CS244606B1 - Výkonový zesilovač signálů nfzkáho kmitočtu - Google Patents

Abstract

Podstata řoěoní spočívá v tom, že v každá včtvi napájecího napití integrovaného obvodu - operačního seailovače a pomocným satižovacím odporem na výstupu ja aapojen atabilisačnl transistor, jehož omitor je spojen ae svorkou napájecího napití integrovaného obvodu, jeho báze je spojena přes Zenerovu diodu aa společnou svorkou napájecího napiti zesilovače a přes odpor se svorkou napájecího napití celého seailovače a jeho kolektor je přes snímací odpor spojen ao svorkou napájení celého seailovače. V každá větvi je dále výkonový transistor, jo-, hož báse jo spojena s kolektorem otabilisačního tranzistoru, jeho emitor je spojen se svorkou napájecího napčtl csláhs zesilovače a jeho kolektor jo spojen s výstupní svorkou zesilovače. Obvody se stabilizačními transistory a Zonerovými diodami stabllisují napájecí napětí integrovaného obvodu - operačního zesilovače na optimální hodnotu, nosávislou na kolísání napájecího napětí celého zesilovače. Proud snímacími odpory odpovídá proudu do per mocného satěžovacího odporu. Úbytek napětí na snímacích edperech spůsobuje otevření výkonových tranzistorů a na výstupní svorce zesilovače je sssílená vstupní napětí zesilovače. Tato napětí může být mnohem větěí než dovolená maximální velikost napájecího napětí samostatného integrovaného obvodu.

Description

Autor vynálezu MUSIL VÍTEK ing., HOLEŠOV, ZATLOUKAL PETR, GOTTWALDOV (54) Výkonový zesilovač signálů nfzkáho kmitočtu

Podstata řoěoní spočívá v tom, že v každá včtvi napájecího napití integrovaného obvodu - operačního seailovače a pomocným satižovacím odporem na výstupu ja aapojen atabilisačnl transistor, jehož omitor je spojen ae svorkou napájecího napití integrovaného obvodu, jeho báze je spojena přes Zenerovu diodu aa společnou svorkou napájecího napiti zesilovače a přes odpor se svorkou napájecího napití celého seailovače a jeho kolektor je přes snímací odpor spojen ao svorkou napájení celého seailovače. V každá větvi je dále výkonový transistor, jo-, hož báse jo spojena s kolektorem otabilisačního tranzistoru, jeho emitor je spojen se svorkou napájecího napčtl csláhs zesilovače a jeho kolektor jo spojen s výstupní svorkou zesilovače. Obvody se stabilizačními transistory a Zonerovými diodami stabllisují napájecí napětí integrovaného obvodu - operačního zesilovače na optimální hodnotu, nosávislou na kolísání napájecího napětí celého zesilovače. Proud snímacími odpory odpovídá proudu do per mocného satěžovacího odporu. Úbytek napětí na snímacích edperech spůsobuje otevření výkonových tranzistorů a na výstupní svorce zesilovače je sssílená vstupní napětí zesilovače. Tato napětí může být mnohem větěí než dovolená maximální velikost napájecího napětí samostatného integrovaného obvodu.

Vynález se týká výkonového zesilovače signálů nízkého kmitočtu, které se používají např. v akustických reprodukčních zařízeních, pro napájení motorů v automatizační technice a pod.

Zvyšování výkonu zesilovače se děje buá zvýšením napájecího napětí, nebo snížením velikosti zatěžovacího odporu. Zvyšování napájecího napětí je omezeno maximálním dovoleným průrazným napětím použitých prvků, především tranzistorů.

Při snižování velikosti zatěžovacího odporu rostou proudy v obvodech zesilovače. Ztráty napětí na přechodech polovodičových prvků v zsilovači a ve zdroji napájecího napětí pro zesilovač jsou závislé na odebíraném proudu.

Odpor přívodních vodičů a spojů, např. na konektorech, není zanedbatelný vzhledem k zatěžovacímu odporu, klesá dosažitelná účinnost. Při vysokých hodnotách proudu klesá i zesilovací činitel tranzistorů.

S ohledem na Icnstrukčnl provedení vinutí nelze řešit motory použitím nízkých odporů..

