RU209030U1 - Усилитель мощности низкой частоты - Google Patents
Усилитель мощности низкой частоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU209030U1 RU209030U1 RU2021121829U RU2021121829U RU209030U1 RU 209030 U1 RU209030 U1 RU 209030U1 RU 2021121829 U RU2021121829 U RU 2021121829U RU 2021121829 U RU2021121829 U RU 2021121829U RU 209030 U1 RU209030 U1 RU 209030U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- dynamic load
- output
- voltage
- effect transistors
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
- H03F1/12—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of attenuating means
- H03F1/13—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of attenuating means in discharge-tube amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/02—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with tubes only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к усилителям низких частот. Техническим результатом является повышение эффективности и надежности. Он достигается тем, что усилитель мощности низкой частоты включает выходные транзисторы в виде полевых транзисторов МОП-структуры, а также отдельную схему для определения рабочей точки выходного каскада, электронные лампы в качестве усилительных элементов, причем дополнительно содержит усилитель напряжения на электронных лампах с динамической нагрузкой, а все усиление по напряжению происходит в одном неинвертирующем ламповом каскаде, включенном по схеме «с общей сеткой», имеющем динамическую нагрузку и гальванически связанным с ламповым катодным повторителем, также имеющем динамическую нагрузку, не охваченных общей обратной связью и связанных через разделительный конденсатор с усилителем тока на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором, работающим в классе АВ, представляющим собой двухтактный истоковый повторитель с собственной схемой смещения, ограничения и термокомпенсации. 3 ил.
Description
Заявляемое полезная модель относится к электронным схемам общего назначения, а именно к усилителям низких частот на электронных и полупроводниковых приборах, к лампово-полупроводниковым усилителям, и может найти широкое применение в радиотехнике и в электронике.
Электронные лампы обладают высокой линейностью, малым уровнем шумов, имеющим в основном «электронную» природу, в отличие от полупроводников, что обеспечивает отличное качество звука в случае применения электронных ламп в усилителях звуковой частоты высокого класса. В настоящее время в усилителях низкой частоты принято использовать следующие схемы включения электронных ламп: с общим катодом и общим анодом. Для обеспечения широкого частотного диапазона и уменьшения искажений применяют многокаскадные схемы, охваченные общей отрицательной обратной связью. Результатом этого становится, кроме улучшения линейности усилителя в целом, подмес на вход усилителя по цепи обратной связи сигнала с выхода усилителя со всеми образованными в процессе усиления искажениями, что приводит к ухудшению звучания таких усилителей.
Существенным недостатком электронных ламп является относительно высокое выходное сопротивление каскада. В связи с этим, для согласования выходного сопротивления лампы с низким сопротивлением нагрузки, например акустической системой, применяется выходной трансформатор. Имея значительную индуктивность, трансформатор не обладает равномерной амплитудно-частотной характеристикой во всем диапазоне частот работы усилителя. Кроме этого, характер его выходного сопротивления меняется с ростом частоты и из омического, на нижней границе диапазона (единицы герц), преобразуется в емкостно-индуктивный на верхней границе (десятки килогерц), что неизбежно сказывается на его взаимодействии с акустической системой или другой нагрузкой.
Класс АВ - это режим работы усилителей, применяющихся в аппаратуре с высокой точностью звука. В классе АВ могут работать как ламповые, так и транзисторные схемы.
Известен оконечный каскад усилителя мощности низкой частоты по патенту РФ на полезную модель №35492 от 26.09.2003г., опубликованному 10.01.2004г., который содержит последовательно соединенные драйвер, выходные транзисторы и трансформатор, причем драйвер выполнен в виде отдельной интегральной схемы, к дополнительному входу которой подсоединена схема установки рабочей точки выходных транзисторов, подключенных к соответствующим выходам драйвера по схеме с ограничением по максимальному току, а в качестве интегральной схемы используют микросхему маломощного усилителя МС 34129.
Общими признаками заявляемого усилителя мощности низкой частоты и аналога оконечного каскада усилителя мощности низкой частоты по патенту РФ на полезную модель №35492 являются: использование в качестве выходных транзисторов полевых транзисторов МОП-структуры и наличие отдельной схемы для определения рабочей точки выходного каскада.
