SU1741220A1

SU1741220A1 - Push-pull power amplifier

Info

Publication number: SU1741220A1
Application number: SU894658634A
Authority: SU
Inventors: Рюрик Борисович Ефименков; Тамара Владимировна Захарова; Федор Матвеевич Кудрявцев; Валерий Владимирович Разоренов
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Кинофотоинститут
Priority date: 1989-03-06
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1992-06-15

Abstract

Использование - преобразовательна техника. Сущность изобретени : усилитель содержит мощные транзисторы (1,2), датчики тока (4,5), защитные транзисторы (10,11). Введены резисторы (12, 13, 14, 15), диоды Use - transformative technique. The essence of the invention: the amplifier contains power transistors (1.2), current sensors (4.5), protective transistors (10.11). Resistors (12, 13, 14, 15), diodes

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может бчть использовано дл построени двухтактных усилителей мощности.The invention relates to electrical engineering and can be used to build push-pull power amplifiers.

Известны схемы усилителей мощности, где повышение надежности выходного мощного каскада основано на принципе ограничени мощности в выходном каскаде путем ограничени тока короткого замыкани мощных выходных транзисторов при коротком замыкании в нагрузке. Это достигаетс , например, за счет введени добавочных транзисторов с потенциометрами .Power amplifier circuits are known where improving the reliability of the output power stage is based on the principle of limiting the power in the output stage by limiting the short-circuit current of high-power output transistors during a short circuit in the load. This is achieved, for example, by introducing additional transistors with potentiometers.

Недостатком такой схемы вл етс то, что при срабатывании защиты мощный транзистор (транзисторы) не выключаетс . В нем стабилизируетс ток на уровне нескольких ампер, что при коротком замыкании в нагрузке вызывает вторичный пробой мощных выходных транзисторов и их выход из стро .The disadvantage of this circuit is that when the protection is triggered, the power transistor (s) does not turn off. It stabilizes the current at a level of several amperes, which during a short circuit in the load causes a secondary breakdown of high-power output transistors and their failure.

За прототип прин т двухтактный усилитель мощности, содержащий два мощных транзистора разного типа проводимости,A prototype is a push-pull power amplifier containing two high-power transistors of different conductivity types,

коллекторами подключенных к выводам источника питани , а эмиттерами через рези- стивные датчики тока подключенных к первому выходному выводу, и два защитных транзистора разного типа проводимости, тип которых совпадает с соответствующим типом мощных транзисторов. Базы защищаемых мощных транзисторов подключены к управл ющим выводам, а их эмиттеры подключены к базам защитных транзисторов, к коллекторам которых подключены управл ющие выводы. Эта схема работает следующим образом. Пока ток мощного транзистора не превышает такой величины, что создаваемое им падение напр жени на эмиттерном резисторе, вл ющемс датчиком тока, не превышает порога отпирани транзистора защиты, то транзистор защиты находитс в выключенном состо нии и не вли ет на работу выходного мощного транзистора Если ток достигает порога отпирани транзистора (напр жение на эмиттерном резисторе равно 0,6 В), транзистор защиты открываетс и его сопротивле„ -collectors connected to the power supply terminals, and emitters through resistance current sensors connected to the first output terminal, and two protective transistors of different conductivity types, the type of which coincides with the corresponding type of power transistors. The bases of the protected power transistors are connected to control terminals, and their emitters are connected to bases of protective transistors, to whose collectors control terminals are connected. This scheme works as follows. As long as the current of the power transistor does not exceed such a value that the voltage drop generated by the emitter resistor, which is a current sensor, does not exceed the threshold for unlocking the protection transistor, the protection transistor is off and does not affect the operation of the output power transistor. reaches the threshold for unlocking the transistor (the voltage across the emitter resistor is 0.6 V), the protection transistor opens and its resistance is “-

ОABOUT

ние резко уменьшаетс , что переводит этот транзистор в режим стабилизации тока за счет ответвлени тока базы выходного мощного транзистора в транзистор защиты. Ток выходного мощного транзистора стабили- зируетс на этом уровне, и его величина далее уже не зависит от импеданса нагрузки . Поэтому при закорачивании нагрузки мощность рассеивани на выходном мощном транзисторе будет максимальной и рав- ной напр жению источника питани , умноженному на этот ток стабилизации.The effect is sharply reduced, which puts this transistor in the current stabilization mode by tapping the base current of the output power transistor to the protection transistor. The output current of the power transistor is stabilized at this level, and its value is no longer dependent on the load impedance. Therefore, when the load is shorted, the power dissipation at the output power transistor will be maximum and equal to the voltage of the power source multiplied by this stabilization current.

