UA126428C2 - Транзисторний двотактний підсилювач - Google Patents

Abstract

Винахід стосується двотактних підсилювачів потужності на транзисторах і може бути використаний для зниження нелінійних спотворень. Транзисторний двотактний підсилювач потужності містить перший і третій npn-транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення позитивної полярності, другий і четвертий pnp-транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення негативної полярності, причому база третього транзистора з'єднана з першим виводом основного джерела напруги зсуву, база четвертого транзистора з'єднана з другим виводом основного джерела напруги зсуву, емітери всіх транзисторів з'єднані разом і утворюють вихід підсилювача, додатково введено перший і другий додаткові джерела напруги зсуву, перший вивід першого додаткового джерела з'єднано з першим виводом основного джерела напруги зсуву, перший вивід другого додаткового джерела з'єднано з другим виводом основного джерела напруги зсуву, другий вивід першого додаткового джерела з'єднано з базою першого транзистора, другий вивід другого додаткового джерела з'єднано з базою другого транзистора. Технічним результатом, що досягається даним винаходом, є зниження нелінійних спотворень і підвищення економічності.

Description

Винахід стосується двотактних підсилювачів потужності на транзисторах і може бути використаний для зниження нелінійних спотворень.

Відомий підсилювач потужності у вигляді комплементарного емітерного повторювача на транзисторах з навантаженням і джерелом напруги зсуву (Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Пер. с нем. - М.: Мир, 1991. - С. 198, Рис.13.4 а).

Недоліком відомого підсилювача є значні нелінійні спотворення, обумовлені суттєвою залежністю коефіцієнта посилення транзисторів від струму колектора. Для типових транзисторів комплементарної пари зазначено, що коефіцієнт передачі струму дорівнює 40 при оптимальному струмі колектору 150 мА, але знижується до 25 (тобто майже в 2 рази) як при збільшенні струму колектора до 0,5 А, так і при його зниженні до 5 мА. Зниження миттєвого значення коефіцієнта посилення є причиною появи нелінійних спотворень.

Відомий підсилювач, який містить М пар вихідних транзисторів, що запаралелеені.

Максимальний струм кожного транзистора при цьому знижується (приблизно в М раз), тому коефіцієнт посилення на максимумі вхідного сигналу спадає меншою мірою, і нелінійні спотворення зменшуються |Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике.

Пер. с нем. - М.: Мир, 1991. - С. 212, Рис.13.8.1гі|.

Недоліками технічного рішення є М-кратні подорожчання, погіршення масогабаритних характеристик, збільшення споживаної потужності в режимі спокою (при відсутності вхідного сигналу), а також збільшення еквівалентної ємності колектора, що призводить до звуження смуги підсилювальних частот і зменшення швидкості наростання вихідної напруги.

Найближчим до корисної моделі, що заявляться, є підсилювач, що містить перший (ТЗА) і третій (ТЗ3В) прп транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення позитивної полярності (їм), другий (Т4А) і четвертий (Т4В) рпр транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення негативної полярності (-Ом), причому бази першого і третього транзистора з'єднані з першим виводом джерела напруги зсуву (спільної точки ТІК, які для узагальнення можна замінити на перший вивід джерела напруги зсуву), бази другого та четвертого транзистора з'єднані з другим виводом джерела напруги зсуву(спільної точки Т2К1, які для узагальнення можна замінити на другий вивід джерела напруги зсуву), емітери всіх транзисторів з'єднані разом (резистори КЕ як не важливі для принципу роботи замінені резисторами з

Зо нульовим опором, тобто замінені провідниками) і утворюють вихід підсилювача. Інші елементи цитованої найближчої моделі Т1, К1,ТЗМ, ТАМ з резисторами КЕ несуттєві та опущені (Шкритек

П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Пер. с нем. - М.: Мир, 1991. - б. 212,

Рис.13.8.1г|,

Такий підсилювач має високі нелінійні спотворення. Потужність підсилювача споживання від джерел живлення становить 10 Вт, тобто недостатня економічність.

В основу винаходу поставлено задачу створення транзисторного двотактного підсилювача, який би мав знижені нелінійні спотворення і вищу економічність.

Поставлену задачу вирішують тим, що в транзисторному двотактному підсилювачу потужності, що містить перший і третій прп транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення позитивної полярності, другий і четвертий рпр транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення негативної полярності, причому база третього транзистора з'єднана з першим виводом основного джерела напруги зсуву, база четвертого транзистора з'єднана з другим виводом основного джерела напруги зсуву, емітери всіх транзисторів з'єднані разом і утворюють вихід підсилювача, згідно з винаходом, введено перший і другий додаткові джерела напруги зсуву, перший вивід першого додаткового джерела з'єднано з першим виводом основного джерела напруги зсуву, перший вивід другого додаткового джерела з'єднано з другим виводом основного джерела напруги зсуву, другий вивід першого додаткового джерела з'єднано з базою першого транзистора, другий вивід другого додаткового джерела з'єднано з базою другого транзистора.