Отличия данного аналога и заявляемого технического решения обусловлены особенностями конструкции, а именно: наличие выходного трансформатора и работы выходных транзисторов в качестве усилителя напряжения и тока, т.к. стоки транзисторов соединены с выходным трансформатором со средней точкой. Эта схема позволяет работать с низким однополярным напряжением питания, но обладает повышенным коэффициентом искажений. Кроме этого, представленная полезная модель № 35492 относится к трансляционным усилителям, где отсутствуют требования к высокому качеству звучания. Заявляемое техническое решение относится к аппаратуре высокой верности воспроизведения.
Недостатком данного аналога по патенту на полезную модель №35492 является наличие выходного трансформатора, ограничивающего частотный диапазон усилителя мощности, низкое напряжение питания, ограничивающее динамические возможности усилителя, и высокий коэффициент искажений, не допустимый в аппаратуре высококачественного звучания.
Известен ламповый усилитель низкой частоты (ПРОТОТИП) по патенту РФ на изобретение №2693287 от 12.03.2018г., опубликованному 02.07.2019г., который содержит предварительный каскад усиления, сигнал с которого предназначен для поступления через драйверный раскачивающий каскад для последующего усиления мощности в однотактном или двухтактном выходном каскаде, при этом все накальные цепи, а также анодные цепи указанных предварительного и драйверного каскадов подключены к общему источнику питания на базе маломощного трансформатора или импульсного блока питания, анодные цепи указанного выходного каскада для усиления мощности подключены через умножитель к питающей сети, а выходной каскад через выходной трансформатор связан с акустической системой. Между выходом драйверного каскада и выходным каскадом введен межкаскадный трансформатор для гальванической развязки по входу выходного каскада, соединенного с питающей сетью, а выходной трансформатор обеспечивает гальваническую развязку по выходу указанного выходного каскада.
Общими признаками заявляемого усилителя мощности низкой частоты и прототипа лампового усилителя низкой частоты по патенту РФ на изобретение №2693287 являются: применение электронных ламп в качестве усилительных элементов.
Отличия прототипа и заявляемого технического решения обусловлены особенностями конструкции, а именно: отсутствием гальванической связи драйверного каскада с питающей электросетью, а также отсутствием дорогостоящего выходного и межкаскадного трансформаторов. Кроме этого, учитывая, что выходной трансформатор должен иметь массогабаритные показатели, исходя из его выходной мощности, применение гибридной схемы в заявляемом техническом решении, позволяет обойтись обычным силовым трансформатором, имеющим практически те же массогабаритные показатели, но гораздо более низкую цену в производстве.
Недостатком прототипа по патенту РФ на изобретение №2693287 является, прежде всего, наличие двух трансформаторов: межкаскадного и выходного. Требования к таким изделиям в аппаратуре высокой верности звучания очень высоки, что существенно удорожает производство усилителей по схеме патента № 2693287. Кроме этого, гальваническая связь выходного и драйверного каскада с питающей сетью требует наличия разделительного трансформатора для проведения наладочных и ремонтных работ с таким усилителем, во избежание поражения электрическим током. Причем трансформаторы ограничивают частотный диапазон усилителя.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение частотного диапазона характерного для ламповых усилителей мощности и увеличение динамического диапазона транзисторных усилителей мощности с одновременным улучшением отношения сигнал/шум. Заявляемая полезная модель разработана для того, чтобы решить вышеуказанную проблему и повысить эффективность и бесперебойность работы усилителя низкой частоты.
Цель разработки заявляемого технического решения - расширение функциональных возможностей усилителя, в частности, желание совместить преимущество усилителей на электронных лампах и двухтактных усилителей на полупроводниках. Применение электронных ламп позволяет получить высокое усиление напряжения малым количеством каскадов (один) с наличием, в основном, в сигнале четных гармоник, что весьма положительно сказывается на звучании. А выходной каскад на полевых транзисторах МОП-структуры позволяет обойтись без характерного для ламповых выходных каскадов дорогостоящего выходного трансформатора. Кроме того, заявляемая схема обеспечивает практически недостижимую для чисто ламповых усилителей скорость нарастания выходного сигнала - не менее 40В/мкс и равномерную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне от 1Гц до 100кГц без отрицательной обратной связи и инверсии входного сигнала.
