CS225585B1 - Zapojení pro proudovou a napěťovou ochranu výkonových zesilovačů - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro proudovou a napěťovou ochranu výkonových zesilovačů a tedy i pro ochranu proti výkonovému přetížení zejména zesilovačů s tranzistorovými koncovými stupni.

Výkonové zesilovače je nutno chránit proti překročení výstupního proudu, napětí nebo výkonu, aby nedošlo k překročení mezních hodnot použitých aktivních prvků i dalších součástek. Přebuzením zesilovačů vznikají nežádoucí harmonické i subharmonické kmitočty, které zvláště u širokopásmových lineárních výkonových zesilovačů se smyčkou záporné zpětné vazby způsobují rušivé kmitání, které může způsobit jejich přetížení. Při zapojení nesprávné zatěžovací impedance, příp. zkratu, může být překročena kolektorová ztráta koncových tranzistorů. Z těchto důvodů se zařazují do obvodů zesilovačů nelineární prvky, omezovače amplitud nebo pojistky. Nevýhodou známých zapojení je, že jejich funkce nezajistí současné omezení proudu i napětí, že omezovače amplitud zvětšují nelineární zkreslení a že přerušením pojistek dochází i k přerušení signálu.

Účelem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody. Podle podstaty vynálezu se toho dosahuje tím, . že výkonovéníti, zesilovači je předřazen čtyřpól, tlumící nebo zesilující, k jehož prvním vstupním svorkám je paralelně zapojen vstup prvního pomocného zesilovače s prvním detektorem, k jehož výstupu je připojen první hladinový klopný obvod, jehož výstup je připojen na druhý vstup spínacího obvodu, jehož první vstup je připojen k výstupu třetího hladinového klopného obvodu. Mezi výstupní svorky výkonového zesilovače je připojen první dělič, tvořený sériově spojenou první a druhou impedancí, a druhý dělič, tvořený sériově spojenou třetí a zatěžovací impedancí. Mezi společný bod první a druhé impedance a společný bod třetí a zatěžovací impedance je zapojen vstup druhého pomocného zesilovače s druhým detektorem, k jehož výstupu je připojen druhý hladinový klopný. obvod, jehož výstup je připojen k třetímu vstupu spínacího obvodu, jehož výstup, je připojen k druhému vstupu čtyřpólu.

Zapojení pro proudovou , a napěťovou ochranu výkonových zesilovačů podle vynálezu má výhodu v tom. že obvody ochran nejsou součástí vnitrní struktury výkonového zesilovače a v normálním provozním stavu nezhoršují jeho . nelineární zkreslení. Další výhodou je, že v době přebúzéříí výkonového zesilovače, které . nastává většinou Vlivem krátkodobých rušivých impulsů, je signál přenášen dále se sníženým ziskem zhruba po dobu trvání rušivého impulsu. Při přenosu hovoru nejsou tyto krátkodobé skokové změny zisku sluchem postřehnutelné.

Příklad zapojení podle vynálezu je dále popsán pomocí výkresu, kde na obr. 1 je blokové schéma zapojení, na obr. 2 je příklad konkrétního zapojení čtyřpólu a spínacího obvodu.

K vstupním svorkám 3, 4 výkonového zesilovače na obr. 1 je připojen čtyřpól PC, tlumící nebo zesilující. K jeho prvním vstupním svorkám 1, 2 je připojen první pomocný zesilovač PZ1 s detektorem Dl, jehož výstup je připojen k prvnímu hladinovému klopnému obvodu KOI. Výstup prvního klopného obvodu KOI je připojen na druhý vstup 10 spínacího obvodu SČ. Na první vstup 9 spínacího obvodu SC je připojen výstup třetího klopného obvodu KO3, jehož vstupní svorky 12, 13 jsou připojeny k dalším obvodům. Mezi výstupní svorky 5, 6 výkonového zesilovače VZ je připojen první dělič s první a druhou impedancí Zl, Z2 a druhý dělič s třetí a zatěžovací impedancí Z3, Z4. Mezi společný bod první a druhé impedance Zl, Z2 a společný bod třetí a zatěžovací impedance Z3, Z4 je zapojen vstup druhého pomocného zesilovače PZ2 s druhým detektorem D2, jehož výstup je připojen k druhému klopnému obvodu KO2. Výstup druhého klopného obvodu KO2 je připojen k třetímu vstupu 11 spínacího obvodu SČ. Výstup spínacího obvodu SC je připojen k druhému vstupu čtyřpólu PČ.

Když vstupní napětí na vstupních svorkách 1, 2 překročí přípustné maximální vstupní napětí a tedy rovněž výstupní napětí na svorkách 5, 6 překročí přípustné maximální výstupní napětí, překlopí se první klopný obvod KOI do stavu, který způsobí prostřednictvím spínacího obvodu SČ změnu přenosu čtyřpólu PČ, tj. zvětší se útlum nebo zmenší zisk. Tím se sníží výstupní napětí. Při poklesu vstupního napětí se znovu překlopí první klopný obvod KOI a přenos čtyřpólu PČ se vrátí na původní hodnotu. Tento obvod tedy zajišťuje nepřekročení dovoleného mezního výkonu při zatěžovací impedanci Z4 přibližně rovné jmenovité hodnotě.