Коефіцієнт нелінійних спотворень підсилювача, що заявляється, становить 0,01 96, що на порядок менше, ніж в прототипі.

У підсилювача потужність споживання від джерел живлення становить 6 Вт, в той час як у прототипу, дорівнює 10 Вт, тобто додатковим позитивним ефектом винаходу є на 40 95 краща економічність.

Початковий струм спокою колекторів транзисторів ОЗ ії 04 менше, ніж початковий струм спокою колекторів С1 і 02, що є істотною відмінністю пропонованого схемного рішення. Завдяки цьому зниження коефіцієнта посилення транзисторів 01 ії 02, що виникає при збільшенні миттєвих значень вихідного сигналу через збільшення струму колектора до значень, що заходять в зону спадання, частково компенсується збільшенням коефіцієнта посилення бо транзисторів ОЗ ї 04, що виникає завдяки переходу їх струму колектора із зони наростання в зону максимуму.

Винахід пояснюється схемами.

На Фіг. 1 показано схему транзисторного двотактного підсилювача, що містить перший комплементарний емітерний повторювач на транзисторах О1, 02 різного типу провідності (01 п- р-п, 02 р-п-р) і другий комплементарний емітерний повторювач на транзисторах 23, 04.

Завдяки введеним додатковим джерелам напруг зсуву ЕЇї і Е?2 напруга зсуву між базами транзисторів О1 ї 02 перевищує напругу зсуву між базами транзисторів ОЗ ї 04, що дорівнює напрузі джерела напруги зсуву М1. При цьому початковий струм спокою колекторів транзисторів

ОЗ ї 04 менше, ніж початковий струм спокою колекторів 01 і 02, що є істотною відмінністю пропонованого схемного рішення. Завдяки цьому зниження коефіцієнта посилення транзисторів

О1 ї 02, що виникає при збільшенні миттєвих значень вихідного сигналу через збільшення струму колектора до значень, що заходять в зону спадання, частково компенсується збільшенням коефіцієнта посилення транзисторів ОЗ і 04, що виникають через перехід їх струму колектора із зони наростання в зону максимуму. Колектори транзисторів О1 і 03 з'єднані з джерелом напруги живлення позитивної полярності УЗ, а колектори транзисторів 02 і 04 - з джерелом живлення негативної полярності М4. Емітери всіх транзисторів, об'єднані на опорі навантаження КІ, генератор напруги МІМ з включеним послідовно внутрішнім опором утворюють джерело вхідного сигналу.

На Фіг. 2 показано аналіз електронної схеми винаходу програмою Місго-Сар 12; додаткові джерела зсуву ЕТ і Е2 сформовані у вигляді залежних джерел напруги МЕ (в термінах програми

Місто-Сар 12-Апаіюд Бепаміогаї мокКаде зоцйгсе), величина напруги яких задана формулою

Е1-Е2-(1,6-М1У/2, де М1 - напруга джерела М1 (напруга зсуву між базами транзисторів ОЗ і 04), а 1,6 - константа напруги зсуву між базами транзисторів О1 і 02, що відповідає зоні максимуму залежності п21е (ІК).

На Фіг. З показано залежність для використаних моделей транзисторів типу ВО139 і ВО140 стандартної бібліотеки компонентів Місго-Сар 12, ділянка максимуму лежить в околі струму колектора близько 100 мА. Якщо змінювати напругу джерела М1 в сторону зменшення від 1,6 В, то напруга зсуву між базами О3 і 04 буде зменшуватися, що спричинить за собою зменшення їх струмів колектора. При цьому напруги джерел Еї1 і Е2 збільшуються настільки, щоб сума напруг

М14Е11Е2-М1-(1,6-М1уУу2--(1,6-М1)/2-1,6 становила константу 1.6 В, що забезпечує сталість режиму транзисторів 01 ії 0322 при зміні М1. Відзначимо, що при М1-1,6 обидва значення

Е1-Е2-0 стають нульовими і схема вироджується до прототипу у вигляді двох запаралелених однакових комплементарних емітерних повторювачів з запаралеленими базами 0103, 0204, тобто з однаковими початковими струмами всіх транзисторів.

На Фіг. 4 зображено отримане в результаті математичного аналізу (Наптопіс рієогіоп

Апаїузів5) сімейство графіків залежності коефіцієнта нелінійних спотворень (ТНО в термінології програми Місго-Сар 12) від вихідної напруги МОШТ для різних значень напруги зсуву М1 від 1,4 до 1,6 В. Верхній графік з М1-1,6 В відповідає прототипу. Можна бачити, що при напрузі зсуву

М1-1,45 В, якому відповідають Е1-Е2-0,075 В, досягається мінімум нелінійних спотворень.

Наприклад, для МОШТ-5 В коефіцієнт нелінійних спотворень становить ТНО-О,01 96, що на порядок менше, ніж в прототипі (для кривої з М1-1,6 В при МОШТ-5 відповідає ТНО»О,1 95).

Таким чином, наявність позитивного ефекту доведено строго математично.

