SE412670B - Elektrisk forsterkare - Google Patents

Description

§ao13åv-s elektriska förstärkare, vilka alla tillhör den typ som inled- ningsvis berördes'och som är kännetecknad av att varje del- förstärkare-effektförsörjs av två matningsspänningsutrust- iníngar, som kan ha samma polaritet och som företrädesvis är anslutna till skilda aktiva komponenter i delförstärkarens för- stärkarenhet. Detta medför stor flexibilitet, avseväre för- enkling i arbetssättet och möjlighet att förbättra veršnings- graden och minska distcrtionen genom enkla medel, särsiilt vid förekomst av reaktiv belastning.

Beskaffenheten av den enligt uppfinningen avsedda förs ärkaren framgår mera i detalj av de bifogade kraven.

Några utföringsexempel på uppfinningen skall nedan besårivas i anslutning till bifogade ritningar, där fig 1 visar -tt generellt blockschema av en elektrisk förstärkare uppb;ggd på delförstärkare enligt föreliggande uppfinning. Pig 2 visar hur en sådan förstärkare kan utformas om man använder sig av transistorer i grindar och förstärkarelement och transiormato- rer som ingångs- och utgångsnät. Pig 3 visar en alteriativ uppbyggnad av en delförstärkare med användning av transístorer och fig U i princip samma koppling som fig 3 men med aivänd- ning av fälteffekttransistorer. Pig 5 visar ett tredjr alter- nativ för uppbyggnad av en delförstärkare medelst tranïistorer och fig 6 visar en variant av kopplingen enligt fig 5. Pig 7 slutligen visar en koppling med två delförstärkare för att åskådliggöra hur styrningen av växlingen av uteffekten mellan dessa kan ske. 7 Pig 1 visar ett allmänt blockschema för förstärkare upgbyggd på delförstärkare. Inspänningen Vin i fig 1 matas till ett för- greningsnät A, som t ex kan vara en transformator med Lttag till varje delförstärkare eller t ex en sammankopplingspunkt för delförstärkarna. Från förgreningsnätet A uttas inupänningen till första delförstärkana1Vin1, som går till två komparatorer K1 och K2 torns K1 utspänning går till en och-grind G1, som via fn in- och jämföra med spänníngarna U11 och U21. Krmpara- verterare I1 också matas från komparatorn K2. Grinden G1 styr 7801377-3 två switchar S1 och S2 vilka kopplar in batterispänningarna U1 resp U2 till delförstärkaren A1. Dess utspänning VLt1 går till ett sammankopplingsnät B, som kan likna förgreninga- nätet A.

Pâ figuren finns ytterligare två delförstärkare, som matas från förgreningsnätet A med inspänningarna Vinz resp V- och 1n3 levererar utspänningarna Vutz resp Vuta till sammankopplings- nätet B, som avger utspänningen Vuti Förstärkaren enligt fig 1 tar emot inspänningen Vin ocl för- delar den till resp delförstärkare, som inom var sitt intervall förstärker inspänningen och via sammankopplingsnätet B samman- för spänningarna till en utspänning Vut vilken är propcrtionell mot inspänningen Vin.

Varje delförstärkare fungerar på samma sätt och i t ex första delförstärkaren jämförs inspänningen Vin1 med grindspänningar- na U11 och U21 i komparatorerna K1 och K2 vilka avger logiska ettor om inspänningen Vin1 är större än jämförelsespänningarna U11 och U21. Genom att invertera utsignalen från komparatorn matad med den övre grindspänningen U21 och därefter mata sig- nalen till en och-grind G1 dit också komparatorn för urdre grindspänningan U11 är ansluten, erhålls en logisk ett, ut från grinden om spänningarna ligger mellan U11 och U21.

Switcharna S1 och S2 som styrs fran och-grinden G1 ansluter batterispänningarna U1 och U2 till förstärkaren A1 som matas med inspänningen Vi Batterispänningarna U1 och U2 år så n1' valda att förstärkarens A1 utstyrningsområde på ingång och jämnt motsvarar det intervall, som grindspänningar1a U11 och U21 ström beroende på exempelvis reaktiv last. ger. Därvid kan U2 leverera utgående ström och U1 mottaga Före eller i samband med att inspänningen Vin passerar övre grindspänningen U21 träder andra delförstïrkaren i funrtion genom att dess inspänning V. ln2 då passerar dess undre grindspän- ning U31. ;= 1301317-e Tillämpning av principen med användning av halvledare Ieskrivs - i fortsättningen dock utan exakt överensstämmelse med fig 1.

Pig 2 visar ett exempel på förstärkare enligt klass GA, GAB eller GBR, där R betecknar att förstärkaren kan bemästza reak- tiv effekt.

