SU1179477A1 - Устройство дл защиты усилител мощности - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ, вьтолненного по двухтактной схеме на транзисторах,эмиттеры которых через эмиттерные резисторы подключены к выходному вьшоду,. базы соединены с выходами предварительного усилител , а коллекторы соответственно с первым и вторым выходами блока питани , снабженного третьим выходом, содержащее ограничитель тока транзисторов, выходы которого предназначены дл  подключени  к базам транзисторов, а вход - дл  подключени  к выходному выводу и соединен с замыка ощим контактом переключател , управл емый контакт которого предназначен дл  подключени  нагрузки усилител , вход управлени  управл емого контакта соединен с выходом реле времени, вход которого св зан с выходом датчика импеданса нагрузки, входы которого предназначены дл  подключени  к эмиттерам транзисторов, отличающеес   тем, что, с целью повышени  надежности , введены первый, второй и третий резисторы, фильтр, компаратор и -элементИЛИ, а переключатель снабжен размыкающим контактом, соединенным с первым входом фильтра и вторым выводом первого резистора, при этом первые вьгооды первого и второго резисторов предназначены дл  подключени  к третьему выходу блока питани , первьй вьюод третьего резистора 1тредназначен дл  подключени  к шине нулевого потенциала, вторые выводы второго и третьего резисторов соединены с вторым входом фильтра, выход которого через компаратор подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом датчика импеданса i нагрузки выходного сигнала усилител , а выход -, с входом реле § 2.Устройство дл  защиты усилител  мощности ПОП.1, отличающее (Л с   тем, что элемент ИЛИ снабжен третьим входом, и введен датчик посто нной составл ющей выходного сигнала усилител , вход которого подключен к замыкающему контакту переключател , авыход - к третьему входу ,элемента ИЛИ. Ч 3.Устройство дп  защиты усилител  мощности по пп. 1 и 2, о т личающеес  тем, что элеKJ мент ИЛИ снабжен четвертым входом, Ч и введен датчик температуры, предназначенньм дл  установки на радиаторах транзисторов усилител , выход которого соединен -с четвертым входом элемента ИЛИ. 4i Устройство дл  защиты усилител  мощности попп, 1, 2иЗ, отличающеес  тем, что элемент ИЛИ снабжен п тым входом, и введен датчик режима блока питани , предназначенный дл  подключени  к его входным цеп м, выход которого соединен с п тым входом элемента ИЛИ.