Jsou známy zesilovače ve formě monolitického integrovaného obvodu. Jejich dosažitelný výkon pro spotřebič je výrobcem limitován přibližně 20 * při maximálním přístupném napájecím napětí + 20 V /= 40 V/.

Pro vyšší výkony se monolitické integrované obvody nevyrábějí. Výkonové zesilovače vyššího výkonu se obvykle sestavují z diskrétních tranzistorů. Výroba takových zesilovačů je pracná, klade vysoké nároky na kvalifikaci pracovníků, vyžaduje používání speciálních měřicích přístrojů pro jejich nastavení a proto je ve výsledku nákladná.

Pro speciální účely se vyrábějí tzv. hybridní integrované obvody. Vzhledem k jejich vysoké ceně však jejich použití nepřichází v úvahu ve velkosériové výrobě konzumních výrobků.

Jsou známy výkonové zesilovače, které tvoří monolitický integrovaný obvod, k němuž jsou připojeny symetricky v kladné a záporné větvi napájecího napětí Zenerovy diody, snímací odpory a emitory a báze komplementární dvojice výkonových tranzistorů, jejich kolektory jsou spojeny s výstupní svorkou celého zesilovače a přes zpětnovazební odpor s invertujícím vstupem integrovaného obvodu.

Zenerovy diody snižují napětí pře napájení integrovaného obvodu z napájecího napětí pro výkonové tranzistory, kterými se dosahuje většího výstupního výkonu. Má-li být maximálně využito přípustné napájecí napětí integrovaného obvodu, je nutno tsabilizovat napájecí napětí celého zesilovače.

Potřebný stabilizátor má velká rozměry, je potřebné řešit problém chlazení a účinnost stabilizátoru je problematická.

Uvedená problémy a nevýhody řeší výkonový zesilovač signálů nízkého kmitočtu podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že integrovaný obvod, vytvořený jako operační zesilovač, je v každá větvi napájecího napětí spojen s emitorem stabilizačního tranzistoru, jehož kolektor je spojen ee snímacím odporem a s bází výkenevéhe tranzistoru a jeho báze je spojena přes Zenerovu diodu se společnou svorkou napájecího napětí zesilovače a přes odpor se svorkou napájecho napětí celého zesilovače.

Výkonový tranzistor kladné větve napájecího napětí je při tom typu FNP, Zenerova dioda kladné větve napájecího napětí je polována katodou na bázi stabilizačního tranzistoru, který je typu NPN.

Výkonový tranzistor záporná větve napájecího napětí je typu NPN, Zenerova dioda záporné

24460«

Větve napájecího napětí je polována anodou na běsi stabilizačního transistoru, který je typu PUP.

fteěení zesilovače podle vynálezu odtraňuje nevýhody dosud známého typu zesilovače. Napětí pro napájení integrovaného obvodu je konstantní při změnách napájecího napětí celého zesilovače a velikost proudu tekoucího stabilizátorem do integrovaného obvoda je při tom téměř shodné s velikostí proudu tekoucího snímacími odpory.

Přiklad konkrétního provedení zesilovače podle vynélezu je znázorněn na obr. 1. Monolitický integrovaný obvod 1, který tvoří výkonový operační zesilovač, je kladnou svorkou 2 napájecího napětí spojen e emitorem stabilizačního tranzistoru g typu NPN, který stabilizuje kladné napájecí napětí, zápornou svorkou £ napájecího napětí je spojen s emitorem stabilizačního tranzistoru g typu PNP, který stabilizuje záporné napájecí napětí.

Výstupní svorka 2 monolitického integrovaného obvodu 2 je spojena přes pomocný zatěěovací odpor 2 ee společnou svorkou g napájecího napětí. Kolektor stabilizačního tranzistoru _3 je spojen s jedním koncem snímacího odporu 2 a i bází výkonového transistoru 10 typu PNP.

Emitor výkonového tranzistoru 10 je spojen s druhým koncem snímacího odporu g a kladnou svorkou 11 napájecího napětí celého zesilovače. Kolektor stabilizačního tranzistoru g je spojen s jedním koncem snímacího odporu 12 a s bází výkonového tranzistoru 13 typu NPN.

