RU2034396C1

RU2034396C1 - Push-pull power amplifier

Info

Publication number: RU2034396C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Макунин
Original assignee: Макунин Александр Сергеевич
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: radio electronic equipment. SUBSTANCE: push-pull power amplifier has controlled phase inverter 2, regulated unipolar current of voltage source 3, first and second normally closed keys 4, 5, first and second normally open keys 6, 7, power supply 8, comparator 9, load 10 that has leads 11, 12, keyboard 13 formed by keys 4, 5, 6, 7, buses 1-1′. EFFECT: reduced nonlinear distortions of output signal due to reduced unbalance attained by using only one controlled unipolar current or voltage source. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилителях двухполярного сигнала постоянного тока и звуковой частоты с незаземленной нагрузкой в радиоэлектронной аппаратуре, в устройствах автоматики. The invention relates to radio engineering and can be used in amplifiers of a bipolar DC signal and sound frequency with an ungrounded load in electronic equipment, in automation devices.

Известен двухтактный усилитель, содержащий операционный усилитель, нагруженный на вход фазоинвертора, подключенного своими выходами ко входам управляемых источников токов, при этом операционный усилитель охвачен общей отрицательной обратной связью через резистор [1] Недостатком двухтактного усилителя является трудность подбора транзисторов управляемых источников тока с характеристиками, близкими во всем диапазоне значений выходного сигнала и необходимость в двухполярном источнике питания. Разброс параметров транзисторов делает двухтактную схему не полностью симметричной, а двухполярный мощный источник питания сложен, затруднительно его выполнение по бестрансформаторной схеме с удвоенной сетевой частотой пульсации на выходе. Каждый источник униполярного тока и половина источника питания работают поочередно в зависимости от направления тока в нагрузке, т.е. их загрузка близка к 50% т.е. низок коэффициент полезного действия. Known push-pull amplifier containing an operational amplifier loaded on the input of the phase inverter connected with its outputs to the inputs of controlled current sources, while the operational amplifier is covered by general negative feedback through a resistor [1] The disadvantage of a push-pull amplifier is the difficulty of selecting transistors of controlled current sources with characteristics close over the entire range of output signal values and the need for a bipolar power source. The spread in the parameters of the transistors makes the push-pull circuitry not completely symmetrical, and the bipolar powerful power source is complicated, it is difficult to perform it using a transformerless circuit with a doubled output ripple frequency. Each unipolar current source and half of the power source operate alternately depending on the direction of the current in the load, i.e. their loading is close to 50% i.e. low efficiency.

Известен мостовой усилитель, содержащий один источник питания, униполярные мощные источники тока, фазоинвертор, управляемый компаратор и переключатель [2]
В этом усилителе велики нелинейные искажения, поскольку в моством усилителе для положительной и отрицательной полуволн сигнала используются отдельные управляемые источники тока, что приводит к асимметрии.Known bridge amplifier containing one power source, unipolar powerful current sources, phase inverter, controlled comparator and switch [2]
This amplifier has large non-linear distortions, since separate controlled current sources are used for the positive and negative half-waves in the bridge amplifier, which leads to asymmetry.

Сущность заявленного изобретения состоит в решении задачи уменьшения нелинейных искажений выходного сигнала путем уменьшения асимметрии за счет использования только одного управляемого униполярного источника тока или напряжения. The essence of the claimed invention consists in solving the problem of reducing non-linear distortion of the output signal by reducing the asymmetry by using only one controlled unipolar current or voltage source.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема двухтактного усилителя мощности; на фиг.2 а,б,в,г,д- диаграммы работы. In FIG. 1 is a functional electrical diagram of a push-pull power amplifier; figure 2 a, b, c, d, d - diagram of work.

Двухтактный усилитель мощности содержит шины 1-1^l, которые являются информационным входом (фиг. 1), управляемый фазоинвертор 2, управляемый униполярный источник 3 тока или напряжения, первый и второй нормально замкнутые ключи 4, 5, первый и второй нормально разомкнутые ключи 6, 7, источник питания 8, компаратор 9 и нагрузку 10, которая имеет выводы 11, 12. Все ключи 4, 5, 6, 7 образуют коммутатор 13.A push-pull power amplifier contains buses 1-1 ^l , which are an information input (Fig. 1), a controlled phase inverter 2, a controlled unipolar current or voltage source 3, the first and second normally closed keys 4, 5, the first and second normally open keys 6, 7, the power source 8, the comparator 9 and the load 10, which has the conclusions 11, 12. All keys 4, 5, 6, 7 form the switch 13.

