RU2156537C1 - Linear power amplifier - Google Patents
Linear power amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2156537C1 RU2156537C1 RU99126021A RU99126021A RU2156537C1 RU 2156537 C1 RU2156537 C1 RU 2156537C1 RU 99126021 A RU99126021 A RU 99126021A RU 99126021 A RU99126021 A RU 99126021A RU 2156537 C1 RU2156537 C1 RU 2156537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- collector
- resistor
- power bus
- amplifier
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам усиления мощности, а более конкретно касается линейного усилителя мощности. The present invention relates to power amplification devices, and more particularly relates to a linear power amplifier.
Данное изобретение может быть использовано в высококачественных усилителях мощности звуковой частоты, усилителях видеосигнала, усилителях радиочастоты, линейных усилителях переменного и постоянного тока. This invention can be used in high-quality audio power amplifiers, video signal amplifiers, radio frequency amplifiers, linear AC and DC amplifiers.
Известен усилитель мощности (Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники": Т.1 Пер. с анг., М.: Мир, 1993, стр. 93, рис. 2.38), содержащий транзистор, разделительный конденсатор, первый, второй резисторы, резисторы в цепи коллектора и эмиттера. Разделительный конденсатор подключен первым концом к первой клемме для подключения входного сигнала. Первый и второй последовательно соединенные резисторы образуют делитель напряжения. Общая точка соединения резисторов подключена к базе транзистора и ко второму концу разделительного конденсатора. Второй конец второго резистора подсоединен к первой шине питания. Первый конец первого резистора подключен ко второй шине питания. Третий резистор подключен к эмиттеру транзистора одним концом, а другим ко второму концу второго резистора. Также делитель имеет второй конденсатор), один конец которого соединен с эмиттером транзистора. A well-known power amplifier (Horowitz P., Hill W. "The Art of Circuit Engineering": T.1 Per. From English, Moscow: Mir, 1993, p. 93, Fig. 2.38) containing a transistor, an isolation capacitor, first, second resistors, resistors in the collector and emitter circuit. An isolation capacitor is connected at the first end to the first terminal for connecting an input signal. The first and second series-connected resistors form a voltage divider. The common connection point of the resistors is connected to the base of the transistor and to the second end of the isolation capacitor. The second end of the second resistor is connected to the first power bus. The first end of the first resistor is connected to the second power bus. The third resistor is connected to the emitter of the transistor at one end and the other to the second end of the second resistor. The divider also has a second capacitor), one end of which is connected to the emitter of the transistor.
Данный усилитель имеет высокий коэффициент искажений большого сигнала, зависимость коэффициента усиления от типа и характеристик отдельного транзистора, зависимость режима работы от температуры. Это происходит из-за нелинейности сопротивления эмиттерного перехода. Данный усилитель невозможно применять как линейный усилитель больших сигналов с заданным коэффициентом усиления без применения обратной отрицательной связи. This amplifier has a high distortion coefficient of a large signal, the dependence of the gain on the type and characteristics of an individual transistor, the dependence of the operating mode on temperature. This is due to the nonlinearity of the resistance of the emitter junction. This amplifier cannot be used as a linear amplifier of large signals with a given gain without the use of negative feedback.
В основу изобретения положена задача создания линейного усилителя мощности, позволяющего за счет нового схематического решения достичь линейности усиления больших сигналов без использования обратной отрицательной связи, предотвратить влияние разброса характеристик транзисторов на режим усиления и предотвратить влияние температуры на режим работы усилителя. The basis of the invention is the creation of a linear power amplifier, which allows due to a new schematic solution to achieve linear amplification of large signals without using negative feedback, to prevent the influence of the spread of transistor characteristics on the gain mode and to prevent the influence of temperature on the mode of operation of the amplifier.