Недостатками этой схемы вл ютс больша величина напр жени и тока (и, следовательно, мощности при одновремен- ном наличии максимального тока и максимального напр жени - совмещенный режим) при коротком замыкании нагрузки, независимость величины тока срабатывани от величины импеданса, что не позвол - ет полностью использовать выходные мощные транзисторы по мощности, отсутствие уменьшени тока срабатывани при увеличении частоты сигнала, что не позвол ет использовать возможности рассеива- ни мощности в транзисторе при его работе в области низких частот, отсутствие задержки при срабатывании от кратковременных сигналов помех. Все эти недостатки снижают надежность работы транзисторов в вы- ходных каскадах усилителей мощности.The disadvantages of this circuit are the large voltage and current (and, consequently, power with the maximum current and maximum voltage simultaneously - combined mode) during a short circuit load, the independence of the response current value from the impedance value, which does not allow to fully use the output power transistors in terms of power, the absence of a decrease in the response current with an increase in the signal frequency, which makes it impossible to use the power dissipation capabilities in the transistor during its operation in low frequencies, no delay when triggered by short-term interference signals. All these drawbacks reduce the reliability of transistors in the output stages of power amplifiers.

Цель изобретени - повышение надежности работы усилител мощности путем защиты выходных транзисторов от перегрузки.The purpose of the invention is to improve the reliability of the power amplifier by protecting the output transistors against overload.

Дл достижени поставленной цели в двухтактный усилитель мощности, содержащий два мощных транзистора разного типа проводимости, коллекторами подключенных к выводам источника питани , а эмитте- рами через резистивные датчики тока подключенных к первому выходному выводу , два защитных транзистора разного типа проводимости, тип которых совпадает с соответствующим типом мощных транзисто- ров, базы мощных транзисторов подключены к управл ющим выводам, введены четыре резистора, два диода, три конденсатора и два транзистора разного типа проводимости, причем базы мощных тран- зисторов через силовые переходы введен- ныхтранзисторов,имеющихTo achieve this goal, a push-pull power amplifier containing two powerful transistors of different conductivity type, collectors connected to the power supply terminals, and emitters through resistive current sensors connected to the first output terminal, two protective transistors of different conductivity type, the type of which coincides with the corresponding type of power transistors, bases of power transistors are connected to control terminals, four resistors, two diodes, three capacitors and two transistors of different types conductivity, with the base of high-power transistors through power transitions entered transistors having

противоположный им тип проводимости, подключены к базам защитных транзисторов , а также через первый и второй введен- ные резисторы, параллельно которым включены первый и второй введенные конденсаторы , подключены к эмиттерам соответствующих мощных транзисторов, базы защитных транзисторов соответственно через третий и четвертый введенные резисторы , последовательно которым включены диоды , подключены ко второму выходному выводу, базы введенных транзисторов подключены к коллекторам соответствующих им защитных транзисторов, между базами которых включен третий введенный конденсатор .the opposite type of conductivity is connected to the bases of protective transistors, and also through the first and second entered resistors, in parallel with which the first and second entered capacitors are connected, connected to the emitters of the corresponding power transistors, the bases of the protective transistors, respectively, through the third and fourth which included diodes, are connected to the second output terminal, the bases of the inserted transistors are connected to the collectors of the corresponding protective transistors, between the ba s which included a third capacitor inserted.

На чертеже представлена принципиальна схема двухтактного усилител мощности .The drawing shows a schematic diagram of a push-pull power amplifier.