Emitor výkonového transistoru 13 je spojen s druhým koncem snímacího odporu 12 a zápornou svorkou 14 napájecího napětí celého zesilovače. Báze stabilizačního transistoru g je spojena přes Zenerovou diodu lg, polovanou katodou na bázi stabilizačního tranzistoru g, se společnou svorkou g napájecího napětí a přes odpor 16 pro napájení báze stabilizačního tranzistoru g a Zenerovy diody 15 s kladnou svorkou JJ. napájecího napětí celého zesilovače.

Báze stabilizačního tranzistoru g je spojena přes Zenerovu diodu 17. polovanou anodnu na bázi stabilizačního tranzistoru g, se společnou svorkou g napájecího napětí a přes odpor lg pro napájení báze stabilizačního tranzistoru g a Zenerovy diody 17 se zápornou svorkou 14 napájecího napětí celého zesilovače.

Kolektory výkonového tranzistoru 10 a výkonového tranzistoru 13 jsou spojeny β prvním koncem zpětnovazebního odporu 19 a s výstupní svorkou 20 celého zesilovače. Mezi výstupní svorku 20 a společnou svorku g napájecího napětí se připojuje spotřebič 21> např. reproduktor nebo motor.

Druhý konec zpětnovazebního odporu 19 je spojen s invertujícím vstupem 22 monolitického integrovaného obvodu 1 a přes zpětnovazební odpor 23 se společnou svorkou g napájecího napětí.

Pro zesilování jen střídavého signálu bez stejnosměrná složky zapojuje se v sérii zpětnovazební odpor 23 s kondenzátorem 24.

Neinvertující vstup 25 monolitického integrovaného obvodu 1 je spojen přes odpor 27 pro napájení vstupu integrovaného obvodu se společnou svorkou g napájecího napětí. Spoj neinvertujícího vstupu 25 monolitického integrovaného obvodu 1 a odporu 27 je spojen se vstupní svorkou 26 zesilovače.

Pro zesilováni jen střídavého signálu bez stejnosměrné složky zapojuje se oddělovací vstupní kondenzátor 28 sériově s přívodem od vstupní vsorky 26 zesilovače ke spoji neinvertu^ jícího vstupu 25 s odporem gg. Vstupní signál do zesilovače se přivádí mezi vstupní svorku 26 zesilovače a společnou svorku g napájecího napětí.

Na neinvertující vstup 25 monolitického integrovaného obvodu se přivádí vstupní napětí

- uvaluj···, to Je kladná. Toto napiti ae zesílené objeví na výstupní svorce í a vyvolá průtok proudu pomocným zatáiovacím odporem I Integrovaného obvodu. Velikost tohoto proudu jo prakticky támiř stojná jako proud protékající z kladná svorky U napájecího napití celého zesilovače přes snímací odpor 2 · drahou kolektor - emitor stabilizačního tranzistoru 2 typu MPN do kladná svorky £ napájecího napití integrovaného obvodu.

Díky velkému sesílaní výkonového transistoru 1 <j typu PNP, stabilizačního tranzistoru 2 typu MPN a monolitického integrovaného obvodu 1 jo možno proud do báze výkonového transistoru |fi typu PUP, do báze stabilizačního tranzistoru 2 typu NPM a proud pro napájení vnitřních obvodů monolitického integrovaného obvodu zanedbat proti proudu protékajícímu z kladná svorky 11 napájecího napití celého zesilovače přes snímací odpor 2 ⁿ· kladnou svorku 2 napájecího napití integrovaného obvodu a výstupní svorku í integrovaného Obvodu.

Proud protékající přes kladnou svorku 11 napájecího napití celého zesilovače, snímací odpor 2 ^na kladnou svorku 2 napájecího napití a výstupní svorku £ integrovaného obvodu vyvolá úbytek napití na snímacím odporu 2, mezi emitorem a bází výkonového tranzistoru lfi typu PUP a způsobí pootevření výoknového tranzistoru 12. typu PUP, v důsledku čehož se na výstupní svorce 20 zesilovače objeví výsledná zesílená nepití a do spotřebič· 21 je dodáván zoellený výkon.

