вклю- о ченных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, эмиттеры которых объединены, а коллекторы соединены с базами, соответственно третьего и четвертого транзисторов выход- 55 ного каскада, включенных по схеме с общим эмиттером, имеющих разную структуру, коллекторы которых объеди

6 2 нены и подключены к одному выводу нагрузки, а также первый, второй и третий резисторы, первый и второй резисторы соединены последовательно и включены между объединенными эмиттерами первого и второго транзисторов и общей шиной, а между точкой соединения первого и второго резисторов и инвертирующим входом входного ОУ введены два диода, соединенных встречно параллельно, при этом второй вывод нагрузки соединен с вторым выводом резистора ООС и через третий резистор — с общей шиной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема усилителя мощности.

Усилитель мощности содержит входной ОУ, первый и второй транзисторы 2 и 3 предвыходного каскада, тре,тий и четвертый транзисторы 4 и.5 выходного каскада, резистор 6 ООС, первый, второй и третий резисторы 7-9, диоды 10 и 11, нагрузку 12.

Усилитель мощности работает следующим образом.

Первый резистор 7 должен выбираться с таким минимальным сопротивлением, чтобы входное сопротивление предвыходного каскада соответствовало ыагрузочной способности ОУ 1, второй резистор 8 должен обеспечивать такой режим, чтобы при равенстве падения напряжения на нем напряжению на открытых диодах 10 и 11 коллек1 торный ток первого и второго транзисторов 2 и 3 предвыходного каскада был достаточен для насыщения третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 выходного каскада.

Усилитель мощности работает так, что при достижении током эмиттера первого и второго транзисторов предвыходного каскада такой величины, при которой падение напряжения на втором резисторе 8 становится равным напряжению отпирания соответствующего диода 10 или 11, наступает режим искусственного ограничения этого тока, и следовательно управляющего тока третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 выходного каскада. При достаточно большом коэффициенте усиления операционного усилителя 1 (К ) 1А передаточный коэффициент первых двух каскадов усилителя

Э

k=—

1 U . (где 1 — эмиттерный ток

6х э первого и второго транзисторов 2

1 10464 6

R к„= 4 ах 8-u„R„- и

Эппхх p sx R ° R R

9 BX 8 3

Составитель И.Водяхина

Редактор Н.Пушненкова Техред С.Мигунова Корректор A-Фоври

Заказ 5320/42 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и, открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Филиал ППП "Патент", или 3 предвыходного каскада, U „ — напряжение входного сигнала) определяется в этом режиме соотноше нием где 1 Π— дифференциальное сопротивление открытого диода

10 (41,42), Р „ — сопротивление входного резистора операционного усилителя 1, Ц — сопротивление второго ре1S зистора 8.

Таким образом, эмиттерный ток первого и второго транзисторов 2 и 3, предвыходного каскада в режиме искусственного ограничения будет где 0 — прямое напряжение на от25

* крытом диоде.

Второй резистор RB выбирается под конкретный тип диодов 10 и 11 так, чтобы 1п„„ „и, следовательно, максимальный управляющий ток третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 выходного каскада обеспечивали их насьпцение. Поэтому в статическом режиме при насьпцении третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 выходного каскада, 35 когда внешняя обратная связь становится бездействующей, увеличение эмиттерного тока соответствующего первого или второго транзистора 2(3) предвыходного каскада происходит лишь до 4О величины 1 „,которая практически не и Ill С(Х зависит от величины входного сигнала усилителя мощности. Первый и второй транзисторы 2 и 3 предвыходного каскада, при этом остаются в активном 4> режиме, поэтому инерционность каскаца в данной схеме определяется лишь частотными характеристиками транзисторов. Искусственное ограничение выходного сигнала операционного усилителя I одновременно предотвращает явление его "защелкивания, если оно возможно в данном типе операционного усилителя. Аналогично схема работает и в динамическом режиме в случае индуктивной нагрузки. В этом случае насьпцение выходного каскада может иметь место и при малых входных сигналах усилителя мощности. Зто происходит вследствие того, что мгновен ная величина тока в индуктивной нагрузке существенно зависит от величины и от частоты входного сигнала.

Поэтому при одном и том же входном сигнале с ростом частоты возрастает рассогласование на входе операци. онного усилителя 1, что в конце концов приводит к насьпцению третьего и четвертого транзисторов 4 и 5 выходного каскада, при котором внешняя обратная связь становится неэффективной. Но при этом в отличие от известного устройства в предлагаемой схеме насыщение предвыходного каскада и операционного усилителя 1 не происходит благодаря введенным в усилитель мощности элементам и связям.

В результате первый и второй транзисторы 2 и 3 предвыходного каскада остаются в активном режиме и для перехода их из открытого состояния в закрытое (при уменьшении входного сигнала или изменении его полярности) не требуется время на рассасшвание избыточных носителей заряда, и, следовательно, переход этот происходит быстрее, чем в известном (при насьпце". нии транзисторов). В результате нели" нейные искажения усилителя мощности в том же диапазоне частот уменьшаются более, чем вдвое по.сравнению с известным устройством.