Description

«1 Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в высококачественных усилител х мощмости низкой частоты. . . Известно устройство дл  защиты усилител  мощности. Это устройство защищает усилитель только от кратковременного замыкани  нагрузки lj . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  защиты усилител  мощности, выполненного по двухтактной схеме на транзисторах, эмиттеры которых через эмиттерные резисторы подключены к выходному выводу, базы соединены с выходами предварительного усилител , а коллекторы - соответственно, с первым и вторым выходами блока питани , снабженного третьим выходом, содержа щее ограничитель тока транзисторов, выходы которого предназначены дл  подключени  к базам транзисторов, а вход предназначен дл  подключени  к выходному выводу и соединен с замыкающим контактом переключател  управл емый контакт которого предназначен дл  подключени  нагрузки усилител , а вход управлени  соединен с выходом реле времени, вход которого св зан с выходом датчика импенданса нагрузки, входы которого предназначены дл  подклзочени  к эмиттерам транзисторов 2j , Однако и это устройство не обеспечивает высокой надежности при эксплуатации усилител . Это св зано с тем, что в случае долговременного короткого замыкани  нагрузки устройство работает в. релаксационном режиме , периодически подключа  выход усилител  к короткозамкнутой нагруз ке, вследствие чего через коммутирующий элемент и оконечные транзисторы протекают многократно повтор е мые импульсы тока. Цель изобретени  - повьппение надежности усилител  мощности низкой частоты. I Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  защиты усилите л  мощности, выполненного по двухтактной схеме на транзисторах, эмит теры которьпс через резисторы, подклю чены к выходному выводу, базы соеди нены с выходами предварительного ус лител , а коллекторы - соответствен но с первым и вторым выходами блока питани , снабженного третьим выходо 7 содержащее ограничитель тока транзисторов , выходы которого предназначены дл  подключени  к базам транзисторов, а вход - дл  подк.гаочен  к выходному вьшоду и соединен с замыкающим контактом переключател , управл емый контакт которого предназначен дл  подключени  нагрузки усилител , а вход управлени  управл емого контакта соединен с выходом реле времени, вход которого св зан с выходом датчика импенданса нагрузки, входы которого предназначены дл  подключени  к эмиттерам транзисторов, введены первый , второй и третий резисторы, фильтр, компаратор, элемент ИЛИ, а переключатель снабжен размыкающим контактом, соединенным с первым входом фильтра и вторым выводом первого резистора, при этом первые выводы первого и второго резисторов предназначены дл  подклгочени  к третьему выходу блока питлни , первый вывод третьего резистора предназначен дл  подключени  к щине нулевого потенциала , вторые выводы второго и третьего резисторов соединены с вторым входом фильтра, выход которого через компаратор подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого Соединен с выходом датчика импенданса нагрузки выходного сигнала усилител , а выход - с входом реле. Элемент ИЛИ может быть снабжен третьим, четвертым и п тым входами, при этом в устройство могут быть введены датчик посто нной составл ющей выходного сигнала усилител , вход которого подклзочен к замыкающему контакту переключател , а выход - к третьему входу элемента ИЛИ, датчик температуры, предназначенный дл  установки на радиаторах транзисторов усилител , выход которого соединен С четвертым входом элемента ИЛИ, и датчик режима блока питани , предназначенный дл  подключени  к его входным цеп м,выход которого соединен с п тым входом элемента ИЛИ. На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства дл  защиты усилител  мощности; на фиг. 2 вариант выполнен1-ш ограничител  тока транзисторов оконечного каскада} на фиг. 3 - вариант вьшолнени  датчика импеданса нагрузки} на фиг. 4 вариант выполнени  блока питани  , на фиг. 5 - вариант вьтолнени  датчика посто нной составл ющей выходного сигнала усилител ; на фиг. 6 - вариант выполнени  датчика температуры на фиг. 7 - вариант выполнени  датчика режима блока питани  на фиг. 8 - вариант выполнени  реле времени. Устройство состоит из усилител  1 мощности, источника 2 питани  датчика 3 температуры, определ ющего наличие превышени  температуры, теплоотвод щего радиатора над определен ным значением, датчика 4 посто нной составл ющей сигнала, определ ющего наличие посто нной составл ющей больше определенного уровн , датчика 5 режима блока питани , определ ющего вьжлюченное положение источника питани  2, мостовой схемы 6, нагрузки канала усилител  7, фильтра 8, компаратора 9, реле времени 10 и эле мента ИЛИ 11. Вместо элементаИЛИ 11 может быть использовано так называемое монтажное ИЛИ. Канал усилител  мощности .1 состоит из предуснпител  12, составных транзисторов 13 и 14 оконечного двухтактного каскада, работающих по схеме с общим коллектором , резисторов 15 и 16, включенных в эмиттерные выводы транзисторов OKO нечного каскада, ограничител  17 режимов работы оконечного каскада, переключател  18 нагрузки и датчика 19 импеданса нагрузки. Мостова  схема 6 состоит из резисторов 2.0, 21 и 22. Шина нулевого потенциала