Napití na kladná svorce 2 napájecího napití integrovaného obvodu 1 je stabilizováno na velikost odpovídající rozdílu Zonerove napití Zenerovy diody 12, připojená mezi bázi stabilizačního transistoru 2 a společnou svorku fi napájecího napití, a úbytku opití mezi bází a emitoren stabilizačního tranzistoru 2*

Integrovaný obvod 1 jo takto napájen optimální velikostí napití bez ohledu na nestabilitu napájecího napití celého zesilovače.

Pre záporná vstupní napití na neinvertujíclm vstupu 22 monolitického integrovaného obvodu a pro záporná napájecí napití se v symetricky uspořádaná polovin! zapojení uplatní analogická proudová poměry.

Linearita a stabilita sesílaní ee zajliluje zápornou špitnou vazbou, která je zavedena z výstupní svorky 2ft zpětnovazebními odpory 12 a 22 4° lnvertujíclho vstupu 22 monolitického integrovaného obvodu.

Pre zesílení pouze střídavých signálů bas stejnosmSrná složky jo v sérii s odporem 22 zapojen kondenzátor 24. ktorý zabraňuje průchodu etejnosmirnáho proudu ve smyčce záporná spčtná vazby a tím zesilovač stejnoemčrný signál nezesiluje.

Přes odpor 27 pro napájení vstupu integrovaného obvodu mezi neinvertujíclm vstupem 25 integrovaného obvodu e společnou svorkou fi napájecího napětí aa přivádí na neinvertující vetup 25 monolitického integrovaného obvodu vo stavu bez signálů nulová napiti, tím je definována klidová napití na výstupu zesilovače - za předpokladu dokonalá symetrie je to opčt nula.

Claims (1)

1. a přívodem od vatupní svorky 26 zesilovače zapojen oddilovacl kondensátor 23« lim je na neinvertující vetup 22 monolitického integrovaného obvodu přivádčn vstupní signál střídavý, jehož případná stejnosměrná složka je vstupním kondensátorem 28 oddilena a na neinvertující vstup 22 monolitického integrovaného obvodu se nedostane. Celý zesilovač pak stejnosměrný Signál nepřená!í vůbec. Stabilizační a výkonová tranzistory lze zapojit taká ve forai tzv.. Darlingtonova zapojení.

   Výkonový zesilovač podle vynálezu je vhodný zejména pro zesilování hudebních signálů, předevžlm pro ozvučování sálů e prostorů, dále pro napájení dvoufázových asynchronních servomotorů v regulační a autoaatizační technice.

   P 8 E D M S T VYNÁLEZU

   Výkonový zesilovač signálů nízkého kmitočtu, jehož součásti je integrovaný obvod vytvořený jako operační zesilovač, spojený na výstupu přes pomocný zatěžovaeí odpor se společnou svorkou napájecího napčtl zesilovače, k němuž jsou připojeny symetricky v kladné a záporná větvi napájecího napětí paralelně snímací odpory a emitory a báze komplementární dvojice výkonových tranzistorů, jejichž kolektory jsou spojeny s výstupní svorkou celého zesilovače a přes zpětnovazební odpor s invertujlclm vstupem integrovaného obvodu, vyznačený tim, že integrovaný obvod /1/ je v každé větvi napájecího napětí spojen vstupem /2, 4/ pro napájeni s emitorem stabilizačního tranzistoru /3, 5/, jehož kolektor je spojen se snímacím odporem /9, 12/ a s bázi výkonového tranzistoru /10, 13/ a jeho báze je spojena přes Zenerovu diodu /15, 17/ se společnou svorkou /8/ napájecího napětí zesilovače a přes odpor /16, 19/ se svorkou /11, 14/ napájecího napětí celého zesilovače, přičemž výkonový tranzistor /10/ kladné větve napájecího napětí jelypu PNP a Zenerova dioda /15/ kladné větve napájecího napětí je polována katodou na bázi stabilizačního tranzistoru /3/, který je typu NPN a dále výkonový tranzistor /13/ záporné větve napájecího napětí je typu NPN a Zenerova dioda /17/ záporné větve napájecího napětí je polována anodou na bázi stabilizačního tranzistoru /5/, který je typu PNP.