SU1450039A1 - Устройство дл защиты усилител мощности - Google Patents

Description

Изобретение относш-сн к злектро- техиико и может Пытг, истголь.чопано дл  контрол  нагрузк и и защиты усилителей мощности низкой частоты.

Целью изобретени   вл етс  повьпие- ние надежности и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства на фиг.2 - блок-схема устройства с дополнительными блоками контрол  нагрузки; на фиг.З - блок-схема устройства с управл емым генератором переменного напр жени i на фиг.А -- вариант вьтпол- нени  резистора и делител  напр жени  j на фиг.З - частотные характеристики импеданса нагрузки и порога срабатывани  блока контрол  нагрузки на фиг.Ь - вариант вьтолнени  усилител  мощности и датчика перегрузкиj на фиг.7 - вариант выполнени  генератора переменного напр жени ) на фиг.8- спектральный состав напр жени  генератора- , на фиг,9 - вариант вьтолнени  управл емого перестраиваемого по частоте генератора переменного напр жени ; на фиг.10 - варианты выполнени  фильтровj на фиг,11 - амплитудно-частотные характеристики раэг :личных фильтров; на фиг.12 - вариант выполнени  реле времени.

Устройство дл  защиты усилител  1 мощности (фиг,1), включающего ограничитель выходного тока, содержит датчик 2, перегрузок и блок 3 контрол  нагрузки 4, выходы которых через элемент ИЛИ 5 подключены к входу ре- ре 6 времени, выход которого подключен к входу управлени  переключател  7, замыкающий контакт которого подключен к выходу усилител  1 и одному выводу резистора 8, а управл емый контакт - к нагрузке Л и вместе с другим выводом резистора 8 к одному . входу блока 3 контрол , другой вход которого подключен к выходу делител  9 напр жени , вход которого подключен- к выходу генератора 10 переменного напр жени , который подключен к входу усилител  1, Блок 3 конт рол  состоит из последовательно соединенных фильтра 11, выпр мител  12 и компаратора 13, вькод которого  вл етс  выходом блока 3 контрол , одним и другим входами которого . вл ют с  входы ф льтр  11.

Кроме того, параллельно соответ- ствуюпгим входам 6jroKa 3 контрол  мо

1 ут Омт ь 11одклн1Чоиь пх«ды /; нго;гии-. .и|.тх блокоп 3 контрол  нагрузки 4 (фиг.2).

- Генератор tO может быть вьтолнсн yпpanл c n IM, вход управлени  которого подключен к выходу реле 6 времени (фиг.З).

Кроме того, резистор 8 или делиQ тель 9 напр жени  могут быть выполнены в виде частотно-зависимых элементов , например резистор 8 в виде последовательной КС-цепи 14, заюун- тированной резистором 15 (фиг,4а),

5 и делитель 9 напр жени  в виде последовательной цепи из двух )езисторов 16 и 17, нижний из которых зашунти- рован Р€-цепью Ш (фиг.4б).

Усилитель 1 мощности может быть

0 реализован (фиг.6) в виде входного усилител  19 и двухтактового выходного каскада, вьтолненного на двух повторител х 20, которые суммируют свои сигналы на выходе усилител  1

5 мощности при помощи резисторов 21, Ограничитель выходного тока состоит из двух резисторов 22, двух диодов 23 и двух стабилитронов 24. Резисторы 22 определ ют рабочий ток через

3Q стабилитройы 24„ а ключевые элементы на диодах 23 открываютс  в случае, если падение напр жени  -на резисторах 21 превышает напр жение стабилизации стабилитронов 24, тем самым ограничива  ток через резисторы 21, а значит, и вькодной ток усилител  1 мощности.

2 перегрузки (фиг.6) может быть выполнен на транзисторе 25, ба- за-эмиттерный переход которого подключен к выходному резистору 21 уси-, лител  1 через делитель 26, что позвол ет получить дл  ключа на транзисторе 25 порог срабатывани  по то- ку заЬисимым от мгновенного напр жени  на выходе усилител  1 мощности. Выходной сигнал транзистора 25 инвертируетс  транзисторным ключом 27 и ; снимаетс  с резистора 28.