обозначена позицией 23. Фильтр 8 служит дл  фильтрации помех, возникающих вследствии электромагнитных полей или при использовании нагрузки 7 в виде электроакустического преобразовател  (громкоговоритель), который может работать и как акустоэлёктрический преобразователь« пре образу  акустический фон в электрическую помеху. Реле времени 10 обладает следующей функцией работы: имеет два положени , в одном из которых, может находитьс  неопределен но долго, а прИ поступлении сигнала 1 на вход элемента он переходит в другое - квазистабипьное состо ние , в котором фгассируетс  на определенное врем , которое начинает ojt считыватьс  после прекращеии  сигмала 1 на входе элемента. Устройство дл  защиты усилител  мощности работает следующим образом. При подключении устройства к сети питани  переменного тока с источника питани  2 поступает напр жение питани  на все элементы защиты. Элемент 10 задерживает при помощи переключател  18 подключение нагрузки 7 к выходу оконечного каскада усилител . Во врем  этой определенной задержки оканчиваютс  переходные процессы в цеп х питани  и сигнальных цеп х. При этом нагрузка 7  вл етс  подключенной при помощи переключател  18 к мостовой схеме 6, на выходе которой вырабатываетс  сигнал рассогласовани , поступающий через фильтр 8 на компаратор 9. Если импеданс нагрузки / 7 меньше определенного значени , то компаратор 9 вырабатывает сигнал 1, которьй через элемент ИЛИ 11 поступает на вход элемента 10 фиксиру  его в таком состо нии, когда нагрузка 7 остаетс  подключенной к измерительному мосту 6. В качестве напр жени  питани  мостов U; может использоватьс  либо напр жение посто нного тока, либо последовательность однопол рных импульсов. Еслиимпеданс нагрузки 7 больше определенной величины, компаратор 9 вырабатывает сигнал О и по истечении временизадержки, при отсутствии сигналов 1 элементов 3, 4 и 5 реле времени 10 переходит в устойчивое положение и управл емьй при помощи его переключатель 18 подключает нагрузку 7 к выходу оконечного каскада усилител  мощности. Датчик 3 контролирует посто нно температуру радиатора, на котором установлены транзисторы 13 и 14. При определенном значении температуры 3 вьздает сигнал 1 через элемент 11 на элемент 1О и при помощи переключател  18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каскада, при этом уменьшаетс  энерговьделение в оконечных транзисторах и температура радиатора падает до определенного значени , пр« котором элементы 3, It, 10 и 18 возвращаютс  в прежнее состо ние и снова подключаетс  нагрузка 7 к выходу усилител  мощности. Таким образом, осуществл етс  защита оконечного каскада усилител  мощности от теплового пробо . Датчик 4 контролирует наличие посто нной составл ющей на выходе усилител  и при превышении ее определенного значени  выдает сигнал 1 через элемент 11 на элемент 10 при помощи переключател  18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каскада. При восстановлении нормаль ного уровн  посто нной составл ющей на выходе оконечного каскада устройство защиты переходит в прежнее состо ние - режим работы. Таким образом осуществл етс  защита нагрузки 7 от нарушенийвнутреннрпс ре жимов работы усилител  мощности. Во врем  работы усилител  может возникать уменьшение импеданса нагрузки 7 или ее короткое замыкание. В таком случае в оконечных транзисторах 13 и 14 могут возникать большие импульсные токи, дл  предотвращени  этого в системе защиты имеютс  элементы 17 и 19, резисторы 15 и 16. Резисторы 15 и 16 служат датчиками тока и сигнал с них поступает в элементы 17 и 19. При определенном мгновенном значении тока через транзисторы 13 и 14 включаетс  ограничительньм элемент 17, который за счет отбора базовых токов транзисторов 13 и, 14, вырабатьшаемого предварительным каскадом 12, ограничивает мгновенное значение тока транзисторов 13 и 14 областью предельно допустимых значений. Одновременнонапр жение на выходе оконечного каскада и сигнал, пропорцио нальный току оконечного каскада, поступает на датчик 19, которьш за счет этого реагирует на уменьшение импеданса нагрузки 7 меньше определенного значени , выдает сигнал 1 через элемент 10 и при помощи переключател  18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каска да. При этом устройство защиты пере ходит в положение контрол  нагрузки и при измерении нагрузки 7 определ  ет подключение или неподключение нагрузки 7 к выходу усилител . При восстановлении нормального импеданс нагрузки система защиты возвращаетс  в прежнее состо ние - режим работы . Таким образом осуществл етс  однократное протекание импульса ава рийного тока через контакты переключател  18 и оконечные транзисторы 14, причем величина этого тока оказьшаетс  ограниченной по мгновенному значению. При отключении блока питани  2 от сети питани  переменного тока в цеп х питани  и сигнальных цеп х усилител  мощности возникают переходные процессы. Дл  предотвращени  проникани  этих процессов в нагрузку 7 имеетс  датчик- 5, на который поступает от источника питани  напр жение переменного тока Up.