RU2017324C1

RU2017324C1 - Power amplifier

Info

Publication number: RU2017324C1
Authority: RU
Inventors: Д.В. Игумнов; В.Н. Соловьев; С.Н. Щербакова
Original assignee: Московский институт радиотехники, электроники и автоматики
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: power amplifier has first and second MIS transistors with induced n-channel connected in agreement with push-pull circuit. To their gates leads of secondary winding of input transformer are connected, its midpoint is linked through sources of transistors to common wire. Sources of transistors are connected to leads-out of primary winding of output transformer. In each channel there are placed supplementary secondary winding of input transformer and first diode connected in series between gate of transistor and its base as well as second diode and resistor also connected in series. Anodes of diodes are coupled to gate of transistor and its base correspondingly. EFFECT: improved operational characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании экономичных электронных усилительных устройств. The invention relates to radio engineering and can be used to create economical electronic amplifying devices.

Цель изобретения - повышение КПД усилителя. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the amplifier.

На чертеже приведена структурная электрическая схема усилителя. The drawing shows a structural electrical circuit of the amplifier.

Усилитель мощности содержит МДП-транзисторы 1 и 2 с индуцированным n-каналом, включенные по двухтактной схеме, с входным 3 и выходным 4 трансформаторами, при этом выводы первичной обмотки входного трансформатора 3 являются выводами для подачи входного сигнала, а вторичная обмотка подключена к затвором МДП-транзисторов 1 и 2, истоки которых подключены к общей шине и средней точке вторичной обмотки входного трансформатора 3, стоки подключены к выводам первичной обмотки выходного трансформатора 4 соответственно, средняя точка которого соединена с соответствующей шиной питания, а между выводами вторичной обмотки выходного трансформатора 4 включено сопротивление нагрузки 5, в каждом плече между затвором и подложкой введены последовательно соединенные дополнительные вторичная обмотка входного трансформатора 3 и первые диоды 8 и 9 соответственно, а также последовательно соединенные каждый второй диод 10 и 11 соответственно с резисторами 6 и 7, при этом аноды диодов 8 и 9 подключены к подложке МДП-транзисторов 1 и 2, а диоды 10 и 11 - к затворам тех же транзисторов. The power amplifier contains MOS transistors 1 and 2 with an induced n-channel, connected in a push-pull circuit, with input 3 and output 4 transformers, while the terminals of the primary winding of the input transformer 3 are the terminals for supplying the input signal, and the secondary winding is connected to the gate of the MIS transistors 1 and 2, the sources of which are connected to a common bus and the midpoint of the secondary winding of the input transformer 3, the drains are connected to the terminals of the primary winding of the output transformer 4, respectively, the midpoint of which is connected and with the corresponding power bus, and between the terminals of the secondary winding of the output transformer 4, a load resistance 5 is connected, in each arm between the gate and the substrate additional secondary windings of the input transformer 3 and the first diodes 8 and 9, respectively, as well as every second diode are connected in series 10 and 11, respectively, with resistors 6 and 7, while the anodes of the diodes 8 and 9 are connected to the substrate of the MOS transistors 1 and 2, and the diodes 10 and 11 are connected to the gates of the same transistors.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На первичную обмотку трансформатора 3 поступает входной переменный сигнал Vвх. При наличии положительной полуволны напряжения на затворе МДП-транзистора 1 он открывается. При этом через диод 11 и токоограничивающий резистор 6 положительный сигнал поступает и на подложку (базу), вызывая открывание n-p-n-транзистора, входящего в МДП-транзистор 1. Коллектором этого n-p-n-транзистора является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка. В результате будут открыты биполярная и МДП-структуры, параллельное включение которых и образует МДП-транзистор 1. При этом ток будет протекать по цепи клемма источника питания - верхняя часть первичной обмотки трансформатора 4 - МДП-транзистор 1 - общая шина. Поскольку в рассматриваемом режиме на затвор и подложку (через диод 9) МДП-транзистора 2 поступает отрицательная полуволна напряжения, он будет закрыт, поскольку будут заперты и МДП-, и биполярная n-p-n-структуры в МДП-транзисторе 2. Наличие большого отрицательного напряжения (с дополнительных витков вторичной обмотки трансформатора 3) на подложке МДП-транзистора 2 приводит к увеличению порогового напряжения по его затвору, т.е. МДП-транзистор 2 будет сильно заперт (будет находиться в режиме глубокой отсечки). The primary winding of the transformer 3 receives an input variable signal Vin. In the presence of a positive half-wave voltage at the gate of the MOS transistor 1, it opens. In this case, through the diode 11 and the current-limiting resistor 6, a positive signal also arrives at the substrate (base), causing the opening of the n-p-n-transistor included in the MOS transistor 1. The collector of this n-p-n-transistor is a drain, the emitter is the source, and the base is the substrate. As a result, bipolar and MIS structures will be opened, the parallel inclusion of which forms the MOS transistor 1. In this case, the current will flow through the circuit of the power supply terminal - the upper part of the primary winding of transformer 4 - MIS transistor 1 - a common bus. Since in the considered mode the negative half-wave of voltage is applied to the gate and the substrate (through diode 9) of the MOS transistor 2, it will be closed, since both the MIS and bipolar npn structures in the MOS transistor will be locked 2. The presence of a large negative voltage (s additional turns of the secondary winding of the transformer 3) on the substrate of the MOS transistor 2 leads to an increase in the threshold voltage at its gate, i.e. MOS transistor 2 will be very locked (will be in the deep cutoff mode).