Генератор 10 переменного напр | женин (фиг,7) может быть реализован в виде мультивибратора на опера1 ион- ном усилителе 29, который содержит цепь положительной обратной св зи на резисторах 30 и 31 и цепь отрицатель- 55 ной обратной св зи на резисторе 32

и конденсаторе 33. Спектральный состав S(U)) генерируемого напр жени  приведен на фиг,8, где видно, что ге35

40

45

50

нернруемое паприжгиио содержит в своем составе tia6op фиксиропан ых часто в виде нечетных гармоник основной частоты .

На фиг.9 принеден пример конкретного выполнени  перестраиваемого по частоте управл емого генератора tO, Он выполнен на операщюнном усилителе 34 с полевыми транзисторами на входе и содержит мост Вина 35 в цепи положительной обратной св зи на резисторах 36 и 37, конденсаторах 38 и 39 и варикапе 40. Дл  стабилизации амплитуды выходного напр жени  вклю- чена цепь 41 отрицательной обратной св зи на четырех резисторах и двух- анодном стабилитроне. Напр жение смещени  на варикап 40 подаетс  через

резистор 42, а конденсатор 38 не по- 2о характеристика К(а;) такого фильт- звол ет напр жению смещени  поступить ра. Фильтр 11 содержит два RC-звена

на вход операционного усилител  ЗА Напр жение смещени  фррмируетс  КС- цепью A3, котора  подключена к источнику посто нного напр жени . Запуск . цикла изменени  частоты генератора 10 осуществл етс  транзисторным ключом

44, который управл етс  сигналом ре-

50 и 51, первое из которых подавл ет сигналы в области низких частот, а второе - в области высоких частот. 25 На фиг.12 приведен пример конкретного выполнени  реле 6 времени. Оно содержит транзисторный ключ 52, вре- м задающую RC-цепь 53, второй транле 6 времени через формирующую RC-. зисторный ключ 54 и обмотку электроцепь 45. При поступлении на управл - зо механического реле 55, с помощью которой управл етс  переключатель 7.

ниций вход генератора 10 положительного фронта импульса логического сигнала 1 транзисторный ключ 44 открываетс  и разр жает конденсатор RC-цепи 43 до минимального напр жени . При этом напр жение смещени  варикапа 40 становитс  минимальным, а ,его емкость - максимальной, вследствие чего генератор 10 формирует сигнал с минимальной частотой. После окончани  импульса разр да конденсатора RC-цепи 43 он начинает зар жатьс  от источника посто нного напр жени , напр жение смещени  варикапа 40 начинает увеличиватьс , емкость варикапа 40 уменьшатьс , а частота генератора 10 медленно увеличиваетс  до тех пор, пока напр жение смещени  не приблизитс  к напр жению источника посто нного напр жени . На этом цикл перестройки частоты генератора 10 заканчиваетс . При поступлении на управл ющий вход генератора 10 нового импульса логического сигнала 1 цикл работы свип-генератора 10 повтор - ;етс ..

На фиг.Юа приведен пример конкретной реализации фильтра 11 при ис-i пользовании с генератором 10 с фик35

40

45

50

55

Включение питани  +U при отсутствии на входе реле 6 времени логического сигнала 1 сопровождаетс  зар дом конденсатора RC-цепи 53 до порогового напр жени  срабатывани  второго транзисторного ключа 54. Это обеспечивает временную задержку включени  обмотки реле 55, после чего реле 6 времени переходит в стабильное состо ние . При поступлении логического сигнала на вход реле 6 времени и тем самым на вход первого ключа 52 происходит открывание его и быстрый разр д конденсатора RC-цепи 53, что приводит второй ключ 54 в закрытое состо ние и обеспечивает обесточивание обмотки реле 55, а также формирует на выходе реле 6 времени логический сигнал 1. При этом реле 6 времени переходит в квазистабильное состо ние , в котором находитс  определенный период времени, после чего оно возвращаетс  в стабильное состо ние.

Устройство работает следующим образом .

