RU1807551C - Усилитель мощности - Google Patents

Abstract

Использование: в радиотехнике и электросв зи в качестве усилител  низкочастотных сигналов с питанием от низковольтных автономных источников посто нного тока, Сущность изобретени : в усилитель содержащий последовательно соединенные первый и второй двухтактные каскады усилени  тока на первом, втором и третьем транзисторах , включенных по схеме с общим коллектором , введены дополнительный каскад усилени  напр жени , выполненный на п том транзисторе, включенном по схеме с эмиттером, и две цепи вольтдобавки, выходы которых соединены с регистрами, включенными в цепи эмиттеров третьего и четвертого транзисторов, а входы -с соединенными эмиттерами первого и второго транзисторов . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и усилительным устройствам и может быть использовано в качестве усилител  низкочастотных сигналов в устройствах с питанием от ниэ- ковольтных автономных источников посто нного тока, например портативных радиоприемных и звуковоспроизвод щих устройствах.

Цель изобретени  - уменьшение нелинейных искажений при питании усилител  от низковольтного источника посто нного тока и увеличение значени  коэффициента использовани  напр жени  питани .

Электрическа  принципиальна  схема о.бьекта изобретени  приведена на чертеже.

Усилитель содержит первый, второй, третий и четвертый бипол рные транзисторы 1-4, первый, второй, третий, четвертый и п тый резисторы 5-9, первый и второй конденсаторы . 10 и 11. В усилитель введены п тый транзистор 12, шестой, седьмой, восьмой, дев тый и дес тый резисторы 13- 17, а также третий конденсатор 18. Первый

каскад усилител  выполнен на транзисторах 1 и 2, включенных по схеме с общим коллектором. Между эмиттером транзистора 1 и первой шиной питани  включены соединенные последовательно резисторы 5 и 6, а в цепь эмиттера транзистора 2 включен резистор 7. Второй каскад выполнен на транзисторах 3 и 4, включенных также по схеме с общим коллектором. Эмиттер транзистора 1 соединен с базой транзистора 3 через резистор 8, а эмиттер транзистора 2 - с базой транзистора 4 через резистор 9. Эмиттеры транзисторов 3 и 4 обьединены, причем эмиттер транзистора 3 соединен через конденсатор 10 с точкой соединени  резисторов 5 и 6, а эмиттер транзистора 4 . через конденсатор 11 - со вторым выводом резистора 7.

Дополнительный третий каскад выполнен на транзисторе 12, включенном по схеме с общим эмиттером относительно второй (общей) шины питани  усилител . Этот транзистор имеет такую же структуру, как и

Ё

00

о

ч ел ел

транзистор 2. Точка соединени  эмиттеров транзисторов 3 и 4 соединена с цепью, выполненной на последовательно соединенных резисторах 15 и 16 и конденсаторе 18, свободный вывод которого  вл етс  входом усилител . Между коллектором транзистора

12 и точкой соединени  резисторов 5 и 6 включены последовательно соединенные резисторы 13 и 14. При этом точка соединени  коллектора транзистора 12 и резистора

13 соединена с базой транзистора 1, точка соединени  резисторов 13 и 14 соединена с базой транзистора 2, точка соединени  резисторов 15 и 16 соединена с базой транзистора 12 и через дес тый резистор 17 со второй шиной питани , Точка соединени  конденсатора 11 и резистора 7  вл етс  выходом усилител  мощности. .Нагрузка усилител  должна иметь малое сопротивление дл  посто нного тока.

Транзисторы 1-4  вл ютс  активными элементами усилител  мощности, обеспечивающими усиление тока и низкое значение выходного сопротивлени  усилител .

Резисторы 8 и 9 используютс  дл  уменьшени  усилени  в области частот от дес тков до сотен, мегагерц. Это необходимо дл  предотвращени  самовозбуждени  эмиттерных повторителей, выполненных на транзисторах 1 и 2. Оно возможно из-за достаточно больших емкостей база-коллектор транзисторов 3 и 4, нагружающих указанные эмиттерные повторители.

Резисторы 5 и 7 обеспечивают протекание токов поко  транзисторов 1 и 2. Сопротивлени  этих резисторов обычно выбираютс  в диапазоне от сотен ом до единиц килоом и определ ют значени  указанных токов поко .

Резистор 6 и нагрузка усилител  (на схеме не показана и подключена к выходу усилител  мощности) вместе с конденсаторами 10 и 11 образуют две так называемые цепи вольтдобавки. используемые дл  увеличени  максимального значени  выходного напр жени  усилител , при котором нелинейные искажени  сигнала еще достаточно малы. Сопротивлени  этих элементов обычно выбираютс  в пределах от 0,1 до 0,5 значений сопротивлений резисторов 5 и 7 и, поэтому от их значени  также завис т значени  токов поко  транзисторов 1 и 2. Кроме того, конденсатор 11 выполн ет функцию разделительного элемента, предотвращающего протекание через нагрузку усилител  посто нного тока транзистора 3. Реактивное сопротивление указанного конденсатора на нижней частоте спектра сигнала должно быть в несколько раз ниже сопротивлени  нагрузки усилител .

