CS254416B1 - Zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače - Google Patents

Abstract

Zapojenířeší problémy vznikající při přebuzení výkonových zesilovačů - a to poslechově nápadného zkreslení a rušivého vyzařování přebuzenéhojzesilovače' v rozhlasových pásmech. Řešení spočívá v tom, že při i velikosti výstupního signálu zesilovače těsně pod omezením omezuje vstupní signál pro zesilovač takovou měrou a způsobem, že zcela odpadá rušivé vyzařování a vznikající tvarové zkreslení je poslechově přijatelnější. Zapojení je uspořádáno tak, aby jeho funkce byla v širokých mezích nezávislá na velikosti a zvlnění napájecích napětí zesilovače, čímž je zajištěno velmi dobré využití výkonu zesilovače v lineárním režimu, kdy ještě vstupní signál není obvodem podle tohoto řešení omezován.

Description

Vynález se týká zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače.

Překročí-li při provozu zesilovače velikost zpracovávaného signálu určitou hranici, dostává se zesilovač do stavu přebuzení, ve kterém skokem narůstá tvarové zkreslení a kde se zesilovač také stává zdrojem rušení v oboru radiových signálů. Tyto skutečnosti jsou v současné době buď zcela opomíjeny, nebo jsou v některých případech zesilovače vybavovány indikátory, jejichž účelem je upozornit uživatele na případný vznik tohoto nežádoucího jevu. _t

Je znám například i obvod s funkcí omezovače, zařazeného kaskádně před zesilovač a uspořádaný tak, že mezi omezovačový vstup a výstup je zařazen omezovači odpor, přičemž k omezovačovému výstupu jsou dále připojeny dvě omezovači diody, jejichž druhé vývody jsou zapojeny k výstupům odporových děličů, kteréžto děliče jsou připojeny vždy k zemní svorce a k napájecím vstupům zesilovače. Mezi výstupy těchto odporových děličů je dále zapojen integrační kondenzátor. Omezovači diody jsou v zapojení polarizovány v závěrném směru. Účelem tohoto obvodu je zamezit Lomu, aby se zesilovač dostal do stavu přebuzení. Děje se to opět za cenu zkreslení zpracovávaného signálu, ovšem zkreslení poslechově přijatelnějšího ve srovnání se zkreslením doprovázejícím tvrdé omezení signálu. Je-li obvod správně navržen a nastaven, odpadává dále i radiové vyzařování přebuzeného zesilovače.

Nepopiratelnou výhodou tohoto řešení je jeho extrémní jednoduchost, obvod však má řadu nedostatků, které vyplývají ze skutečnosti, že diody tvořící základ obvodu plní současně různé funkce, z čehož vyplývají nežádoucí kompromisy. Z této koncepce také nutně vyplývá malá citlivost na změny napájecího napětí, vzhledem k velkému poměru mezi velikostí vstupního signálu a velikostí napájecího napětí. Další nevýhodou je skutečnost, že rozhodující veličinou pro práh omezování vstupního signálu je střední hodnota napájecího napětí a ne jeho hodnota minimální. Není tedy respektováno zvlnění napájecího napětí, které má z uvažovaného hlediska zásadní vliv a je právě při zpracování velkých signálů, tedy při zatížení, značné. Dalším nedostatkem uvedeného řešení je to, že při obvyklých velikostech vstupního napětí signálu může být klidové předpětí diod jen malé. Podle mezinárodní konvence, jmenovitá úroveň je 1 V, maximální špičková velikost nepřekračuje z praktických důvodů 2 V. Z toho ovšem dále vyplývá, že má-li být bezpečně zajištěno nezbytné omezení velkých amplitud signálu, musí nelinearila diod působit daleko dříve. Jinými slovy: působením popisovaného obvodu vzniká zkreslení signálu i při takových amplitudách, kdy by k trvalému omezení bývalo ještě nedošlo. Nepříznivé působí i teplotní závislost úbytku napětí na, omezovačích diodách, protože ovlivňuje prahovou úroveň, při které začíná obvod vstupní signál omezovat.

Všechny tyto nedostatky odstraňuje zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje komparátor a spínač, přičemž komparátor má první komparátorový vstup spojen s prvním zesilovačovým výstupem zesilovače, druhý komparátorový vstup má spojen s prvním napájecím vstupem zesilovače a třetí, komparátorový vstup má spojen s druhým napájecím vstupem zesilovače, zatímco první komparátorový výstup komparátoru je spojen se spínačovým vstupem spínače, jehož spínačový výstup je spojen s druhým omezovačovým vstupem omezovače. Dále je podle vynálezu první komparátorový vstup rozdělen na dva samostatné vstupy.