Till en utgångskrets bestående av en push-pull utgångstrans- formator B med många uttag finns ett antal, t ex klass A, del- förstärkare anslutna. De har egenskapen att utimpedansen är hög vid bottning både för positiva och negativa spänningar. Del- förstärkarna tar emot insignal endast för spänningar inom ett intervall där delförstärkaren är linjär. För andra spänningar görs delförstärkaren strömlös för att inte taga upp effekt från sina tillkopplade spänningsaggregat.

Ingignalen matar en primärlindning 1 på en ingångstransforma- tor A. Två sekundärlindningar 2, 3 identiskt lika och med mitt- uttag vilka är förspända positivt respektive negativt med batte- rier 14, S. Sekundärlindningarna 2, 3 har många uttag till vilka .delförstärkarnas ingångar är anslutna. Ett uttag på lindningen med positiv förspänning 2 är ansluten till npn-transisforn 27 via emitter och kollektor på en pnp-transistor 23 som Pverför signalen om spänningen från lindningsuttaget är större än en undre grindspänníng V21 som Via en diod 25 och motstånu 2U är ansluten till basen på transistorn 23.

Motsvarande uttag på lindning 3 är på motsvarande sätt ansluten via en npn-transistor 20 till pnp-transistorn 28. Transistorn 20 överför signalen om spänningen från anslutna lindningsuttaget är mindre än en övre grindspänning V51 som via en diod 22 och ett motstånd 21 är anslutna till basen. Dioderna 22 och 23 är vända så att basström kan gå i transistorerna 20 och 23 och uioderna ha till uppgift att skydda transistorerna 20 och 23 mot stora backspänningar på baserna. Dioden 29 utgör undre grinu för transistorn 28 och 26 utgör övre grind för transistorn 27.

I förstärkaren enligt fig 2 visas ytterligare tre delförstärkare.

Komponenterna 10 t o m 19 ingår i den första delförstärkaren för 5 7801377-8 positiva spänningar. Den nyss beskrivna med komponenterna 20 t o m 29 är den andra positiva delförstärkaren 8 och komponen- terna 30 t o m 39 utgör den tredje positiva delförstärkaren 9.

En negativ delförstärkare visas också och har komponenterna 50 t o m 59.

Om för batterispänningarna gäller att 'Vf 'V11< Vs1=IVs=V2=V21< Vs1=Vs=Vu=Vu1< Vsfvs kommer utgångstransistorerna att leda i ordningen 17 och 18, 27 och 28, 37 och 38. Om inspänningarna till andra delförstärkaren 8 är mindre än V2=V21 går basström genom motståndet 21 så att transistorn 20 blir ledande och basström går till transistorn 28 som dock inte får någon kollektorström eftersom dioden 29 blocke- rar strömmen. Transistorn 23 är inte ledande eftersom den inte får någon basström. Transistorn 27 kan då inte heller lede. Stiger inspänningen så att den något överstiger V2=V21 blir transistorn 23 och didden 29 ledande så att transistorerna 27 och 18 båda för kollektorström. En ström går mellan V5 och V2 och bestäms i huvudsak av förspänningarna +Vf och -Vf från batterierna ß och 5. En annan ström går till uttaget på lindningen f i ut- gångstransformatorn. Strömmens riktning beror på om ir- eller utspänningen är störst. Vid rent resistiv last över u1gångs- lindningen 7 går ström från batterispänningen V5 via dfoden 26 och transistorn 27 till utgångslindningen. Är utspänn ngen,t ex på grund av reaktiv last,vid något ögonblick större än ingångs- spänningen går ström från utgângslindningen genom transistorn 28 och dioden 29 och laddar batteriet V2.

Med hjälp av förspänningarnas +Vf och -Vf kan tvärströnmen mel- lan V5 och V2 göras större än belastningsströmmen till Utgångs- transformatorn och förstärkaren arbetar då i klass GA. Är tvär- strömmen mindre än belastningsströmmen arbetar förstärlaren i klass GAH. Är tvärströmmen nära noll arbetar förstärkaren i klass GBR, där R anger att förstärkaren vid positiv utspänning trots klass B-drift ändå kan föra negativ utström och cärför kan belastas reaktivt utan att kraftig distortion uppstår.

Om för batterispänningarna gäller att -V1 <1 V11 <1 V2=V31 <1 V3=V21 <1 V51=Vu <1 V5=Vu1 <1 V61 <1 kö kommer utgångstransistorerna att leda i ordningen 18 och 17, 17 och 28, 28 och 27, 27 och 38, 38 och 37 för en stigande inspän- ”Fílílfíif 7801377-8 ning och endast en transístor åt gången växlar från ledande till oledande tillstånd eller omvänt.