При отсутствии этого напр жени , а это возможно при отключении источника питани  2 от сети переменного тока, датчик 5 вырабатывает сигнал 1, который при помопси элементов 11, 10 и 18 производит быстрое отключение нагрузки 7 от выхода усилител  мощности . Узлы и элементы 2, 3, 4, 3, 10, 17 и 19 могут быть выполнены по известным схемам. На фиг. 2-8 приведены примеры возможных выполнений указанных узлов и элементов. ( Одна из схем реализаций ограничител  17 режима работы оконечного каскада приведена на фиг. 2. Ограничитель 17 состоит из двух резисторов 24 и 25, двух диодов 26 и 27 и двух стабилитронов 28 и 29. Резисторы 24 и 25 определ ют рабочий ток через стабилитроны 28 и 29, а ключевые элементы на диодах 26 и 27 открываютс  в случае, если суммарное падение напр жени  на переходе базаэмиттер транзисторов 13 и 14 и на резисторах 15 и 16 превышает напр жение стаб1-тизации стабилитронов 28 и 29. Таким образом, ограничиваетс  падение напр жени  на резисторах 15 и 16 и тем самым мгновенное значение тока через оконечные транзисторы 13 и 14. Одной из реализаций датчика 19 импеданса.нагрузки может быть схема, приведенна  на фиг. 3. Датчик 19 содержит резисторы 30, 31 и 32 и диоды 33 и 34, накопительнъш конденсатор 35, ключ на транзисторе 36, а также формирующую цепь на резисторах 37-40, транзисторе 41 и конденсаторе 42. При подключении нагрузки 7 при помощи коммутирующего элемента 18 к выходу усилител  образуетс  мост, которьм состоит из резисторов 30, 31 и 32, диодов 33, 34, и импеданса нагрузки 7, Этот мост питаетс  напр жением сигнала с выхода усилител  мощности, диоды 33 и 34, включенные в состав моста предназначены дл  формировани  однопол  ного, независ щего от пол рности пи тани  моста, напр жени  разбаланса моста, которое накапливаетс  на кон денсаторе 35. При разбалансе моста, в случае уменьшени  импеданса нагрузки 7 меньше определенного значе ни  происходит открьшание ключа 36 и формирование сигнала 1 на выход датчика 19 относительно общего вывода 23, Блок питани  2 может быть реализ ван на простой двухполупериодной дв пол рной выпр мительной схеме, как показано на фиг. 4, с использование включател  сети 41, транзистора 42, выпр мительного моста 43 и накопительных конденсаторов 44 и 45. Напр жени  на выходах блока питани  2, вьфабатываютс  относительно общего вывода 23. При этом в качестве напр жени  Uj, питани  мостовой схе мы 6, может быть использовано одно из выпр мленных напр жений (+11 либо -и„), а в качестве сигнала , дл  датчика 5 режима источника питани  - напр жение вторичной обмотки трансформатора 42. Датчик 4 посто нной составл ющей сигнала может быть выполнен, как по казано на фиг. 5. Датчик 4 состоит из фильтра 46 низких частот и порогового элемента 47, реагирующего на абсолютную величину сигнала, поступающего на его вход. При по влении посто нной составл ющей сигнала любой пол рности больше порога срабатывани  порогового элемента 47 происходит вырабатывание сигнала 1 на выходе. Одна из схем реализаций датчи-. ка 3 температуры, как показано на фиг. 6, может содержать преобразователь 48 температура.- напр жение. и пороговый элемент 49. При поступлении от преобразовател  48 напр жени  больше порога срабатывани  порогового элемента 49, на выходе его вырабатываетс  сигнал 1, при снижении напр жени  на выходе преобразовател  48 меньше напр жени  отпускани  порогового эле мента 49, на выходе его вырабатываетс  сигнал О. Таким образом напр жени м срабатывани  и отпускани  порогового элемента 49 соответствуют два характерных значени  температуры, которые и определ ют функцюо работы датчика 3 температуры . Датчик 5 режима блока питани  может быть реализован как показано на фиг. 7. Он содержит однополупериодный выпр митель с малой посто нной времени на диоде 50 и конденсаторе 51, а также цепь смещени  на резисторах 52 и 53. При присутствии на входе датчика 5 переменного напр жени  Uf конденсатор 51 зар жаетс  через диод 50 отрицательной пол рностью , и на выходе датчика 5 присутствует сигнал О. При отсутствии на входе переменного напр жени  Ufj вырабатываетс  на выходе сигнал 1. Одна из реализаций реле времени 10 показана на фиг. 8. Он содержит ключевой элемент на резисторе 52, диоде 53 и транзисторе 54, врем задающей цепи на резисторе 55 и конденсаторе 56, второй ключевой элемент на транзисторе 57 и обмотка электромеханического реле 58. При присутствии сигнала О на входе первого ключа, когда он закрыт и при включении питани  , второй ключевой элемент на транзисторе 57 включает обмотку реле 58 под напр жение по истечении определенного времени , что необходимо дл  зар да конденсатора 56 через резистор 55 до напр жени  срабатывани  второго ключа . При поступлении сигнала 1 на вход первого ключа происходит открывание его и быстрьй разр д конденсатора 56, вследствие чего закрываетс  второй ключ и обесточиваетс  обмотка реле 58. Благодар  введению новых признаков в устройство защиты обеспечиваетс  повьппение надежности работы устройства. Надежность устройства в большой степени зависит от износоустойчивости контактов переключател  и наличи  функции контрол  нагрузки , независ щий от усилител  мощности и сигнала на его выходе, позвол ет уменьшить число коммутационных циклов переключател  до одного за период времени режима короткого замыкани  и, следовательно, при долговременных замыкани х нагрузки усилител  мощности ( 1 мин) не происходит использовани  ресурса износоустойчивости контактов переключател . Это позвол ет по сравне- ,