Podstata činnosti a účinku zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že při detekci prahu přebuzení se s napájecím napětím porovnává výstupní napětí zesilovače, které je velké, na rozdíl od známého zapojení, které pracuje se vstupním napětím, které je malé, čímž je dosaženo větší citlivosti obvodu a podstatně lepšího potlačení vlivu teplotní závislosti prvků detekčního obvodu na přesnost funkce zapojení. Zapojení podle vynálezu navíc respektuje zvlnění napájecího napětí, čímž je dále zvýšena přesnost funkce obvodu v širokých mezích změn napájecího napětí, způsobených změnami zatížení zesilovače i kolísáním síťového napětí. Zařazením samotného spínače je vyloučen nežádoucí vliv omezovačích diod na linearitu celého zapojení pro takové amplitudy signálu, které není třeba omezoval.

Vynález je blíže vysvětlen na příkladu provedení s odkazem na připojený výkres, kde obr. 1 je základní blokové schéma zapojení podle vynálezu, obr. 2 je příklad zařízení podle vynálezu se znázorněným vnitřním zapojením omezovače, spínače, komparátoru a výstupní části zesilovače. Na obr. 3 je zachycen omezovač, představující nejbližší známý stav techniky a popsaný v úvodu.

U zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače podle vynálezu je první zesilovačový výstup 5 zesilovače Z připojen k prvnímu komparátorovému vsLupu 9 komparátoru K, jehož další vstupy, to je druhý komparátorový vstup 10 a třetí komparátorový vstup 11, jsou spojeny s prvním napájecím vstupem 7 a druhým napájecím vstupem 8 zesilovače Z a jehož první komparátorový výstup 12 je spojen se spínačovým vstupem 13 spínače S, jehož spínačový výstup 14 je spojen, s druhým omezovačovým vstupem 15 omezovače O, jehož první omezovačový vstup 2 je spojen se vstupní svorkou 1 celého zapojení a jehož omezovačový výstup 3 je připojen k zesilovačovému vstupu 4 zesilovače Z, jehož první zesilovačový výstup 5 je spojen

254 416 s výstupní svorkou 6, kde se odebírá omezený signál.

Při funkci zapojení porovnává komparátor K napětí na prvním zesilovačovém výstupu 5 zesilovače Z s napětími na jeho napájecích vstupech 7, 8. Poklesne-li absolutní hodnota rozdílu mezi napětím na prvním zesilovačovém výstupu 5 zesilovače Z a napětím na některém z jeho napájecích vstupů 7, 8 pod určitou nastavenou hodnotu, generuje komparátor K na prvním komparátorovém výstupu 12, resp. na náhradních komparátorových výstupech 12a, 12b (obr. 2), řídicí napětí pro ovládání spínače

S. Spínač S pak uvede do činnosti omezovač O, který omezí vstupní signál zesilovače Z na takovou velikost, která nestačí k jeho přebuzení. Pokud naopak rozdíly mezi výstupním napětím zesilovače Z a napětími na jeho napájecích vstupech 7, 8 nepoklesnou pod kritickou hodnotu, spínač S zůstává nesepnut, obvqd omezovače Oje bezpečně odpojen a nezhoršuje linearitu přenosu celého zapojení. Podle druhého význaku předmětu vynálezu je první komparátorový vstup 9 komparátoru K rozdělen na dva samostatné vstupy 9a, 9b, což umožňuje optimální připojení zapojení k výkonovému zesilovači Z. Tyto samostatné vstupy mohou pak být například spojeny s emitory prvního a druhého výkonového tranzistoru T₍ a T₇ zesilovače Z, což umožňuje ještě přesnější detekci prahu přebuzení a tudíž ještě přesnější funkci celého zapojení. Tato varianta je znázorněna na obr. 2, kde je vyobrazeno příkladové provedení celého zapojení.

Obr. 3 uvádí pro porovnání příklad omezovače dříve známého zapojení, kde vstupní svorka 1 je připojena k prvnímu omezovačovému vstupu 2, ke kterému je připojen omezovači odpor, napojený dále k omezovačovému výstupu 3 a současně k prvním vývodům omezovačích diod, jejichž druhé vývody jsou zapojeny k výstupům odporových děličů, kteréžto děliče jsou připojeny vždy k zemnicí svorce a k napájecím svorkám +U, -U zesilovače Z. Mezi výstupy těchto odporových děličů je dále zapojen integrační kondenzátor. Funkce tohoto zapojení byla popsána v úvodu.

Claims (2)

1. Zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače, obsahující na vstupu zesilovače kaskádně zařazený omezovač, vyznačené tím, že obsahuje komparátor (K) a spínač (S), přičemž komparátor (K) má první komparátorový vstup (9) spojen s prvním, zesilovačovým výstupem (5) zesilovače (Z), druhý komparátorový vstup (10) má spojen s prvním napájecím vstupem (7) zesilovače (Z) a třetí komparátorový. vstup (11) má spojen s druhým napájecím vstupem (8) zesilovače (Z), zatímco první komparátorový výstup (12) komparátoru (K) je spojen se spínačovým vstupem (13) spí nace (S), jehož spínačový výstup (14) je spojen s druhým omezovačovým vstupem (15) omezovače (O).

2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím_s že první komparátorový vstup (9) komparátoru (K) je rozdělen na dva samostatné vstupy, první náhradní komparátorový vstup (9a) a druhý náhradní komparátorový vstup (9b).