Поставленная задача решается тем, что в линейном усилителе мощности, содержащем разделительный конденсатор, подключенный первым концом к первой клемме для подключения входного сигнала, усилитель напряжения, выполненный на двух последовательно соединенных резисторах, общая точка которых подключена к базе первого транзистора, второй конец второго резистора подключен к первой шине питания, а первый конец первого резистора подключен ко второй шине питания, третий резистор, первый конец которого соединен с эмиттером первого транзистора согласно изобретению, второй конец разделительного конденсатора соединен со второй шиной питания, второй конец третьего резистора подключен ко второй шине питания, а также линейный усилитель мощности содержит токоограничивающий резистор, первый конец которого подключен ко второй клемме для подключения входного сигнала, а второй его конец соединен с общей точкой резисторов делителя напряжения, второй транзистор, эмиттер которого подключен к первой шине питания, а коллектор соединен с коллектором первого транзистора, база второго транзистора соединена с коллектором первого транзистора, третий транзистор, база которого подключена к базе второго транзистора, а его n эмиттеров подключены к первой шине питания, четвертое сопротивление, первый конец которого подключен к коллектору третьего транзистора, а второй его конец подключен к третьей шине питания, четвертый транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором третьего транзистора, база его соединена с четвертой шиной питания, а коллектор подключен к первому концу пятого сопротивления и является выходом линейного усилителя мощности, а другой конец пятого сопротивления подключен к третьей шине питания. The problem is solved in that in a linear power amplifier containing an isolation capacitor connected by the first end to the first terminal for connecting the input signal, a voltage amplifier made on two series-connected resistors, the common point of which is connected to the base of the first transistor, the second end of the second resistor is connected to the first power bus, and the first end of the first resistor is connected to the second power bus, the third resistor, the first end of which is connected to the emitter of the first transistor with According to the invention, the second end of the isolation capacitor is connected to the second power bus, the second end of the third resistor is connected to the second power bus, and the linear power amplifier contains a current-limiting resistor, the first end of which is connected to the second terminal for connecting the input signal, and its second end is connected to the common point of the resistors of the voltage divider, the second transistor, the emitter of which is connected to the first power bus, and the collector is connected to the collector of the first transistor, the base of the second trans the store is connected to the collector of the first transistor, the third transistor, the base of which is connected to the base of the second transistor, and its n emitters are connected to the first power bus, the fourth resistance, the first end of which is connected to the collector of the third transistor, and its second end is connected to the third power bus, the fourth transistor, the emitter of which is connected to the collector of the third transistor, its base is connected to the fourth power bus, and the collector is connected to the first end of the fifth resistance and is the output of the linear amplifier power generator, and the other end of the fifth resistance is connected to the third power bus.
Данное изобретение позволяет достичь линейности усиления больших сигналов без применения обратной отрицательной связи, что расширяет динамический диапазон усилителя и сильно уменьшает интермодуляционные искажения. Также данное изобретение предотвращает влияние разброса характеристик используемых транзисторов на режим усиления. И еще, предотвращает влияние температуры на режим работы усилителя. Также данное изобретение использует стандартные, широко используемые в промышленности элементы, которые широко взаимозаменяемы по типажу в зависимости от требуемой выходной мощности и других характеристик усилителя. This invention allows to achieve linear amplification of large signals without the use of negative feedback, which extends the dynamic range of the amplifier and greatly reduces intermodulation distortion. Also, this invention prevents the spread of the characteristics of the transistors used in the gain mode. And yet, it prevents the influence of temperature on the mode of operation of the amplifier. Also, this invention uses standard elements widely used in industry that are widely interchangeable in type depending on the required output power and other characteristics of the amplifier.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами выполнения и сопровождающим чертежом, на котором изображена блок-схема линейного усилителя мощности, согласно изобретению. The invention is further illustrated by specific examples and the accompanying drawing, which shows a block diagram of a linear power amplifier according to the invention.