Pig 3 visar en delförstärkare där en pnp-transistor Gk och npn- transistor 86 har sina emitter-kollektor- resp kollektcr~emitter- anslutningar seriekopplade mellan den positivt förspänua insignê' len Och basen på npn-sluttransistorn 27. Pnp-transisttrn BH ut- gör undre grind och har därför sin bas via ett motstånc 65 an- sluten till undre grindspänningen V21. Npn-transistorn 66 utgör övre grind och har sin bas ansluten till övre grindspänningen V51.

Pâ exakt komplementärt sätt styrs pnp-sluttransistorn z8 av npn-transistorn 60 och pnp-transistorn 62 via motständen 61 resp 63.

Pig 4 visar en delförstärkare efter samma princip som delför- stärkaren i fig 3 men uppbyggd av fälteffekttransistorer med komplementära sluttransistorerna 77 och 76, undre och Cvre giindtransistorerna 72 och 73 resp 70 och 71. Några mctstånd till grindtransistorernas styren behövs inte, men däremot motstånd 75,_7ß som håller sluttransistorernas styren på stryps¿änning då grindarna inte tillför spänningar.

Beroende på vilken typ av fälteffekttransistorer som axvänds kan förspänningarna behöva tillföras på annat sätt än enligt fig H.där transistorerna förutsätts strypta dà styre och eritter har samma spänning.

Pig 5 visar en delförstärkare där grindarna styr basströmmarna till ett transistoriserat komplementärt slutsteg 27, 28.

Transistorn 80, dioden 81 och motståndet 32 ür.den övr: grinden för sluttransistprn 28 medan transistorn 83, dioden 84 (ch mot- ståndet B5 är undre grinden för sluttransistorn 28. Tzansistorn 86,odÉoden 87 och motståndet 88 är undre grinden för sluttransis- torn 27 och transistorn 89, dioden 90 och motståndet 91 är övre grinden för sluttransistorn 27. Transistorn 89 fïr övre grindspänningen arbetar via transistorn 8h för undre g-indspän- ningen liksom transistorn 83 för undre grindspänníngen arbetar via transistorn 80 för övre gríndspånníngcn. 7801377-8 Pig 6 visar en variant av delförstärkare enligt fig 5 fär för båda sluttransistorerna 28, 27 de i övre grindarna med dioder- na 98, 100 och motstånden 99, 105 förekommande pnp-trarsistorer- na 97; 103 arbetar via undre grindarna, som innehåller pnp- transístorn QH, dioden 95 och motståndet 36 resp pnp-txansistorn 100, dioden 101 och motståndet 102.

Pig 7 visar exempel på hur styrnin¿en av växlingen av 'teffekten från delförstärkare till delförstärkare hxn ske. En ffrsta del- förstärkare 8 enligt fig 5 har sina övre grindar kopp.ade till komponenter, som gör att undre grindarna L nästa delfö starkare 9 släpper fram inspänningen då övre grindirna i första delför~ stärkaren blockerat basströmmen till dess sluttransistarer.

Basströmmen till transistorn 89 i övre grinden för npn-slut- transistorn 27 får även paverka basen med spänningen V 2 till en npn-transistor 110 vars emitter är ansluten till sp nningen VSQ och vars kollektorspänning via skyddsdioden 112 är ansluten till undre grindspänningen VN1 för npn-sluttransistorn 37 i delförstärkare 9. Eftersom strömmen i motståndet 91, om styr växlingen mellan delförstärkarna, får styra sluttransirtorn 27 via transistorerna 89 och 86 och samtidigt styra sluttransfstorn 37 också via tvâ transistorer kommer fördröjningarna att kompenrera varandr..

På identiskt samma sätt men med komplementära komponen er sker växlingen mellan pnp-sluttransistorerna 23 och 38. Häz får pnp-transistorns 111 bas vara undre grind;pänning Vuz ör pnp- sluttransistorn 38 och dess emitter vara kopplad till pänningen V53 och dess kollektor vid skyddsdioden 113 får vara ö~re grind- spänning V51 för pnp-sluttransistorn 28.

Pâ samma sätt kan växlingen mellan delförstärkare enlipt fig G styras.

Likaså kan transistorn 66 i fig 3 via sin basström och lämplig förström styra en transistor, som styr basströmmen till nästa delförstärkares motsvarande transistor 62.

POOR 77 QUALITY

Claims (10)

'7åfl1377-8 Pat entkrav

1. Elektrisk förstärkare uppbyggd av ett flertal delförstärkare vilka är så sammankopplade och spänningsförsörjda att de förstärker var sitt spänningsintervall av en inkommande spänning, k ä n n e - t e c k n a d därav, att varje delförstärkare är försedd med två matningsspänníngsutrustningar (U1,U2; V2,V5), medelst vilka åel- förstärkaren effiädíörsäfis och vilka kan ha samma polar tet, var- vid den ena spänningsutrustningen (V5, fig 2) är på sådant sätt ansluten till aktiva komponenter (27) i förstärkaren att utgående aktiv effekt i hwnmsak erhålles från denna utrustning (X5) under det att den andra spänningsutrustningen (V2) är så ansluten till aktiva komponenter (28) i delförstärkaren att den mottar ström från t ex reaktiv last.