На фиг. 2 представлены эпюры в различных точках схемы: а напряжение на информационном входе; б напряжение на выходе управляемого фазоинвертора; в вытекающий ток на выходе управляемого униполярного источника тока или напряжения; г напряжение на выводе 11 относительно вывода 12 (напряжение на сопротивлении нагрузки 10); д напряжение на выходе компаратора 9. In FIG. 2 shows diagrams at various points of the circuit: a voltage at the information input; b voltage at the output of a controlled bass reflex; into the outgoing current at the output of a controlled unipolar current or voltage source; g voltage at terminal 11 relative to terminal 12 (voltage at load resistance 10); d voltage at the output of the comparator 9.

На фиг.2 интервал времени t_o < t < t₁ соответствует нулевому уровню напряжения на информационном входе, интервал времени t₂ < t < t₃ соответствует положительной полярности напряжения на информационном входе, интервал времени t₂ < t < t₃ соответствует отрицательной полярности входного напряжения на информационном входе, интервал времени t₃ <t соответствует нулевому уровню входного напряжения на информационном входе.In figure 2, the time interval t _o <t <t ₁ corresponds to the zero voltage level at the information input, the time interval t ₂ <t <t ₃ corresponds to the positive polarity of the voltage at the information input, the time interval t ₂ <t <t ₃ corresponds to the negative polarity input voltage at the information input, the time interval t ₃ <t corresponds to a zero level of input voltage at the information input.

Двухтактный усилитель мощности работает следующим образом. A push-pull power amplifier operates as follows.

Допустим, что используется управляемый униполярный источник 3, который является источником вытекающего тока, и источник питания 8, выдающий положительное напряжение относительной общей шины, на выходе компаратора 9 напряжение равно нулю при выходном напряжении на информационном входе, равном или выше нуля, а при отрицательном входном напряжении на выходе компаратора 9 напряжение положительное. При нулевом напряжении на выходе компаратора 9 положения контактов ключей 4, 5, 6, 7 соответствуют положениям приведенным на фиг. 1, при положительном напряжении на выходе компаратора 9 положение контактов ключей изменяется на обратное. На информационный вход поступает асимметричное переменное напряжение в виде положительной и отрицательной полуволны, у которого амплитуда положительного напряжения U+ превышает амплитуду отрицательного напряжения U- (фиг.2а). Допустим, что переключение контактов коммутатора 13 происходит мгновенно, при нулевом управляющем сигнале входной сигнал проходит через управляемый фазоинвертор 2 без изменения полярности, а при положительном управляющем сигнале с изменением полярности. В интервал времени t_o < t < t₁ входное напряжение равно нулю, на выходе управляемого фазоинвертора 2 напряжение равно нулю, на выходе управляемого источника тока ток также также равен нулю. В интервале t₁ < t < t₂ напряжения на информационном входе (фиг.2а) на выходе управляемого фазоинвертора 2 (фиг. 2б) положительное, управляемый униполярный источник 3 формирует вытекающий ток, повторяющий по форме входное положительное напряжение (фиг.2в), Этот ток проходит по первой контактной группе (верхней по схеме на фиг.1) и через вывод 11 поступает в нагрузку 10, на которой он создает напряжение положительной полярности относительно вывода 12 (фиг.2г). Далее ток из нагрузки 10 поступает к выводу 12 и далее через нижнюю группу контактов, общую шину. И источник питания 8 в управляемый униполярный источник 3.Suppose that we use a controlled unipolar source 3, which is a source of leakage current, and a power source 8 that gives a positive voltage to the relative common bus, at the output of the comparator 9 the voltage is zero when the output voltage at the information input is equal to or higher than zero, and with a negative input the voltage at the output of the comparator 9, the voltage is positive. At zero voltage at the output of the comparator 9, the positions of the contacts of the keys 4, 5, 6, 7 correspond to the positions shown in FIG. 1, with a positive voltage at the output of the comparator 9, the position of the contacts of the keys is reversed. An asymmetric alternating voltage is supplied to the information input in the form of a positive and negative half-wave, in which the amplitude of the positive voltage U + exceeds the amplitude of the negative voltage U- (Fig. 2a). Suppose that the switching contacts of the switch 13 occurs instantly, with a zero control signal, the input signal passes through a controlled phase inverter 2 without changing the polarity, and with a positive control signal with a change in polarity. In the time interval t _o <t <t _{1, the} input voltage is zero, at the output of the controlled phase inverter 2 the voltage is zero, at the output of the controlled current source the current is also equal to zero. In the interval t ₁ <t <t _{2 of the} voltage at the information input (Fig.2a) at the output of the controlled phase inverter 2 (Fig. 2b), a positive, controlled unipolar source 3 generates an outgoing current that repeats the shape of the input positive voltage (Fig.2c), This current passes through the first contact group (the upper one according to the circuit in Fig. 1) and through terminal 11 enters the load 10, on which it creates a voltage of positive polarity relative to terminal 12 (Fig. 2d). Next, the current from the load 10 enters terminal 12 and then through the lower group of contacts, a common bus. And power supply 8 to a controlled unipolar source 3.