Линейный усилитель мощности содержит разделительный конденсатор 1, подключенный первым концом к первой клемме 2 для подключения входного сигнала, делитель напряжения, выполненный на двух последовательно соединенных резисторах 3,4, общая точка соединения которых подключена к базе первого транзистора 5. Второй конец второго резистора 4 подключен к первой шине 6 питания, а первый конец первого резистора 3 подключен ко второй шине 7 питания. Усилитель содержит третий резистор 8, первый конец которого соединен с эмиттером первого транзистора 5. Второй конец разделительного конденсатора 1 соединен со второй шиной 7 питания. Второй конец третьего резистора 8 подключен также ко второй шине 7 питания. Также линейный усилитель мощности содержит токоограничивающий резистор 9, первый конец которого подключен ко второй клемме 10 для подключения входного сигнала, а второй его конец соединен с общей точкой соединения резисторов 3, 4 делителя напряжения. Усилитель имеет второй транзистор 11, эмиттер которого подключен к первой шине 6 питания, а коллектор соединен с коллектором первого транзистора 5. База второго транзистора 11 соединена с коллектором первого транзистора 5. Усилитель содержит также третий транзистор 12, база которого подключена к базе второго транзистора 11, а его n эмиттеров 121. ..12n, подключены к первой шине 6 питания, четвертое сопротивление 13, первый конец которого подключен к коллектору третьего транзистора 12. Второй конец сопротивления 13 подключен к третьей шине 14 питания. Усилитель имеет четвертый транзистор 15, эмиттер которого соединен с коллектором третьего транзистора 12, база его соединена с четвертой шиной 16 питания. Коллектор транзистора 15 подключен к первому концу пятого сопротивления 17 и является выходом линейного усилителя мощности. Другой конец пятого сопротивления 17 подключен к третьей шине 14 питания.The linear power amplifier contains a separation capacitor 1, connected by the first end to the first terminal 2 for connecting the input signal, a voltage divider made on two series-connected resistors 3,4, the common connection point of which is connected to the base of the first transistor 5. The second end of the second resistor 4 is connected to the first power bus 6, and the first end of the first resistor 3 is connected to the second power bus 7. The amplifier contains a third resistor 8, the first end of which is connected to the emitter of the first transistor 5. The second end of the isolation capacitor 1 is connected to the second power bus 7. The second end of the third resistor 8 is also connected to the second power bus 7. The linear power amplifier also contains a current-limiting resistor 9, the first end of which is connected to the second terminal 10 for connecting the input signal, and its second end is connected to a common connection point of the voltage divider resistors 3, 4. The amplifier has a second transistor 11, the emitter of which is connected to the first power bus 6, and the collector is connected to the collector of the first transistor 5. The base of the second transistor 11 is connected to the collector of the first transistor 5. The amplifier also contains a third transistor 12, the base of which is connected to the base of the second transistor 11 , and its n emitters 12 1 . ..12 n , connected to the first power bus 6, the fourth resistance 13, the first end of which is connected to the collector of the third transistor 12. The second end of the resistance 13 is connected to the third power bus 14. The amplifier has a fourth transistor 15, the emitter of which is connected to the collector of the third transistor 12, its base is connected to the fourth power bus 16. The collector of the transistor 15 is connected to the first end of the fifth resistance 17 and is the output of a linear power amplifier. The other end of the fifth resistance 17 is connected to the third power bus 14.
По направлению стрелок А показано протекание токов в данной схеме. In the direction of arrows A, the flow of currents in this circuit is shown.
Работает данный линейный усилитель мощности следующим образом. This linear power amplifier works as follows.
На входные клеммы 2, 10 подается сигнал, который через ограничивающий резистор 9 и разделительный конденсатор 1 поступает на вход первого каскада. Транзистор 5 включен по системе эмиттерного повторителя, а значит, напряжение на его эмиттере повторяет напряжение на его базе. Напряжение на базе транзистора 5 есть сумма входного напряжения и напряжения смещения. Напряжение смещения создается делителем напряжения, выполненного на резисторах 3,4. Таким образом, напряжение U1 на резисторе 8 будет равно:
U1 = U2+U3 (1),
где U2 - переменное напряжение, подаваемое на вход усилителя,
U3 - напряжение смещение, созданное резисторами 3,4 и равно
где U4 напряжение, подаваемое с источника 7 питания.A signal is applied to the input terminals 2, 10, which, through the limiting resistor 9 and the isolation capacitor 1, is fed to the input of the first stage. The transistor 5 is turned on through the emitter follower system, which means that the voltage at its emitter repeats the voltage at its base. The voltage at the base of transistor 5 is the sum of the input voltage and the bias voltage. The bias voltage is created by a voltage divider made on 3.4 resistors. Thus, the voltage U 1 on the resistor 8 will be equal to:
U 1 = U 2 + U 3 (1),
where U 2 - alternating voltage supplied to the input of the amplifier,
U 3 - voltage bias created by resistors 3.4 and equal
where U 4 is the voltage supplied from the power supply 7.