Zatěžovací impedance Z4 je součástí impedančního můstku, zapojeného na výstupní svorky 5, 6 výkonového zesilovače VZ a tvořeného ještě první, druhou a třetí impedancí Zl, Z2, Z3. Můstek je vyvážen, je-li zatěžovací impedance Z4 rovna jmenovité hodnotě. Je-li zatěžovací impedance Z4 menší než 0,8 jmenovité hodnoty nebo větší než 1,2 jmenovité hodnoty, můstek je rozvážen. Druhý klopný obvod KO2 se překlopí do stavu, který prostřednictvím spínacího obvodu SČ způsobí změnu přenosu čtyřpólu PČ. Výkonový zesilovač VZ zůstane v provozu se sníženým výstupním výkonem, neboť druhý klopný obvod KO2 setrvá v překlopeném stavu i po odeznění vybavovacího napětí na jeho vstupu a vrací se do původního klidového stavu po jisté době buď automaticky nebo po vnějším zásahu např. ručním ovládáním. Bez této úpravy by docházelo k periodické změně přenosu čtyřpólu PČ při rozvážení můstku vlivem zatěžovací impedance Z4. Tento obvod zajišťuje nepřekročení dovoleného mezního proudu při zatěžovací impedanci menší než 0,8 jmenovité hodnoty a nepřekročení mezního napětí při zatěžovací impedanci větší než 1,2 jmenovité hodnoty.

Příklad konkrétního zapojení čtyřpólu PČ a spínacího obvodu SČ je na obr. 2. Ve funkci Čtyřpólu je zapojen dvoustupňový zesilovač s tranzistory TI, T2 se sériově paralelní zápornou zpětnou vazbou, zavedenou z ernltorového odporu R1 druhého tranzistoru T2 přes druhý odpor R2 do báze prvního tranzistoru TI. Ve funkci spínacího členu pracují čtyři hradla Bl, B2, B3, B4 typu NAND s otevřenými kolektorovými vstupy, jejichž vstupy propojené paralelně jsou připojeny na výstup pátého hradla B5 typu NAND. Na výstup pátého hradla B5 je současně připojen vstup signalizačního obvodu SO, který indikuje stav čtyřpólu PČ podle změn logického stavu na svém vstupu. Výstupy prvního a druhého hradla Bl, B2 paralelně spojené jsou přes pátou impedanci Z5 připojeny na bázi prvního tranzistoru TI, výstupy třetího a čtvrtého hradla B3, B4 paralelně spojené jsou přes šestou impedanci Z6 propojeny se společným bodem kolektoru prvního tranzistoru TI a báze druhého tranzistoru T2. Paralelním spojením výstupů hradel Bl, B2, B3, B4 se dosáhne snížení výstupního odporu a zvětšení regulačního rozsahu zisku čtyřpólu PČ. V normálním provozním stavu jsou první, druhý a třetí vstup 9, 10, 11 spínacího obvodu SČ ve stavu log 1. Pak výstup pátého hradla B5 a vstupy hradel Bl, B2, R3, B4 jsou ve stavu log 0, výstupy těchto hradel Bl, B2, B3, B4 jsou ve stavu log 1 a vykazují velký odpor, takže neovlivní činnost čtyřpólu PČ, neboť dynamický odpor v místě společného bodu páté impedance Z5 a báze prvního tranzistoru TI se vlivem záporné zpětné vazby blíží k nule. Dynamický odpor v místě společného bodu šesté impedance ZB a báze druhého tranzistoru T2 je mnohonásobně menší než výstupní odpor třetího a pátého hradla B3, BS. Objeví-li se na kterémkoli vstupu 9, 10, 11 spínacího obvodu SČ stav log 0, pak výstup pátého hradla B5 a s ním spojené vstupy hradel Bl, B2, B3, B4 budou ve stavu log 1. Výstupy těchto hradel Bl, B2, B3, B4 vykazují malý odpor, takže dojde k poklesu zisku dvoustupňového zesilovače o hodnotu, jejíž velikost lze ovlivnit volbou páté a šesté impedance Z5, ZB. Čtyřpól PČ bude pracovat se sníženým ziskem pokud alespoň jeden ze vstupů 9, 10, 11 spínacího obvodu SČ bude ve stavu log 0.

Claims (1)

1. Zapojení pro proudovou a napěťovou ochranu výkonových zesilovačů vyznačené tím, že výkonovému zesilovači (VZ) je předřazen čtyřpól (PČ), tlumící nebo zesilující, k jehož prvním vstupním svorkám (1, 2) je paralelně připojen vstup prvního pomocného zesilovače (PZ1) s prvním, detektorem (Dl), k jehož výstupu je připojen první klopný obvod (KOI), jehož výstup je připojen na druhý vstup (10) spínacího obvodu (SČ), jehož první vstup (9) je připojen k výstupu třetího klopného obvodu (KO3), přičemž mezi výstupní svorky (5, 6) výkonového zesilovače (VZ) je připojen první dělič, tvořený sériově spojenou první a druhou impedancí (Zl, Z2), a druhý dělič, tvořený sériově spojenou třetí a- zatěžovací impedancí (Z3, Z4), kde mezi společný bod první a druhé impedance (Zl, Z2) a společný bod třetí a zatěžovací impedance (Z3, Z4) je zapojen vstup druhého pomocného zesilovače (PZ2) s druhým detektorem (D2j, k jehož výstupu je připojen druhý klopný obvod (KO2), jehož výstup je připojen k třetímu vstupu (11) spínacího Obvodu (SČ), jehož výstup je připojen k druhému vstupu čtyřpólu (PČ).