Транзистор 12 с конденсатором 18 и резисторами 13-17 образуют каскад, обеспечивающий усиление напр жени  и позвол ющий в результате введени  в усилителе

отрицательной обратной св зи значительно (в несколько дес тков раз) уменьшить значение коэффициента гармоник. При этом транзистор 12  вл етс  активным элементом, резистор 14 обеспечивает протекание его

тока поко , резисторы 15 и 16 - введение отрицательной обратной св зи по посто нному и по переменному току, Отношение сопротивлений резисторов 15 и 16 определ ет значение коэффициента усилени  на5 пр жени  усилител  с обратной св зью, а конденсатор 18  вл етс  разделительным и имеет на нижней частоте спектра сигнала сопротивление, которое в несколько раз ниже сопротивлени  резистора 16.

0Резистор 14 подключен одним из выводов к соединенным выводам резисторов 5 и 6 дл  увеличени  значени  коэффициента усилени  каскада, выполненного на транзисторе 12, и увеличении максимального не:

5 искаженного значени  его выходного напр жени . Это обеспечиваетс  использованием выходного напр жени  цепи вольт- добавки, содержащей конденсатор 10.

Резистор 13 используетс  дл  получе0 ни  напр жени , которое вводитс  между базами транзисторов 1 и 2, и обеспечивает уменьшение посто нного напр жени , приложенного между базами транзисторов 3 и 4, и уменьшение токов поко  этих транзи5 сторов. Сопротивление резистора 13 обычно выбираетс  таким, что ток поко  транзистора 12 создает на нем падение напр жени , не превышающее 100 мВ. В результате введени  резистора 13 в усилитель

0 оказываетс  возможным установить малые и стабильные значени  токов поко  транзисторов 3 и 4 при использовании транзисторов 3 и 4 при использовании транзисторов 1 и 2 более маломощных, чем 3 и 4, В изве5

стном же усилителе-прототипе транзисторы

1-4 имеют близкие значени  площадей р-п- переходов дл  обеспечени  стабильности токов поко  транзисторов 3 и 4,

В том случае, когда все транзисторы

0 усилител  кремниевые, при включении питани  в результате действи  отрицательной обратной св зи по посто нномутоку на базе транзистора 12 устанавливаетс  посто нное напр жение пор дка 0,7 В, На соеди5 ненных эмиттерах транзисторов 3 и 4 устанавливаетс  напр жение, большее чем 0,7 В в количество раз, близкое к отношению суммы сопротивлений резисторов 15 и 17 к сопротивлению резистора 17. При этгм ток поко  транзистора 12 имеет зн чение,

близкое к отношению разности напр жени  питани  и напр жени  эмиттеров транзисторов 3 и 4 к сопротивлению резистора 14. Ток поко  базы транзистора 12 протекает только через резистор 17, а токи поко  эмиттеров транзисторов 1 и 2 - только через резисторы 3 и 7,

Напр жени  эмиттер-база кремниевых транзисторов 1-4 обычно лежат в диапазоне 0,6...0,7 В. При подключении на вход усилител  источника напр жени  сигнала через конденсатор 18 и резистор 16 протекает переменный ток, значение которого несколько больше переменного тока обратной св зи, протекающего через резистор 15. Разность указанных токов поступает в базу транзистора 12 и дает на выходе каскада, выполненного на этом транзисторе, напр жение , близкое к входному напр жению по форме, но инвертированное и имеющее большее амплитудное значение. Это напр жение передаетс  на выход усилител  через сложный повторитель напр жени , выполненный на транзисторах 1-4. При этом на верхний по схеме вывод резистора 5 и нижний вывод резистора 7 поступают напр жени  вольтдобавок, имеющие амплитудные значени  выходного напр жени  усилител . Они обеспечивают увеличение коэффициента усилени  напр жени  усилител  при разомкнутой цепи обратной св зи и уменьшение нелинейных искажений при замкнутой вследствие увеличени  эквивалентных значений сопротивлений нагрузок транзисторов 12, 1 и 2. Увеличение сопротивлений нагрузок св зано с тем, что по отношению к общей шине к выводам резисторов 14,5 и 7 приложены синфазные переменные напр жени  с близкими амплитудными значени ми . Поэтому токи указанных рез исторов имеют переменные составл ющие, значени  которых во много раз меньше средних значений этих токов.

Переменное напр жение нагрузки усилител  служит в нем напр жением вольтдо- бавки дл  эмиттерного повторител , выполненного на транзисторе 2. При использовании усилител  следует учитывать тот факт, что его входное сопротивление имеет значение, близкое к сопротивлению резистора 16. Сопротивлени  резисторов 5 и 7 следует выбирать пор дка 0,1 от значени  сопротивлени  нагрузки, умноженного на значени  коэффициентов усилени  тока транзисторов 3 и 4 в схеме с общим эмиттером . Сопротивление резистора 14 может быть в 10...20 раз выше меньшего из значений сопротивлений резисторов 5 и 7.