По закону Ома ток I1, протекающий через резистор 8, будет равен:
I1=U1/R8=(U2+U3)/R8 (3)
В свою очередь:
Тогда
I1=U1/R8=[U2+U4•R4/(R3+ R4)]/R8 (5)
Полученный ток подается на вход токового зеркала на транзисторах 11 и 12. Как известно (Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники": Пер. с анг., М. : Мир, 1998, стр. 98, рис. 2.51), на выходе токового зеркала создается ток, кратный отношению площади эмиттерного перехода выходного транзистора 12 к площади эмиттерного перехода входного транзистора 11. Таким образом, получаем, что ток на выходе токового зеркала равен:
I2 = I3 • N = I1 • N (6),
где I2 - ток, протекающий в коллекторе выходного транзистора 12 токового зеркала,
I3 - ток, протекающий через эмиттер транзистора 11,
N - отношение площадей эмиттерных переходов транзисторов 11 и 12.According to Ohm's law, the current I 1 flowing through the resistor 8 will be equal to:
I 1 = U 1 / R 8 = (U 2 + U 3 ) / R 8 (3)
In turn:
Then
I 1 = U 1 / R 8 = [U 2 + U 4 • R 4 / (R 3 + R 4 )] / R 8 (5)
The resulting current is fed to the input of the current mirror on transistors 11 and 12. As you know (Horowitz P., Hill W. "The Art of Circuit Engineering": Transl. From English, M.: Mir, 1998, p. 98, Fig. 2.51), at the output of the current mirror, a current is created that is a multiple of the ratio of the area of the emitter junction of the output transistor 12 to the area of the emitter junction of the input transistor 11. Thus, we find that the current at the output of the current mirror is:
I 2 = I 3 • N = I 1 • N (6),
where I 2 is the current flowing in the collector of the output transistor 12 of the current mirror,
I 3 - the current flowing through the emitter of the transistor 11,
N is the ratio of the areas of the emitter junctions of transistors 11 and 12.
Далее ток протекает через транзистор 15, включенный по каскадной схеме и через резистор 13. Транзистор 15 включен таким образом, что напряжение на его эмиттере постоянно и равно напряжению подаваемого с источника 16 питания. Тогда напряжение U5 на резисторе R13 будет равно:
U5=U6-U7=U6-U8, (7),
где U6 - напряжение, подаваемое с источника 14 питания,
U7 - напряжение на эмиттере транзистора 15,
U8 - напряжение, подаваемое с источника 16 питания.Next, the current flows through the transistor 15, connected in a cascade circuit and through the resistor 13. The transistor 15 is turned on so that the voltage on its emitter is constant and equal to the voltage supplied from the power source 16. Then the voltage U 5 on the resistor R 13 will be equal to:
U 5 = U 6 -U 7 = U 6 -U 8 , (7),
where U 6 is the voltage supplied from the power source 14,
U 7 is the voltage at the emitter of transistor 15,
U 8 is the voltage supplied from the power source 16.
Ток I4, протекающий через резистор R13, равен:
I4=U5/U13=(U6-U8)/R13 (8).The current I 4 flowing through the resistor R 13 is equal to:
I 4 = U 5 / U 13 = (U 6 -U 8 ) / R 13 (8).
Тогда ток I5, протекающий через транзистор 15, будет равен:
I5=I2-I4=l1•N-(U6-U8)/R13=N•[U2+U4•R4/(R3+R4)]/R8-(U6-U8/R13= N•U2/R8+N•U4•R4/(R3+R4)/R8-(U6-U8)/R13 (9).Then the current I 5 flowing through the transistor 15 will be equal to:
I 5 = I 2 -I 4 = l 1 • N- (U 6 -U 8 ) / R 13 = N • [U 2 + U 4 • R 4 / (R 3 + R 4 )] / R 8 - ( U 6 -U 8 / R 13 = N • U 2 / R 8 + N • U 4 • R 4 / (R 3 + R 4 ) / R 8 - (U 6 -U 8 ) / R 13 (9).
Из этой формулы видно, что единственный член формулы является переменной составляющей N=U2/R8. Остальные члены формулы есть постоянные величины, задающие режим работы усилителя по постоянному току. Причем видно, что режим работы усилителя не зависит от коэффициентов усиления транзисторов и от температуры.From this formula it is seen that the only member of the formula is the variable component N = U 2 / R 8 . The remaining members of the formula are constant values that specify the mode of operation of the amplifier in direct current. Moreover, it is seen that the mode of operation of the amplifier does not depend on the gain of the transistors and on temperature.