В интервал времени t₂ < t < t₃ напряжение на информационном входе отрицательное (фиг.2а), управляемый фазоинвертор 2 под действием управляющего сигнала с компаратора 9 (фиг.2д) меняет фазу сигнала на противоположную, поэтому на выходе управляемого фазоинвертора напряжение снова положительной полярности (фиг.2б). Управляемый сигналом управляемый униполярный источник 3 формирует пропорциональный вытекающий ток (фиг.2в), повторяющий по форме отрицательное входное напряжение. Этот ток проходит через вторую (нижнюю на фиг. 1) контактную группу коммутатора 13, переключающие контакты замкнуты с нормально разомкнутыми контактами в коммутаторе 13 под действием управляющего сигнала с выхода компаратора 9, через вывод 12 нагрузки 10, на котором он создает напряжение отрицательной полярности относительно вывода 12 (фиг. 2г). Далее ток из нагрузки 10 поступает к выводу 11, через первую (верхнюю на схеме фиг.1) контактную группу коммутатора 13 в общий провод, затем источник питания 8 и т.д. Далее работа двухтактного усилителя мощности будет повторяться в зависимости от полярности входного сигнала. Работа двухконтактного усилителя мощности соответствует классу В. Напряжение на нагрузке 10 повторяет по форме входное напряжение, для формирования которого был использован один управляемый униполярный источник 3 тока или напряжение и один источник питания 8, который также является униполярным, т.е. выполнено условие полной симметрии для положительной и отрицательной полуволн входного сигнала, управляемый униполярный источник 3, источник питания 8 полностью загружен, исключая моменты, соответствующие нулевому уровню входного сигнала. Для медленно изменяющегося напряжения в качестве коммутатора 13 может быть использовано электромагнитное реле с двумя группами контактов на переключение. Для быстроизменяющегося напряжения могут быть использованы электронные ключи, например, на полевых транзисторах с малым сопротивлением канала в открытом состоянии и малым временем перехода из закрытого состояния в открытое и наоборот.In the time interval t ₂ <t <t _{3 the} voltage at the information input is negative (Fig. 2a), the controlled phase inverter 2, under the action of the control signal from the comparator 9 (Fig. 2d), changes the phase of the signal to the opposite, therefore, the voltage at the output of the controlled phase inverter is positive again polarity (figb). The signal-driven controlled unipolar source 3 generates a proportional leakage current (Fig.2c), repeating in shape a negative input voltage. This current passes through the second (lower in Fig. 1) contact group of the switch 13, the switching contacts are closed with normally open contacts in the switch 13 under the action of a control signal from the output of the comparator 9, through the output 12 of the load 10, on which it creates a voltage of negative polarity relative to pin 12 (Fig. 2d). Next, the current from the load 10 arrives at terminal 11, through the first (upper in the diagram of FIG. 1) contact group of the switch 13 into a common wire, then the power source 8, etc. Further, the operation of a push-pull power amplifier will be repeated depending on the polarity of the input signal. The operation of a two-pin power amplifier corresponds to class B. The voltage at load 10 repeats the input voltage in form, for the formation of which one controlled unipolar current source 3 or voltage and one power source 8, which is also unipolar, i.e. the condition of complete symmetry is satisfied for the positive and negative half-waves of the input signal, the unipolar source 3 is controlled, the power source 8 is fully loaded, excluding the moments corresponding to the zero level of the input signal. For a slowly changing voltage, an electromagnetic relay with two groups of switching contacts can be used as a switch 13. For a rapidly changing voltage, electronic switches can be used, for example, on field effect transistors with a small channel resistance in the open state and a short transition time from the closed state to the open state and vice versa.

Claims

A TWO-WAY POWER AMPLIFIER containing a power source connected in a ring, a controlled unipolar current or voltage source, a first normally closed switch, a load and a second normally closed switch, a phase inverter whose output is connected to the control input of a controlled unipolar current or voltage source, a first normally open switch, which is connected between the connection point of the load with the first normally closed key and the connection point of the power source with the second normally closed key, the second norm a clearly open key, one output of which is connected to the load connection point with the second normally closed key, a comparator, the output of which is connected to the control inputs of the first normally closed key and the first normally open key, while the input of the phase inverter is an information input of a push-pull power amplifier, the reference input of the comparator connected to the connection point of the second normally closed key to the power source and connected to a common bus, characterized in that the phase inverter is made in the form of a commutator phase inverter, the control input of which is connected to the output of the comparator, while the information input of the comparator is connected to the input of the switched phase inverter, the control inputs of the second normally closed key and the second normally open key are connected to the output of the comparator, the second output of the second normally open key is connected to the connection point of the controlled unipolar a current or voltage source and a first normally closed switch.