PL222368B1 - Układ stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D.

W znanym z polskiego zgłoszenia wynalazku P.401306 układzie stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D, wejście dodatnie połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego, końcówką pierwszą rezystora trzeciego i z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego. Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego, połączone jest z końcówką pierwszą rezystora piątego i z końcówką pierwszą rezystora czwartego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego oraz bramką tranzystora. Wejście zasilające pierwsze dodatnie podłączone jest z wejściem zasilającym dodatnim wzmacniacza operacyjnego, którego wejście zasilające ujemne podłączone jest z wejściem zasilającym pierwszym ujemnym. Dren tranzystora połączony jest z wejściem zasilającym drugim dodatnim. Anoda diody połączona jest z wejściem zasilającym drugim ujemnym i z wyjściem ujemnym układu. Końcówka druga rezystora trzeciego połączona jest z katodą diody, ze źródłem tranzystora i z wyjściem dodatnim układu. Wejście ujemne oraz końcówki drugie rezystorów: drugiego i piątego połączone są z poziomem odniesienia wejść zasilających pierwszych, przy czym wejścia zasilające drugie nie posiadają poziomu odniesienia wspólnego z wejściami zasilającymi pierwszymi.

Znany układ stopnia sterującego i mocy wzmacniacza klasy D w szeregowym połączeniu segmentów posiada niekorzystną, dużą rezystancję wewnętrzną powodowaną przez szeregowe łączenie tranzystorów. Dodatkowo rezystancja ta jest zmienna w zależności od amplitudy sygnału wejściowego, co powoduje zniekształcenia wzmacnianych sygnałów. Ponadto w znanym układzie obserwuje się niekorzystnie długi czas wyłączania napięcia na wyjściu segmentu układu co wpływa na zwiększanie zniekształceń wzmacnianego sygnału.

Istota układu stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D według wynalazku polega na tym, że wejście drugie dodatnie układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystora szóstego, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora piątego, końcówką pierwszą rezystora czwartego oraz wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego połączone jest z bramką tranzystora drugiego. Dren tranzystora drugiego połączony jest z wejściem zasilającym drugim ujemnym, anodą diody pierwszej oraz wyjściem ujemnym układu według wynalazku. Źródło tranzystora drugiego połączone jest z: końcówką drugą rezystora trzeciego, katodą diody pierwszej, oraz wyjściem dodatnim układu według wynalazku. Dren tranzystora pierwszego połączony jest z katodą diody drugiej, której anoda połączona jest z wejściem zasilającym drugim dodatnim.

Układ stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D według wynalazku przystosowany jest, dzięki diodzie drugiej, do łączenia go szeregowo oraz równolegle w oddzielne segmenty, co pozwala na znaczne zmniejszenie zniekształceń wzmacnianych sygnałów wynikających z koniec zności szybkiego przełączania pełnego napięcia zasilającego wzmacniacz. Możliwość łączenia równolegle segmentów zmniejsza rezystancję wyjściową wzmacniacza i uniezależnia jej wartość od amplitudy sygnału wejściowego, co skutkuje zmniejszeniem zniekształceń wzmacnianych sygnałów. Układ według wynalazku minimalizuje zakłócenia elektromagnetyczne emitowane do otoczenia. Układ pozwala na osiągnięcie większych mocy wyjściowych sygnału przy porównywalnych emitowanych zakłóceniach elektromagnetycznych. Układ zmniejsza zakłócenia wzmacnianych sygnałów o niewielkiej amplitudzie. Cechuje się również krótszym czasem przełączania napięć zasilających, co również p oprawia liniowość wzmacniacza.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy układu stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D.

Wejście pierwsze We1 dodatnie + układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2, końcówką pierwszą rezystora trzeciego R3 oraz z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego Op. Wejście drugie We2 dodatnie + układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą rezystora szóstego R6, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora piątego R5, końcówką pierwszą rezystora czwartego R4 oraz wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego Op. Wyjście wzmacniacza operacyjnego Op połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego R4 oraz bramkami tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2. Wejście zasilające pierwsze Uz1 dodatnie +, podłączone jest z wejściem zasilającym dodatnim wzmacniacza

PL 222 368 B1 operacyjnego Op, którego wejście zasilające ujemne podłączone jest z wejściem zasilającym pierwszym Uzi ujemnym -. Dren tranzystora drugiego T2 połączony jest z wejściem zasilającym drugim Uz2 ujemnym -, anodą diody pierwszej Di oraz wyjściem Wy ujemnym - układu według wynalazku. Końcówka druga rezystora trzeciego R3 połączona jest z katodą diody pierwszej Di, ze źródłami tranzystorów: pierwszego Ti i drugiego T2 oraz wyjściem Wy dodatnim + układu według wynalazku. Dren tranzystora pierwszego Ti połączony jest z katodą diody drugiej D2, której anoda połączona jest z wejściem zasilającym drugim Uz2 dodatnim +. Wejście pierwsze Wei ujemne -, wejście drugie We2 ujemne - oraz końcówki drugie rezystorów: drugiego R2 i piątego R5 połączone są z poziomem odniesienia wejść zasilających pierwszych Uzi, przy czym wejścia zasilające drugie Uz2 nie posiadają poziomu odniesienia wspólnego z wejściami zasilającymi pierwszymi Uzi.