При включении питани  усилител  1 включаетс  питание и устройства защиты . Переменное напр жение с енесированными члстотами, а на фиг.П; приведена амплитудно-частотна  характеристика такого фильтра . Фт-шьтр 1 1 выполнен на операционном усилителе 46, в цепи положительной обратной св зи которого установлен Т-образный мост 47 на двух резисторах и двух конденсаторах. Цепь отрицательной обратной св зи на резисторах 48 и 49 определ ет добротность полученного активного контура, а также коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте.

На фиг.106 приведен пример конкретной реализации фильтра 11.дл  работы с перестраиваемым от частоты и), до частоты ы,2 генератором 10, а на- фиг,116 приведена амплитудно-частот характеристика К(а;) такого фильт- ра. Фильтр 11 содержит два RC-звена

50 и 51, первое из которых подавл ет сигналы в области низких частот, а второе - в области высоких частот. 25 На фиг.12 приведен пример конкретного выполнени  реле 6 времени. Оно содержит транзисторный ключ 52, вре- м задающую RC-цепь 53, второй тран5

0

5

0

5

Включение питани  +U при отсутствии на входе реле 6 времени логического сигнала 1 сопровождаетс  зар дом конденсатора RC-цепи 53 до порогового напр жени  срабатывани  второго транзисторного ключа 54. Это обеспечивает временную задержку включени  обмотки реле 55, после чего реле 6 времени переходит в стабильное состо ние . При поступлении логического сигнала на вход реле 6 времени и тем самым на вход первого ключа 52 происходит открывание его и быстрый разр д конденсатора RC-цепи 53, что приводит второй ключ 54 в закрытое состо ние и обеспечивает обесточивание обмотки реле 55, а также формирует на выходе реле 6 времени логический сигнал 1. При этом реле 6 времени переходит в квазистабильное состо ние , в котором находитс  определенный период времени, после чего оно возвращаетс  в стабильное состо ние.

Устройство работает следующим образом .

При включении питани  усилител  1 включаетс  питание и устройства защиты . Переменное напр жение с енератора 10 поступает на вход делител  9 напр жени  и на вход усилител -1, с выхода которого через резистор 8 поступает на нагрузку А. Сигналы с выхода делител  9 напр же и  и с на- грузки 4 поступают через помехоподав- л ющий фильтр 11 и вьтр митель 12 на входы компаратора 13 блока 3 контрол , который таким образом сравнивает величины сигналов с делител  9 напр жени  и с нагрузки 4. Если импеданс нагрузки 4 на частоте измерени  будет меньше определенного значени ,

лл 1 , пграиичина  тем самкгм и амплитуду тока через контакты переключател  7. При этом следует отметить , что врем  фиксации устройства aauiHTbi в режиме контрол  нагрузки А определ етс  реле 6 времени и за этот период устройство должно обеспечить контроль нагрузки 4. Этим повышаетс  надежность усих ител  1 мощности при понижении импеданса нагрузки 4 усилител  1 в некоторой области частот, например, когда отсутствует гальваническое замыкание нагрузки 4.

то компаратор 13 сформирует на своем 15 Данна  ситуаци  возможна, например,

выходе запрещающий сигнал 1, который через элемент ИЛИ 5 поступит на вход реле 6 времени и при помощи которого зафиксирует переключатель 7 в разомкнутом состо нии, оставл   выход усилител  1 не подключенным к нагрузке 4. Если импеданс нагрузки А на частоте измерени  будет больше определенного значени , то на выходе компаратора 13 сформируетс  сигнал О, Который при отсутствии на других входах элемента ИЛИ 5 сигналов запре- iта 1 поступит на вход реле 6 времени , которое своим выходом обеспечит переключение нагрузки 4 из измерительной цепи резистора 8 к вькоду усилител  1 через нормально разомкнутые контакты переключател  7, перевод  устройство защиты из режима контрол  нагрузки 4 в режим работы усилител  1.. При п6ниж€;нии импеданса нагрузки 4 или его коротком замыкании срабатывает датчик 2 перегрузок, который при этом вырабатывает на своем выходе сигнал 1,. пос упающ ш дальше через элемент ИЛИ 5 на в}сод реле 6 времени, которое своим выходом отключает при помощи переключател  7 нагрузку 4 от выхода усилител  1 и подключает ее к резистору 8, перевод  устройство защиты из режима работ усилител  в режим контрол  нагрузки 4, В таком режиме устройство фиксируетс  до тех пор, пока импеданс на- грузки 4 не придет в норму, что обеспечивает однократное протекание импульса аварийного тока через оконечный каскад усилител  1 и контакты переключател  7 за весь период аварийного р(жима. Кратковременную защиту усилител  1 в течение времени срабатывани  устцойства осуществл ет ограничитель выходного тока усилите