При изменении полярности напряжения Uвх, когда на затворе и подложке МДП-транзистора 1 будет присутствовать отрицательная полуволна, а на затворе и подложке МДП-транзистора 2 - положительная, состояния МДП-транзисторов 1 и 2 изменяются на противоположные и ток течет по цепи клемма источника питания - нижняя часть первичной обмотки трансформатора 4 - МДП-транзистор 2 (представляющий параллельное включение МДП- и биполярной n-p-n-структур) - общая шина. Таким образом, на нагрузке 5 будет выделяться переменный сигнал. Поскольку мощные МДП-транзисторы обладают значительно более высоким быстродействием, чем биполярные, то при воздействии положительной полуволны Uвх сначала в МДП-транзисторе (1 или 2) будет открываться МДП-структура, а уже потом - биполярная. В результате динамические потери усилителя в основном будут определяться МДП-транзистором и окажутся небольшими. Основным недостатком мощного МДП-транзистора является более высокое остаточное напряжение в открытом состоянии (по сравнению с биполярным транзистором), что приводит к повышенным потерям в статическом режиме для МДП-усилителей мощности. В предложенном устройстве в статическом состоянии именно биполярная n-p-n-структура будет шунтировать МДП-структуру, в результате чего и будут иметь место лишь малые потери энергии, обусловленные малым остаточным напряжением n-p-n-транзистора. With a change in the polarity of the voltage Uin, when the negative half-wave is present on the gate and the substrate of the MOS transistor 1, and positive on the gate and the substrate of the MOS transistor 2, the states of the MOS transistors 1 and 2 are reversed and the current flows through the circuit of the power supply terminal - the lower part of the primary winding of the transformer 4 - MIS transistor 2 (representing the parallel connection of the MOS and bipolar npn structures) - a common bus. Thus, at load 5, an alternating signal will be allocated. Since high-power MIS transistors have much higher speed than bipolar ones, when a positive half-wave Uin is applied, the MOS structure will open first in the MIS transistor (1 or 2), and only then the bipolar one. As a result, the dynamic losses of the amplifier will mainly be determined by the MOS transistor and will turn out to be small. The main disadvantage of a powerful MOS transistor is a higher residual voltage in the open state (compared with a bipolar transistor), which leads to increased static losses for MIS power amplifiers. In the proposed device in a static state, it is the bipolar n-p-n structure that will bypass the MIS structure, as a result of which only small energy losses will occur due to the small residual voltage of the n-p-n transistor.

Таким образом, за счет малых потерь энергии как в статическом, так и в динамическом режимах реализуется повышение КПД устройства. Thus, due to small energy losses in both static and dynamic modes, an increase in the efficiency of the device is realized.

Claims

A POWER AMPLIFIER containing the first and second MOS transistors with an induced n-channel, connected in a push-pull circuit, with input and output transformers, while the terminals of the primary winding of the input transformer are the terminals for supplying the input signal, and the secondary winding is connected to the gates of the first and second MOS transistors, the sources of which are connected to the common bus and to the midpoint of the secondary winding of the input transformer, the drains are connected to the terminals of the primary winding of the output transformer, respectively, average the point of which is connected to the corresponding power bus, and between the terminals of the secondary winding of the output transformer, a load resistance is included, characterized in that, in order to reduce the power loss, additional secondary winding of the input transformer and the first diode are connected in series between the gate and the base, and the second diode and resistor are also connected in series, while the anodes of the first and second diodes are connected to the base and gate of the MOS transistor, respectively.