Двухтактный усилитель содержит мощный выходной каскад на двух транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости, коллекторы которых подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника питани 3. Поскольку от выходного каскада мощного усилител требуетс большой коэффициент усилени по току (более 1000 раз), то он выполн етс , как правило, на составных транзисторах, т.е. каждый из двух защищаемых составных мощных транзисторов 1, 2 представл ет собой совокупность соединенных по схеме Дарлингтона, например, по меньшей мере двух предоконечных транзисторов и двух оконечных транзисторов соответственно. Эмиттеры транзисторов 1, 2 через резисторы (резистивные датчики тока) 4 и 5 подклю- чены к первому выходному выводу 6 нагрузки (резистора) 7. В усилитель введены два транзистора 8 и 9, тип проводимости которых противоположен типу проводимости защищаемых мощных транзисторов 1 и 2, Базы транзисторов 1 и 2 соответственно соединены с эмиттерами транзисторов 8 и 9, а коллекторы указанных транзисторов 8 иThe push-pull amplifier contains a powerful output stage on two transistors 1 and 2 of different types of conductivity, the collectors of which are connected to the positive and negative terminals of the power source 3, respectively. Since the output amplifier stage of the high-power amplifier requires a large gain factor for current (more than 1000 times), it It is usually on composite transistors, i.e. Each of the two protected composite power transistors 1, 2 is a set of Darlington connected, for example, at least two pre-terminal transistors and two terminal transistors, respectively. The emitters of transistors 1, 2 through resistors (resistive current sensors) 4 and 5 are connected to the first output terminal 6 of the load (resistor) 7. Two transistors 8 and 9 are inserted into the amplifier, the type of conductivity of which is opposite to the type of conductivity of protected power transistors 1 and 2 , The bases of transistors 1 and 2, respectively, are connected to the emitters of transistors 8 and 9, and the collectors of these transistors 8 and

9соединены с базами защитных транзисторов 10 и 11, тип проводимости которых совпадает с типом проводимости защищаемых выходных мощных транзисторов 1 и 2. Эмиттеры транзисторов 10 и 11 соединены между собой и с первым выходным выводом 6 нагрузки 7, а также с общей точкой соединени резисторов 4 и 5. Базы транзисторов9 are connected to the bases of the protective transistors 10 and 11, the conductivity type of which coincides with the conductivity type of the protected output power transistors 1 and 2. The emitters of the transistors 10 and 11 are connected to each other and to the first output terminal 6 of the load 7, as well as 5. Base transistors

10и 11 соответственно через первый и второй введенные резисторы 12 и 13 соединены с эмиттерами мощных выходных транзисторов 1 и 2 и соответственно через третий и четвертый введенные резисторы 14 и 15 и через диоды 16 и 17 - со вторым выходным (нулевым) выводом 18 нагрузки 7, Параллельно резисторам 12 и 13 включены первый и второй введенные конденсаторы 19 и 20, а между базами защитных транзисторов 10 и 11 включен третий введенный конденсатор 21. Транзисторы 8, 10 и 9, 11 и подключенные в соответствии со схемой резисторы 12 и 13 с конденсаторами 19 и 20,10 and 11, respectively, through the first and second entered resistors 12 and 13 are connected to the emitters of high-power output transistors 1 and 2 and, respectively, through the third and fourth entered resistors 14 and 15 and through diodes 16 and 17 - to the second output (zero) output 18 of load 7, Parallel to the resistors 12 and 13, the first and second entered capacitors 19 and 20 are connected, and between the bases of the protective transistors 10 and 11 there is included the third entered capacitor 21. Transistors 8, 10 and 9, 11 and resistors 12 and 13 connected in accordance with the circuit 19 and 20,

резисторы 14 и 15, диоды 16 и 17 и конденсатор 19 образуют схему защиты мощных выходных составных транзисторов 1 и 2.resistors 14 and 15, diodes 16 and 17, and capacitor 19 form a protection circuit for high-power output composite transistors 1 and 2.

Двухтактный усилитель мощности работает следующим образом.Push-pull power amplifier works as follows.

Сигнал относительно нулевого вывода 18 нагрузки 7 обладает положительным и отрицательным значени ми. При положительном значении сигнала работает выходной транзистор 1, а выходной транзистор 2 этим сигналом обратно смещен, т.е. закрыт, При отрицательном значении входного сигнала работает выходной транзистор 2, а транзистор 1 закрыт.The signal with respect to the zero output 18 of the load 7 has positive and negative values. If the signal value is positive, the output transistor 1 operates, and the output transistor 2 is reversely biased by this signal, i.e. closed, If the input signal is negative, output transistor 2 operates, and transistor 1 is closed.