5

5

когда усилитель 1 пытаютс  эксплуатировать с емкостной нагрузкой или с многополостной акустической системой , у которой произошло ааклинива- ние диффузора у среднечастотной или высокочастотной головки...Наличие больще одного блока 3 контрол  нагрузки 4 позвол ет обеспечить предварительный контроль импеданса на грузки 4 на каждой характерной дл  нее частоте (например, частоты ш, и w на фиг.5). При этом генератор 10 должен формировать не одночастотный сигнал, а сигнал с суммрй измеритель- 0 ных частот (фиг,8).

Дл  более полного контрол  качества нагрузки 4 генератор 10 может быть выполнен перестраиваемым по частоте в виде свип-генератора (фиг.9), который при своем запуске измен ет постепенно свою частоту, проход  весь диапазон измерительных частот от частоты и), до частоты и обеспечива  контроль импеданса нагрузки 4 не только на дискретных частотах . Запуск такого генератора 10 осуществл етс  с дополнительного выхода реле 6 времени (фиг.З). Така  св зь между реле 6 времени и генера- g тором 10 может использоватьс  и дл , обычных генераторов переменного напр жени , например, дл  запуска дискретного переключени  частоты в течение режима контрол  нагрузки 4 или дл  выключени  генератора 10 в течение режима работы усилител  1, что исключает вли ние генератора 10 уа. нормальную работу усилител  1.

При использовании в устройстве перестраиваемого по частоте генератора 10 переменного напр жени  дл  нормального функционировани  устройства достаточно одного блока 3 контрол  нагрузки 4, который имеет на

0

5

своем нхол IIP узкополосимп фильтр I дл  вьщрлени  одной ч стоткой компоненты , а широкополоеими иомехоподав- л ющин (фнг.Юб), полоба пропу кани  которого соответствует диапазону изменени  частоты (фиг.116) перестраиваемого генератора 10. При этом один блок 3 контрол  нагрузки А в течение периода контрол  нагрузки последовательно проврднт контроль импеданса нагрузки в частотной области в соответствии с изменением частоты генератора 10. Последовательный анализ импеданса нагрузки 4 одним блоком 3 контрол  оказываетс  возможным благодар  наличию в устройстве реле 6 времени, которое после поступлени  на свой вход импульса логического сигнала 1 возвращаетс  из квазистабильного состо ни  в стабильное только через определенный период времени , длительность которого больше периода контрол  нагрузки 4, т.е. в данном случае больше периода перестройки генератора 10 по всему диапазону изменени  частоты. При этом, если в течение периода контрол  блок 3 контрол  сформирует на своем выход

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  запшты усилител  мощности, включающего ограничитель выходного тока, содержащее датчик перегрузки и блок контрол  нагрузки, включающий фильтр и компаратор, выход которого вместе с выходом датчика перегрузки через .элемент ИЛИ подклю-- чен к входу реле времени, выход которого соединен с входом управлени  переключател , замыкающий контакт которого предназначен дл  подключени  к выходу усилител  мощности, а управл емый - к нагрузке и св зан вместе с одним из выводов резисто ра с юд- ним из входов фильтра блока контрол  нагрузки, вход которого подключен к выходу делител  напр жени , вход которого подключен к выходу ислогический сигнал 1, то реле 6 вре- зо точника испытательного сигнала, о fмени начинает новый отсчет периода времени квазистабильного состо ни , а перестраиваемый генератор. 10 повторит заново весь цикл перестройки по частоте, и это будет продолжатьс  до тех пор, пока импеданс нагрузки 4 не придет в норму.