Ток I6, протекающий через нагрузку, равен току, протекающему через транзистор 15:
I6 = I5 (10).The current I 6 flowing through the load is equal to the current flowing through the transistor 15:
I 6 = I 5 (10).
По закону Ома напряжение U10 на сопротивлении нагрузки, т.е. на резисторе 17, равно:
U10=I7•R17 (11),
где R17 - сопротивление нагрузки.According to Ohm's law, the voltage U 10 on the load resistance, i.e. on resistor 17, equal to:
U 10 = I 7 • R 17 (11),
where R 17 is the load resistance.
Тогда переменная составляющая напряжения dU10 на нагрузке будет равна:
dU10 = N•U2•R17/R8 (12).Then the variable voltage component dU 10 at the load will be equal to:
dU 10 = N • U 2 • R 17 / R 8 (12).
Таким образом, коэффициент К усиления усилителя есть постоянная величина, не зависящая от коэффициентов усиления транзисторов 5, 11, 12, 15, 17 и температуры, и равна:
K=N•U2•R17/R8/U2=N•R17/R8 (13).Thus, the gain K of the amplifier is a constant value that does not depend on the gain of the transistors 5, 11, 12, 15, 17 and temperature, and is equal to:
K = N • U 2 • R 17 / R 8 / U 2 = N • R 17 / R 8 (13).
Если коэффициент К усиления усилителя есть постоянная величина, значит усилитель является линейным и не вносит искажений в сигнал. If the gain K of the amplifier is a constant, then the amplifier is linear and does not distort the signal.
Таким образом, данный линейный усилитель мощности позволяет достичь линейности усиления больших сигналов без использования обратной отрицательной связи, предотвратить влияние разброса характеристик транзисторов на режим усиления и предотвратить влияние температуры на режим работы усилителя. Thus, this linear power amplifier allows one to achieve linear amplification of large signals without using negative feedback, to prevent the influence of the spread of transistor characteristics on the gain mode and to prevent the influence of temperature on the mode of operation of the amplifier.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99126021A RU2156537C1 (en) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | Linear power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99126021A RU2156537C1 (en) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | Linear power amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2156537C1 true RU2156537C1 (en) | 2000-09-20 |
Family
ID=20227944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99126021A RU2156537C1 (en) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | Linear power amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2156537C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635270C1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-11-09 | Алексей Юрьевич Моисеев | Power amplifier of sound frequency |
-
1999
- 1999-12-16 RU RU99126021A patent/RU2156537C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ХОРОВИЦ П., Хилл У. Искусство схемотехники, т.I. - М.: Мир, 1983, с. 93, рис. 2.38. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635270C1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-11-09 | Алексей Юрьевич Моисеев | Power amplifier of sound frequency |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR970005291B1 (en) | Amplifier arrangement | |
| US4586000A (en) | Transformerless current balanced amplifier | |
| KR100204591B1 (en) | Mixer using copy voltage-current converter | |
| US4723111A (en) | Amplifier arrangement | |
| US4357578A (en) | Complementary differential amplifier | |
| EP0090543A1 (en) | Differential amplifier with improved linear amplification | |
| US4442409A (en) | Push-pull non-complementary transistor amplifier | |
| RU2156537C1 (en) | Linear power amplifier | |
| KR930001292B1 (en) | Push-pull amplifier | |
| GB2295289A (en) | Wideband constant impedance amplifiers | |
| US4757275A (en) | Wideband closed loop amplifier | |
| US6734720B2 (en) | Operational amplifier in which the idle current of its output push-pull transistors is substantially zero | |
| EP0156410A1 (en) | Amplifier arrangement | |
| US5057790A (en) | High efficiency class A amplifier | |
| US5047732A (en) | Wide band amplifier | |
| JP2896029B2 (en) | Voltage-current converter | |
| JPS622722B2 (en) | ||
| US9985589B2 (en) | System and method for improving total harmonic distortion of an amplifier | |
| GB2334841A (en) | Class A audio amplifier with current sink controlled by feedback in dependence on speaker current | |
| JPH0527282B2 (en) | ||
| EP3713082B1 (en) | Amplification circuit | |
| JPH10341119A (en) | Differential amplifier circuit | |
| US4935704A (en) | Low distortion linear amplifier with high-level output | |
| SU1042156A1 (en) | Push-pull power amplifier | |
| KR100918789B1 (en) | Image display apparatus and high voltage driver circuit |