нию с известньми устройствами дл  защиты повысить срок службы контактов переключател  в 10-1000 раз. Наличие в устройстве элемента ИЛИ позвол ет легко подключить в устрой ство различные датчики, контролирующие состо ние усилител  мощности и блока питани , что, предотвращает необратимые процессы, внутри усилител  мощности, а также более успешно защищает нагрузку усилител .

Фи1.1

п

Пг t

-L

23

25 У27

.J

L.

(put. 2

фиг. ff

(риг,3

(P(/2.5

е

| Un 52 50

фиг, В

Claims (4)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ, выполненного по двухтактной схеме на транзисторах,эмиттеры которых через эмиттерные резисторы подключены к выходному выводу,, базы соединены с выходами предварительного усилителя, а коллекторы соответственно с первым и вторым выходами блока питания, снабженного третьим выходо'м, содержащее ограничитель тока транзисторов, выходы которого предназначены для подключения к базам транзисторов, а вход — для подключения к выходному выводу и соединен с замыкающим контактом переключателя, управляемый контакт которого предназначен для подключения нагрузки усилителя, вход управления управляемого контакта соединен с выходом реле времени, вход которого связан с выходом датчика импеданса нагрузки, входы которого предназначены для подключения к эмиттерам транзисторов, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности, введены первый, второй и третий резисторы, фильтр, компаратор и элемент ИЛИ, а переключатель снабжен размыкающим контактом, соединенным с первым входом фильтра и вторым выводом первого резистора, при этом первые выводы первого и второго резисторов предназначены для подключения к третьему выходу блока питания, первый вывод третьего резистора предназначен для подключения к шине нуле вого потенциала, вторые выводы второ го и третьего резисторов соединены с вторым входом фильтра, выход которого через компаратор подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом датчика /импеданса ι нагрузки выходного сигнала усилителя, а выход с входом реле

2. Устройство для защиты усилителя мощности по п.1, отличающеес я тем, что элемент ИЛИ снабжен третьим входом, и введен датчик постоянной составляющей выходного сигнала усилителя, вход которого подключен к замыкающему контакту переключа-¹ теля, а выход - к третьему входу элемента ИЛИ.

3. Устройство для защиты усилителя мощности по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что элемент ИЛИ снабжен четвертым входом, и введен датчик температуры, предназначенный для установки на радиа торах транзисторов усилителя, выход которого соединен -с четвертым входом элемента ИЛИ.

4» Устройство для защиты усилителя мощности попп. 1, 2 и 3, от личающееся тем, что элемент ИЛИ снабжен пятым входом, и введен датчик режима блока питания, предназначенный для подключения к его входным цепям, выход которого соединен с пятым входом элемента ИЛИ.

>

I 1179477