   Дл  обеспечени  качества контрол  нагрузки 4 устройству защиты в некоторых случа х полезно иметь частотно-зависимый порог срабатывани  от импеданса нагрузки 4 (фиг.5, харак- - теристика Z,p(w)). Это позвол ет, например, задавать допуски на частотную характеристику импеданса нагрузки Z (u) и не подключать к усилителю 1 нагрузку 4, не удовлетвор ющую этим допускам. Дл  этого резистор 8 и де- литель 9 напр жени  могут быть выполнены как частотно-зависимы элементы , например так, как показано на фиг.4. Также дл  этого же положительного эффекта возможно использовать не однопороговые компараторы 13, а двухпороговые, что позвол ет получить двусторонние дсшуски на частотные характеристики импеданса нагрузки 4, с которой устройство защиты разрешает эксплуатировать усилитель.1,

   личающеес  тем, что, с целью повьшюни  надежности и расширени  функциональных возможностей, блок контрол  нагрузки снабжен выпp  fиte- лем, включенным между фильтром и

   паратором, а источни.к испытательного сигнала выполнен в виде генератора переменного напр жени , выход которого предназначен дл  подключени  40 к входу усилител  мощности, к выходу которого предназначен дл  подключени  другой вывод резистора.
2. 2.Устройство по п.1, отличающее с   тем, что оно снабжено

   45 дополнительными блоками контрол  на- грузки на различных часто тах, входы которых подключены к аналогичным входам блока контрол  нагрузки, а их вы- 1 ходы - к входам элемента ИШ1.
3. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о т - личающеес  тем, что генератор переменного напр жени  выполнен управл емым, вход управлени  которого подключен к выходу реле времени .
4. 4.Устройство по пп.1-3, о т л и- чающеес  тем, что резистор выполнен в виде ч стотно-зависиМого элемента.

   50

   55

   8

   Таким оГф зом, блл1-од р  ni-nuijuic- Н11Ю источника Г|гпытателы 0 -о сигналл в виде генератора перемгнпого напр жени  и подключению его к входу блока контрол  нагрузки через усилитель мощности повышаетс  надежность и расшир ютс  функциональные возможности устройства.

   10

   Формула изобретени  1. Устройство дл  запшты усилител  мощности, включающего ограничитель выходного тока, содержащее датчик перегрузки и блок контрол  нагрузки, включающий фильтр и компаратор, выход которого вместе с выходом датчика перегрузки через .элемент ИЛИ подклю-- чен к входу реле времени, выход которого соединен с входом управлени  переключател , замыкающий контакт которого предназначен дл  подключени  к выходу усилител  мощности, а управл емый - к нагрузке и св зан вместе с одним из выводов резисто ра с юд- ним из входов фильтра блока контрол  нагрузки, вход которого подключен к выходу делител  напр жени , вход которого подключен к выходу источника испытательного сигнала, о fличающеес  тем, что, с целью повьшюни  надежности и расширени  функциональных возможностей, блок контрол  нагрузки снабжен выпp  fиte- лем, включенным между фильтром и ком5Ь

   паратором, а источни.к испытательного сигнала выполнен в виде генератора переменного напр жени , выход которого предназначен дл  подключени  0 к входу усилител  мощности, к выходу которого предназначен дл  подключени  другой вывод резистора.

   2.Устройство по п.1, отличающее с   тем, что оно снабжено

   5 дополнительными блоками контрол  на- . грузки на различных часто тах, входы которых подключены к аналогичным входам блока контрол  нагрузки, а их вы- 1 ходы - к входам элемента ИШ1.

   3.Устройство по ПП.1 и 2, о т - личающеес  тем, что генератор переменного напр жени  выполнен управл емым, вход управлени  которого подключен к выходу реле времени .

   4.Устройство по пп.1-3, о т л и- чающеес  тем, что резистор выполнен в виде ч стотно-зависиМого элемента.

   0

   5

   9j/, 3om910

   5, Устройство no rm.l- , о т л и - иапр жсми  в|,толнем п пип« ч-пгтотно- чающеег.   тем, что делительзависимого элемента.

   Фиг.3

   15.

   9и,гЛ

   Ц)

   16

   П

   „г

   18

   в.

   S .5

   U3.7

   te HllbrCIh

   I r-

   5 И

   I

   w 3w Sur lur 9 и 9,8

   9иг.9

   9ut,fO

   f(

   ur

   UT,

   ur

   M/4

   ftT

   «бг. 12