2. Förstärkare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att dess delförstärkare (A1, 8, 9) är anordnad att aktiveras i sina spänningsgränser med hjälp av grindar, såsom kompawatorer och switchar (K1,K2,I1,G1,S1,S2), dioder (26, 29) eller olínjära för- stärkare (20, 21, 22; 23, 2R, 25), vilka påverkar förstärknings- elementens (A1, 28, 27) styreffekt eller deras styrda ström.

3. Förstärkare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c L n a d av anordningar (110, 112) för att under inverkan av inspän- ningen aktivera en ej förut verksam delförstärkare (9), vilka anordningar (110, 112) är anslutna till anordningar (89, 86), vilka deaktiverar eller blockerar en omedelbart tidigarv verk- sam delförstärkare (8).

4. H. Förstärkare enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av delförstärkare med förstärkningselement av komplemen=ära för- * stärkartransistorer (27, 28; 76, 77) med styrande elektvoden di- rekt eller indirekt ansluten till förstärkarens inspänníng och de båda andra elektroderna direkt eller indirekt anslutna antingen till matningsspänningarna eller direkt eller indirekt tšll ut- gången. 7801377-8

5. Förstärkare enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkartransistorernas (27, 28, fig 2) emittrar är anslutna till en utgångstransformator (6) eller en utgång, att deras kollektorer är via dioder (26, 29) anslutna till resp matningsspänningsutrust- ningar (V5, V2),att deras baser är via kollektor-emitter på komplementära transistorer (23, 20) anslutna till en ingångs- transformator (3) eller en ingång och att de sistnämnda transisto- rernas baser är exempelvis via resistanser (24, 21) och dioder (25, 22) anslutna till fasta undre resp övre grindspänningar (V21, V51), som utgör gränserna för delförstärkarens verksamma spänningsinter- vall.

6. Förstärkare enligt krav H eller 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att förstärkartransistorernas (27, 28) tmittrar är anslutna till en utgångstransformator (6) eller utgång och att deras kollek- torer är anslutna till matningsspänningsutrustningar (VL, V2).

7. Förstärkare enligt krav 4, 5 eller 6, k ä n n e t Q c k n a d av -att förstärkartransistorerna (27, 28, fig 3) får sina basspänningar från inspänningen via vmjlter-kollvktør och ko]1ektor~omít1er på två komplementära transistorer (GU, 66; 60, 62) vars baser är via motstånd anslutna till grindspänningar (V21, V51), som bestämmer det verksamma spänningsintervallet.

8. Förstärkare enligt krav H, 5,6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att förstärkartransistorerna (27, 28, fig 5) får sina basspän- ningar från inspänningen via emitter-kollektor på två primära komple- mentära transistorer (86, 80) vars baser är exempelvis via dioder _ vaoizvv-s 10 och motstånd anslutna till undre resp övre grindspänningar (V21, V som bestämmer det verksamma spänningsintervallet, och att 51)” de primära transistorernas (86, 80) kollektorströmmar kan blockeras av sekundära komplementära transistorer (89, 83), vars kollektor och emitter är direkt eller indirekt anslutna till bas flesp emitter på de primära transistorerna (86, 80) och vars baser är via exempel- vis dioder och motstånd anslutna till övre resp undre grindspän- ningarna (V51, V21).

9. Förstärkare enligt krav 4 eller 6, k ä n n e t e c k - n a d därav att förstärkartransistorerna (27, 28, fig 6) får sina basspänningar från inspänningen via emitter-kollektor resp kollek- tor-emitter hos två primära transistorer (100, 94) vars baser är exempelvis via dioder och motstånd anslutna till undre grindspän- ningen (V21) och att de primära transistorernas kollektorströmmar _kan blockeras av sekundära transistorer (103, 97) vars kollektor och emitter är anslutna direkt eller indirekt till bas resp emitter på de primära transistorerna och vars baser är via exempelvis dioder och motstånd anslutna till övre grindspänningen (V51).

10. Förstärkare enligt krav 7, 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att basströmmen från transistorerna (89, 103) i de grindar som blockerar förstärkartransistorerna i en delförstärkare (8) får vara basström även för en transistor (110) vars emitter är ansluten till en grindspänning (VSM) och vars kollektor är ansluten till bas- motstândet till en transistor (88 i 9) i nästa delförstärkares grind för aktivering av denna delförstärkare. 11! Förstärkare enlint något av dv förugñvnde kraven, k H n n e- t e c k n a d av att fälteffekttransistorer används. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: US 3 497 820 (330'15)