W trybie pierwszym pracy układu według wynalazku dodatnie napięcie sterujące podawane jest na wejście pierwsze Wei dodatnie + a napięcie ujemne na wejście pierwsze Wei ujemne - a wejście drugie We2 pozostaje niespolaryzowane. Różnica potencjałów pomiędzy wejściem pierwszym Wei dodatnim a poziomem odniesienia powoduje przepływ prądu przez dzielnik napięcia złożony z szeregowo połączonych rezystorów pierwszego Ri i drugiego R2. Pomniejszone napięcie z węzła pomiędzy rezystorami: pierwszym Ri i drugim R2 podawane jest na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego Op oraz końcówkę pierwszą rezystora trzeciego R3, stanowiącego sprzężenie zwrotne układu według wynalazku, śledzące poprzez dołączenie jego końcówki drugiej do źródeł tranzystorów pierwszego Ti i drugiego T2 napięcie ich pracy.

Wzmocnione i przesunięte o potencjał źródeł tranzystorów pierwszego Ti i drugiego T2 napięcie, dodatnie względem tych źródeł, z wyjścia wzmacniacza operacyjnego Op podawane jest na bramki tranzystorów pierwszego Ti i drugiego T2, powodując włączenie tranzystora pierwszego Ti i wyłączenie tranzystora drugiego T2. Włączony tranzystor pierwszy Ti zaczyna przewodzić prąd z wejścia zasilającego drugiego Uz2 dodatniego + poprzez: spolaryzowaną w kierunku przewodzenia diodę drugą D2, dren i źródło tranzystora pierwszego Ti do wyjścia Wy dodatniego + oraz z wyjścia Wy ujemnego - do wejścia zasilającego drugiego Uz2 ujemnego -, sumując się z napięciem podawanym na wyjście Wy układu dodatnim na wyjściu Wy ujemnym - i ujemnym na wyjściu Wy dodatnim +. Napięcie zasilające z wejścia zasilającego drugiego Uz2 polaryzuje diodę pierwszą Di w kierunku zaporowym.

W trybie drugim pracy układu według wynalazku dodatnie napięcie sterujące podawane jest na wejście drugie We2 dodatnie + a napięcie ujemne na wejście drugie We2 ujemne - a wejście pierwsze Wei pozostaje niespolaryzowane. Różnica potencjałów pomiędzy wejściem drugim We2 dodatnim a poziomem odniesienia powoduje przepływ prądu przez dzielnik napięcia złożony z szeregowo połączonych rezystorów szóstego R6 i piątego R5. Pomniejszone napięcie z węzła pomiędzy rezystorami szóstym R6 i piątym R5 podawane jest na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego Op oraz końcówkę pierwszą rezystora czwartego R4, stanowiącego sprzężenie zwrotne ujemne układu według wynalazku, ustalające poprzez dołączenie końcówki drugiej rezystora czwartego R4 do wyjścia wzmacniacza operacyjnego Op jego wzmocnienie napięciowe.

Wzmocnione, odwrócone w fazie oraz przesunięte względem potencjału pracy źródeł tranzystorów pierwszego Ti i drugiego T2 napięcie podawane jest na bramki tranzystorów powodując włączenie tranzystora drugiego T2 oraz wyłączenie tranzystora pierwszego Ti. Wyłączony tranzystor pierwszy wyłącza zasilanie wyjścia Wy układu napięciem z wejścia zasilającego drugiego Uz2. Zewnętrzne napięcie ujemne na wyjściu Wy dodatnim oraz zewnętrzne napięcie dodatnie na wyjściu Wy ujemnym - powoduje spolaryzowanie diody pierwszej Di w kierunku przewodzenia i przepływ prądu z wyjścia Wy dodatniego + do wyjścia Wy ujemnego -. Równocześnie tranzystor drugi T2 poprzez źródło i dren zaczyna przewodzić prąd płynący z wyjścia Wy dodatniego + do wyjścia Wy ujemnego - zmniejszając spadek napięcia na spolaryzowanej w kierunku przewodzenia diodzie pierwszej Di.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ stopnia sterującego i mocy, zwłaszcza wzmacniacza klasy D, w którym wyjście układu stanowi źródło tranzystora a wejście dodatnie połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pierwszego, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego, z końcówką pierwszą rezystora trzeciego i z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego, a wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego połączone jest z końcówką pierwszą rezystora piątego

   PL 222 368 B1 i z końcówką pierwszą rezystora czwartego, zaś wyjście wzmacniacza operacyjnego połączone jest z końcówką drugą rezystora czwartego i z bramką tranzystora, przy czym końcówka druga rezystora trzeciego połączona jest z katodą diody i ze źródłem tranzystora, a anoda diody połączona jest z we jściem zasilającym drugim ujemnym, znamienny tym, że wejście drugie (We2) dodatnie (+) układu połączone jest z końcówką pierwszą rezystora szóstego (R6), którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora piątego (R5), końcówką pierwszą rezystora czwartego (R4) oraz wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego (Op) a wyjście wzmacniacza operacyjnego (Op) połączone jest z bramką tranzystora drugiego (T2), którego dren połączony jest z wejściem zasilającym drugim (Uz2) ujemnym (-), anodą diody pierwszej (D1) oraz wyjściem (Wy) ujemnym (-) oraz źródło tranzystora (T2) drugiego połączone jest z: końcówką drugą rezystora trzeciego (R3), katodą diody pierwszej (D1), oraz wyjściem (Wy) dodatnim (+) przy czym dren tranzystora pierwszego (T1) połączony jest z katodą diody drugiej (D2), której anoda połączona jest z wejściem zasilającym drugim (Uz2) dodatnim (+).

   Rysunek

   Departament Wydawnictw UPRP

   Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)