Техническая задача настоящей полезной модели заключается в создании усилителя такой конструкции, которая бы была более удобна в эксплуатации и экономична с точки зрения потерь энергии.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эффективности и надежности. Технический результат заключается в расширении частотного диапазона с одновременным снижением коэффициента искажений усилителей без общей отрицательной обратной связи, а также в увеличении выходной мощности ламповых усилителей низкой частоты до сотен ватт без применения выходного трансформатора при постоянном выходном сопротивлении резистивного характера. Отличием заявляемого технического решения является включение первого каскада усилителя напряжения по схеме «с общей сеткой», что характерно для высокочастотной аппаратуры (например - входные каскады ламповых радиоприемников и ламповых телевизоров) и не встречается в усилителях низкой частоты. Это позволило получить минимальные нелинейные искажения, более высокое отношение сигнал/шум и более высокую частоту верхней границы диапазона усиления по сравнению с традиционными схемами низкочастотных усилителей на электронных лампах по схеме «с общим катодом».
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что усилитель мощности низкой частоты включает выходные транзисторы в виде полевых транзисторов МОП-структуры, а также отдельную схему для определения рабочей точки выходного каскада, причем дополнительно содержит усилитель напряжения на электронных лампах с динамической нагрузкой, а все усиление по напряжению происходит в одном не инвертирующем ламповом каскаде, включенном по схеме «с общей сеткой», имеющим динамическую нагрузку (источник стабильного тока) и гальванически связанным с ламповым катодным повторителем, также имеющим динамическую нагрузку, не охваченных общей обратной связью и связанных через разделительный конденсатор с усилителем тока на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором, работающим в классе АВ, представляющим из себя двухтактный истоковый повторитель с собственной схемой смещения, ограничения и термокомпенсации, при этом на затворы комплементарной пары подается не разделенный предварительным каскадом на положительный и отрицательный полупериоды полный усиленный по напряжению сигнал. Заявляемое техническое решение проиллюстрировано чертежами Фиг.1 - Фиг.3, где:
1 - Фиг.1 Усилитель напряжения, где:
1. Повторитель на операционном усилителе с регулировкой режима лампового каскада;
2. Ламповый каскад с «общей сеткой» и динамической нагрузкой;
3. Катодный повторитель с динамической нагрузкой.
2 - Фиг.2 Усилитель тока, где:
4. Схема установки рабочей точки, ограничения и термостабилизации выходных транзисторов;
3 - Фиг.3 Общая схема, где:
5. Усилитель напряжения;
6. Усилитель тока.
Заявляемое техническое решение позволяет получить высокие передаточные характеристики ламповых усилительных каскадов без применения отрицательной обратной связи, а выходной каскад при высокой линейности амплитудно-частотной характеристики обладает стабильным выходным сопротивлением резистивного рода во всем диапазоне рабочих частот усилителя.
Для достижения этих целей схемотехнически усилитель разделен на две части:
1. Усилитель напряжения на электронных лампах;
2. Усилитель тока с постоянным выходным сопротивлением на полевых транзисторах с изолированным затвором.
Усилитель напряжения усиливает входной звуковой сигнал амплитудой 0,25-1,0 В до необходимого уровня 25-75 В, в зависимости от применяемых ламп и анодного напряжения, а усилитель тока на истоковых повторителях обеспечивает выходной ток от единиц до десятков ампер указанной амплитуды для нормальной работы акустических систем или другой нагрузки.