Был выполнен макетный образец объек- та изобретени , рассчитанный на работу от

источника посто нного тока с напр жением 3 В. В качестве транзисторов 3 и 4 были использованы транзисторы КТ817Б и КТ816Б, а в качестве транзисторов 1,2 и 5 12-КТ361Б, КТ315Б и КТЗЮ2Е.

Максимальное амплитудное значение выходного напр жени  усилител  при нагрузке с сопротивлением 50 Ом было равно 1,3 В, Значение коэффициента гармоник

0 при амплитудном значении БЫХОДНОГО напр жени  1 В не превышало 0,5% даже при коэффициентах усилени  тока транзисторов 1-4, не превышающих 50.

По отношению к прототипу объект изо5 бретени  имеет преимущество, заключающеес  в том, что при малом напр жении питани  коэффициент использовани  напр жени  питани  0,43 и близок к предель- . ному значению, равному 0,5. Кроме того, он

0 имеет малое значение коэффициента гармоник и обеспечивает усиление напр жени  без использовани  операционного усилител , введение которого в усилитель ведет к уменьшению коэффициента использовани 

5 напр жени  питани  и к ограничению сверху спектра частот усиливаемых сигналов.

Предполагаетс  использовать объект изобретени  в портативном радиоприемнике , который разработан в КЭИС дл  выпуска

0 на одном из предпри тий Самары.

В насто щее врем  наиболее распространенными в новых малогабаритных радиоприемниках с питанием от батарей, имеющих малое напр жение,  вл ютс 

5 бестрансформаторные усилители с выходными каскадами, в которых оба последних комплементарных транзистора включены по схеме с общим эмиттером. В качестве . базового объекта дл  сравнени  может быть

0 вз т усилитель мощности радиоприемника Вега 341. Указанный усилитель содержит

7 транзисторов и питаетс  от батареи с напр жением 6 В. При напр жении питани  3

8 он практически неработоспособен, так 5 как при этом его коэффициент гармоник близок к 50%.

Его существенным недостатком по сравнению с изобретением  вл етс  необходимость использовани  дл  питани  че- 0 тырех батарей напр жением 1,5 В вместо двух. Кроме того, известный усилитель содержит большее количество транзисторов и резисторов, а также два диода и переменный резистор, не обладающий высокой на- 5 дежностью.

В малогабаритных приемниках более ранних выпусков примен ютс  усилители мощности с трансформаторами, которые также можно использовать в качестве базовых объектов. Их существенным недостатком  вл етс  наличие трансформаторов, которые недостаточно надежны, имеют сравнительно высокую трудоемкость изготовлени  и стоимость, ограничивают диапазон частот усиливаемых сигналов сверху и снизу. Недостатком таких усилителей  вл етс  также выход их из стро  при случайном изменении пол рности напр жени 

питани .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Усилитель мощности, содержащий последовательно соединенные первый и второй двухтактные каскады, при этом первый каскад выполнен на первом и втором транзисторах; включенных, по схеме с общим коллектором имеющих разную структуру, между эмиттером первого транзистора и соответствующей шиной питани  включены последовательно соединенные первый и второй резисторы, а в Цепь эмиттера второго транзистора включен третий резистор, второй каскад выполнен на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим коллектором, имеющих разные структуры, причем эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего транзистора через четвертый резистор, змиттер второго транзистора - с базой четвертого транзистора через п тый резистор, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов объединены , эмиттер третьего транзистора соединен через первый конденсатор с точкой соединени  первого и второго резисторов , эмиттер четвертого транзистора

   соединен через второй конденсатор с одним из выводов третьего резистора, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  нелинейных искажений при питании от низ- ковольтного источника посто нного тока и увеличени  значени  коэффициента использовани  напр жени  питани , введены дополнительный каскад, выполненный на п том транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеющем структуру такую же, как и у второго транзистора, а также шестой, седьмой, восьмой, дев тый и дес тый резисторы и третий конденсатор, причем точка соединени  эмиттеров третьего и 5 четвертого транзисторов соединена с цепью, выполненной на последовательно соединенных восьмом и дев том резисторах и третьем конденсаторе, соответствующий вывод которого  вл етс  входом 0 усилител  мощности, а между коллектором п того транзистора и точкой соединени  первого и второго резисторов включены по- . следовательно соединенные шестой и седьмой резисторы, причем точка соединени  5 коллектора п того транзистора и шестого резистора соединена с базой первого транзистора , а точка соединени  шестого и седьмого резисторов соединена с базой второго транзистора, точка соединени  восьмого и 0 дев того резисторов соединена с базой п того транзистора и через дес тый резистор с шиной питани , точка соединени  второго конденсатора и третьего резистора  вл етс  выходом усилител  мощности.