Положительный входной ток с управл ющего вывода 22 сигнала усиливаетс составным транзистором 1 и через резистор 4 поступает в нагрузку 7. Протекание этого тока через резистор 4 создает падение напр жени на резисторе 4 относительно эмиттера транзистора 10 и через резистор 12 поступает на базу транзистора 10. Если импеданс нагрузки 7 имеет нормальную величину , то вс схема защиты не оказывает никакого вли ни на работу схемы всего усилител до тех пор, пока ток через резистор 4 не превысит выбранную величину. Выбираетс эта величина дл положительного полупериода соотношением величин резисторов 12, 14 и 4, 7, а дл отрицательного полупериода - соотношением величин резисторов 13, 15 и 5, 7, которые образуют двойной мост. В диагонали этих мостов соответственно включены база-эмиттерные переходы защитных транзисторов 10 и 11. При превышении тока открываютс транзисторы 10 и 8. Подобное включение транзисторов 10 и 8 переводит их в состо ние полностью открытое, обладающее малым внутренним сопротивлением. При этом входной ток от управл ющего вывода 22, мину базу транзистора 1, поступает через полностью открытые транзисторы 8 и 10 на вывод 6 нагрузки 7, а транзистор 1 закрываетс . Транзисторы 10 и 8 остаютс в этом полностью открытом состо нии до тех пор, пока входной сигнал положительной пол рности с вывода 22 не упадет до нул . В этом момент (при достижении сигнала нулевого уровн ) транзисторы 8 и 10 восстанавливают свое первоначальное закрытое состо ние . Таким образом, начало срабатывани (отпирани ) транзисторов 8 и 10 определ етс напр жением на резисторе 4, а удерживание схемы защиты в открытом состо нии - наличием на управл ющем выводе 22 сигнала положительной пол рности,The positive input current from the control output 22 of the signal is amplified by the composite transistor 1 and through the resistor 4 enters the load 7. The flow of this current through the resistor 4 creates a voltage drop across the resistor 4 relative to the emitter of the transistor 10 and through the resistor 12 goes to the base of the transistor 10. If Since the impedance of the load 7 has a normal value, the entire protection circuit does not have any influence on the operation of the circuit of the entire amplifier until the current through the resistor 4 exceeds the selected value. This value is chosen for the positive half-period by the ratio of the values of resistors 12, 14 and 4, 7, and for the negative half-period - by the ratio of the values of resistors 13, 15 and 5, 7, which form a double bridge. In the diagonal of these bridges, respectively, the base-emitter transitions of the protective transistors 10 and 11 are turned on. When the current is exceeded, transistors 10 and 8 are opened. Such switching on of transistors 10 and 8 takes them to a fully open state with low internal resistance. At the same time, the input current from the control terminal 22, the base of the transistor 1, goes through the fully open transistors 8 and 10 to the output 6 of the load 7, and the transistor 1 closes. Transistors 10 and 8 remain in this fully open state until the positive-polarity input signal from pin 22 drops to zero. At this moment (when the signal reaches the zero level), the transistors 8 and 10 restore their original closed state. Thus, the start of operation (unlocking) of the transistors 8 and 10 is determined by the voltage on the resistor 4, and keeping the protection circuit in the open state is determined by the presence of a positive polarity signal on the control terminal 22

При смене пол рности сигнала, т.е. поступлении сигнала отрицательной пол рности с управл ющего вывода 23 аналогичнымWhen changing the polarity of the signal, i.e. a negative polarity signal is received from control terminal 23 in the same way

образом ведут себ транзисторы защиты 11 и 9, а начало срабатывани диктуетс напр жением с резистора 5. Транзисторы 11 и 9 удерживаютс в открытом состо нии до техHow do the protection transistors 11 and 9 behave, and the onset of operation is dictated by the voltage from the resistor 5. The transistors 11 and 9 are kept open for

пор, пока на управл ющем выводе 23 отрицательной пол рности сигнал не достигнет нулевого уровн . Таким образом, схема защиты обладает достаточным быстродействием , чтобы реагировать на каждыйuntil the control terminal 23 of negative polarity reaches a zero level. Thus, the protection circuit is fast enough to respond to each

0 полупериод входного сигнала любой частоты .0 half period of the input signal of any frequency.