Рассмотрим каждую часть подробней, для чего обратимся к блок-схеме Фиг.1. Первая часть - это усилитель напряжения на электронных лампах, который в данной схеме является усилителем постоянного тока. Все каскады выполнены с динамической нагрузкой, построенной на точно таких же электронных лампах, что и сами каскады усиления, и гальванической связью между каскадами. Причем, первый ламповый каскад выполнен с общей сеткой, а второй с общим анодом. Для согласования низкого входного сопротивления первого лампового каскада с высоким выходным сопротивлением источника сигнала применен повторитель на малошумящем операционном усилителе. Все необходимое усиление по напряжению обеспечивает первый ламповый каскад. Этим достигается максимальное отношение сигнал/шум. Включение первого каскада по схеме «с общей сеткой», что является новым решением в звуковой схемотехнике, позволило получить минимальные нелинейные искажения и более высокую частоту верхней границы диапазона усиления по сравнению с традиционными схемами низкочастотных усилителей по схеме «с общим катодом». Второй ламповый каскад, являясь катодным повторителем с динамической нагрузкой, обеспечивает необходимое усиление по току для возможности нормальной работы на входную емкость полевых транзисторов выходного каскада усилителя. Эта мера необходима для обеспечения требуемой скорости нарастания сигнала на затворах полевых транзисторов выходного каскада.
Такое схемное решение выбрано с целью увеличить частотный диапазон и снизить нелинейные искажения в нижней и верхней частях спектра, а также обеспечить равное время задержки для всех частотных составляющих усиливаемого сигнала. Кроме того, применение усилителя постоянного тока гарантирует максимально ровную амплитудно-частотную характеристику в широком диапазоне частот от 0 Гц до 100 кГц.
Предлагаемая схема усилителя напряжения является не инвертирующей, то есть нет поворота фазы входного сигнала на 180 градусов, что дополнительно снижает вносимые усилителем искажения во входной сигнал. Кроме этого, благодаря высокой устойчивости усилителя напряжения к самовозбуждению, несмотря на высокий коэффициент усиления по напряжению (Ку) около 100 (в зависимости от типа электронных ламп), не требуется введение отрицательной обратной связи. Отсутствие в усилителях отрицательной обратной связи является одним из характерных признаков аппаратуры высокого класса и очень приветствуется экспертами в области высококачественного звуковоспроизведения, так как положительно сказывается на «прозрачности» звучания.
Рассмотрим вторую часть подробней, для чего обратимся к блок-схеме Фиг.2. Вторая часть - это усилитель тока, выполненный на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором (КМОП).
Схема разработана как «автономный» двухтактный истоковый повторитель, имеющий возможность работать с любым источником сигнала с гальванической развязкой, то есть к нему можно подключить и другой усилитель напряжения звукового или иного сигнала. Особенностью схемы являются встроенные стабилизаторы - для обеспечения начального необходимого смещения на затворах (схема работает в классе АВ), а также схема термостабилизации и ограничитель входного сигнала - для защиты затворов полевых транзисторов при больших амплитудах входного сигнала. Эта часть схемы также устойчива к самовозбуждению и не требует введения ООС. Выбор КМОП полевых транзисторов для выходного каскада не случаен: в них отсутствует эффект Эбертса-Молла, характерный для биполярных транзисторов, что позволяет получить высококачественное звучание с великолепной «микродинамикой» и «прозрачностью» без характерной «транзисторной» окраски звука. Входные конденсаторы каскада С1-С3 создают фильтр высоких частот с частотой среза вплоть до долей Герц, в зависимости от выбранной емкости конденсатора.
Примененное техническое решения позволяет создавать не только усилители мощности звуковой частоты, но и другие устройства, работающие в звуковом диапазоне частот: предварительные усилители, усилители-корректоры, усилители для головных телефонов и тому подобное.
Заявляемая полезная модель может быть реализована следующим образом, общее схемное решение показано на чертеже Фиг.3.
По сравнению с известными устройствами усилителей, заявляемая конструкция обладает универсальностью. Область применения заявляемой конструкции за счет компактности и простоты как изготовления, так и эксплуатации, значительно шире, чем у известных аналогов.
Возможность многократного воспроизведения заявляемой конструкции проистекает из способа ее промышленной комплектации, что позволяет воспроизводить заявляемое устройство усилителя низкой частоты в промышленных масштабах.
Подобное сочетание универсальности, достижения возможности многократного воспроизведения с относительной простотой изготовления в прототипе не достигнуто.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».
Claims (1)
- Усилитель мощности низкой частоты, включающий выходные транзисторы в виде полевых транзисторов МОП-структуры, а также отдельную схему для определения рабочей точки выходного каскада, электронные лампы в качестве усилительных элементов, отличающийся тем, что дополнительно содержит усилитель напряжения на электронных лампах с динамической нагрузкой, а все усиление по напряжению происходит в одном неинвертирующем ламповом каскаде, включенном по схеме «с общей сеткой», имеющем динамическую нагрузку и гальванически связанным с ламповым катодным повторителем, также имеющем динамическую нагрузку, не охваченных общей обратной связью и связанных через разделительный конденсатор с усилителем тока на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором, работающим в классе АВ, представляющим из себя двухтактный истоковый повторитель с собственной схемой смещения, ограничения и термокомпенсации, при этом на затворы комплементарной пары подается не разделенный предварительным каскадом на положительный и отрицательный полупериоды полный усиленный по напряжению сигнал.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121829U RU209030U1 (ru) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Усилитель мощности низкой частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121829U RU209030U1 (ru) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Усилитель мощности низкой частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU209030U1 true RU209030U1 (ru) | 2022-01-28 |
Family
ID=80215019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021121829U RU209030U1 (ru) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Усилитель мощности низкой частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU209030U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855938A1 (ru) * | 1976-02-02 | 1981-08-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ламповый усилитель мощности |
US5291149A (en) * | 1992-03-30 | 1994-03-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Operational amplifier |
RU2258299C1 (ru) * | 2004-02-20 | 2005-08-10 | Шабад Сергей Александрович | Ламповый усилитель с непосредственной связью между каскадами |
RU2693287C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-07-02 | Виктор Геннадьевич Тимофеев | Ламповый усилитель низкой частоты |
-
2021
- 2021-07-22 RU RU2021121829U patent/RU209030U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855938A1 (ru) * | 1976-02-02 | 1981-08-15 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Ламповый усилитель мощности |
US5291149A (en) * | 1992-03-30 | 1994-03-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Operational amplifier |
RU2258299C1 (ru) * | 2004-02-20 | 2005-08-10 | Шабад Сергей Александрович | Ламповый усилитель с непосредственной связью между каскадами |
RU2693287C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-07-02 | Виктор Геннадьевич Тимофеев | Ламповый усилитель низкой частоты |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106571780B (zh) | 一种自适应偏置的射频功率放大器 | |
CN109951159B (zh) | 基于变压器的Doherty功率放大器 | |
CN101764582A (zh) | 用于功率放大器的自混合自适应偏置电路的系统和方法 | |
CN1338144A (zh) | 具有高线性和低功耗的宽带放大 | |
US10985715B2 (en) | Power amplifier circuit | |
CN111277232B (zh) | 一种基于改进型tia的超宽带放大器单元电路 | |
CN111711424B (zh) | 一种cmos功率放大器及其射频模块 | |
US7405626B2 (en) | Distributed amplifier having a variable terminal resistance | |
US7535297B2 (en) | Architecture and method for improving efficiency of a class-A power amplifier by dynamically scaling biasing current thereof as well as synchronously compensating gain thereof in order to maintain overall constant gain of the class-A power amplifier at all biasing configurations thereof | |
US7777575B2 (en) | Circuit with single-ended input and differential output | |
CN109120269B (zh) | 一种数字模拟转换器 | |
RU209030U1 (ru) | Усилитель мощности низкой частоты | |
CN112886932B (zh) | 一种线性化设计的功率放大器 | |
CN117639683A (zh) | 一种基于巴伦的高oip2平衡放大器 | |
CN101908879A (zh) | 缓冲电路 | |
CN201365228Y (zh) | 高保真、高线性、宽频带纯后级功率放大器 | |
Cho et al. | A handy dandy Doherty PA: A linear Doherty power amplifier for mobile handset application | |
CN114785295B (zh) | 超宽带功率放大器和相控阵发射机 | |
US9768735B2 (en) | Amplifier circuit and method | |
US6496069B1 (en) | Cascode circuit capable of contributing a comparatively low intermodulation distortion in the amplified signals | |
CN101662261A (zh) | 一种高线性度折叠混频器 | |
US7701283B2 (en) | Power amplifier with noise shaping | |
US20110248780A1 (en) | Cascode amplifier with increased linearity | |
CN111865243A (zh) | 一种适用于生物医学信号采集模拟前端的可变增益放大器 | |
CN111884605A (zh) | 一种差分运算放大器 |