Если величина нагрузки (резистор) 7 уменьшаетс , то величина тока через резисторы (датчики тока) 4 и 5, при которой на5 ступает срабатывание защиты, тоже уменьшаетс , что благотворно сказываетс на надежности работы транзисторов 1 и 2. При коротком замыкании нагрузки, величина резистора 7 равна нулю, ток сраба0 тывани схемы защиты минимален Поскольку при срабатывании схемы защиты ток в выходных мощных транзисторах 1 и 2 уменьшаетс до нул , то и мощность уменьшаетс до нул , что повышает надежностьIf the load (resistor) 7 decreases, then the current through resistors (current sensors) 4 and 5, at which the protection trips, is also reduced, which has a beneficial effect on the reliability of transistors 1 and 2. When the load is short-circuited, 7 is zero, the trip current of the protection circuit is minimal. Because when the protection circuit operates, the current in the output power transistors 1 and 2 decreases to zero, and the power decreases to zero, which increases reliability

5 работы этих транзисторов.5 work of these transistors.

Поскольку уменьшение тока срабатывани защиты возникает не только при уменьшении величины резистора (нагрузки) 7, но и приуменьшении величин резисторов 12 иSince a decrease in the protection response current occurs not only with a decrease in the value of the resistor (load) 7, but also an decrease in the values of resistors 12 and

0 13 соответствен но дл положительного и отрицательного полупериодов сигнала, то шунтирование резистора 12 конденсатором 19, а резистора 13 конденсатором 20 позвол ет уменьшить величину тока срабатыва5 ни при повышении частоты входного сигнала, что позвол ет уменьшить мощность , снимаемую в нагрузку 7 с выходного каскада на транзисторах 1 и 2 при увеличении частоты. Это повышает надежность ра0 боты выходных транзисторов, в которых возрастают потери при повышении частоты сигнала.0 13, respectively, for the positive and negative half-periods of the signal, bypassing resistor 12 with capacitor 19, and resistor 13 with capacitor 20, allows a decrease in the magnitude of the operating current5 or an increase in the frequency of the input signal, which reduces the power taken to the load 7 from the output stage to transistors 1 and 2 with increasing frequency. This increases the reliability of the output transistors, in which losses increase with increasing signal frequency.

Постановка конденсатора 21 между базами транзисторов 10,11 преп тствует сра5 батыванию быстродействующей защиты от случайных кратковременных помех. Диоды 16 и 17 преп тствуют срабатыванию транзисторов 8 и 10 при сигнале отрицательной пол рности, и транзисторов 11 и 9 при сиг0 нале положительной пол рности.The setting of the capacitor 21 between the bases of the transistors 10.11 prevents the high-speed protection against accidental short-term interference from being hit. Diodes 16 and 17 prevent the operation of transistors 8 and 10 with a negative polarity signal, and transistors 11 and 9 with a positive polarity signal.

Claims

When carrying out the protection circuit in the integrated design, instead of the diodes 16 and 17, transistors in the diode switching on can be used, which makes it possible to reduce the number of microcase elements used and reduce the cost. The invention of the push-pull power amplifier containing two powerful transistors of different types of conductivity, collectors

connected to the power supply terminals, and with emitters via resistive current sensors connected to the first output terminal, two protective transistors of different conductivity types, the type of which coincides with the corresponding type of power transistors, the power transistor bases are connected to control terminals, which in order to increase reliability by protecting power transistors against overload, four resistors, two diodes, three capacitors and two transistors of different conductivity types are inserted into it, with high power transistor bases through the power transitions introduced by the transistors, having the opposite type of conductivity,

0

five

connected to the bases of protective transistors, as well as through the first and second entered resistors, in parallel with which the first and second entered capacitors are connected, connected to the emitters of the respective power transistors, the bases of the protective transistors respectively through the third and fourth entered resistors, which in series connect diodes, connected to the second the output terminal, the base of the entered transistors are connected to the collectors of the corresponding protective transistors, between which the third entered condensers.