На Фіг. 5 зображені режими транзисторів по постійній напрузі; на Фіг. 6 - початкові струми транзисторів. Відзначимо, що початковий струм колектора транзисторів О1, 02 дорівнює 87 мА, а транзисторів 03, 04 всього 14 мА, тобто істотно, в 6 разів менше, що забезпечує початкове положення робочих точок транзисторів 01, 02 в області максимуму п21е (ІК), а транзисторів ОЗ, 04 - в області наростання п21е (ІК).

На Фіг. 7 відображено потужність в режимі спокою. Споживана від джерел живлення потужність 6 Вт, в той час як у прототипі дорівнює 10 Вт, тобто додатковим позитивним ефектом винаходу є на 40 95 краща економічність.

Підсилювач функціонує наступним чином.

При малих миттєвих значеннях вхідного сигналу ІМРОТ вихідна напруга ОШТ на резисторі навантаження КІ формується переважно транзисторами О1 та 02, що мають в цих умовах більший, ніж у транзисторів 03 і 04, коефіцієнт посилення. При подальшому збільшенні миттєвих значень вхідного сигналу коефіцієнт посилення 01 і 02 спадає, але коефіцієнт посилення СІ3 та 04 зростає і компенсує спадання коефіцієнта посилення О1 і 02, завдяки чому досягається стабілізація сумарного для всіх транзисторів 01-34 коефіцієнта посилення і мінімізація коефіцієнта нелінійних спотворень в поширеному діапазоні вхідних і вихідних напруг. (516)

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Транзисторний двотактний підсилювач потужності, що містить перший і третій прп-транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення позитивної полярності, другий і четвертий рпр- транзистори, колектори яких з'єднані з джерелом живлення негативної полярності, причому база третього транзистора з'єднана з першим виводом основного джерела напруги зсуву, база четвертого транзистора з'єднана з другим виводом основного джерела напруги зсуву, емітери всіх транзисторів з'єднані разом і утворюють вихід підсилювача, який відрізняється тим, що введено перший і другий додаткові джерела напруги зсуву, перший вивід першого додаткового джерела з'єднано з першим виводом основного джерела напруги зсуву, перший вивід другого додаткового джерела з'єднано з другим виводом основного джерела напруги зсуву, другий вивід першого додаткового джерела з'єднано з базою першого транзистора, другий вивід другого додаткового джерела з'єднано з базою другого транзистора. і |! щ- "ху с Я -х С не ОЗ (рем? ї- З І ся ! . У | ! сут ІЗ їх 5 ЩІ Ле о й же йо Ук З М Я, Пе мМімау ій якх ши

   Фіг.

   ВЕККНН НК оо ОО

   С. ПММ т, Кк пт ак ПИ ИН Н ВОВК Піо жа КОТ ши і КПП ою Маже: і Вин к Мини я і Н КЕН ов ї ї Код сито ї А ен І КоКтКХ У КИ от ше ЗІЗ Е о с - ЩЕ шу ть ї ОДН аа ПЕН ї Н ї ЗУ Ех х ЕЕДКАН КЕ Ї НЕ ЕК . ГАС КАЕМК КК пн В о ЕЕ овеоу мі С М | ОК ее У ї п, з . Кая НИ т Н КЕ пУйК МК ХЕ ї Н Ще КЕ СОУ сечо у ПО Н й КЕ ХУ кЕАСТИЮ ЗМ: І : ПОБИВ охехорохех же ве повно, пити її ї І Н У Зо В ННя ПИ Еш ще я Се ко пог ве в песни нн и п НК и п сх ще : ї : Кл ДЕК ПлужжинІ В в ТІВ чив пра і о УК БДЮТ Н и ен вх ск НИ Н ше КОвежнК с КоЄ ИН ХЕ : й ПК Ки Я КОТОВА КК ПОВ ОН -е он КЕ ІЗ іг.2

   Фіг. ЗУ окол ОО ЛА ОМ ОО ОО І І І І С І І В С В В ДОМ п о свв пня . ПОЗІ шви МО КК ВЕ КВК іх КК В НН КА ДУ В ДЕ СВТ Квадро І о Мар Лв М в ОХ НВ ще веж 3 п БЕ Я ДВ КОКО ВВ ВЕБ ІЕЕ КН фена СЕ КЕДДДДДАННН чн А А А А с ИЙ ду ммних ПВА нта Це ред М КК уд ЗЕ ООН ек МНЕ КЯЖНЕК Гм МНВ ВЕ КК Я ЖЖ: МОВИ І вою Ж ЩО ГИшЛІМИМ ИН Я ИН ІЛИК КИМ МІК Ко КВИЩЛ НІ КТ ТЯ, ія ж ї нн І БОМ Нж МИеН ЕИКО МЕМ Ти ТІЇ ТлІШШИ ОФОІШЩІ ОПЕШОФІ ОН і РОГІЦШЕ 12 сІЦИЩ ІПН ЗБЕ ОТ щ- КОМИ А ПО КОХ Ши ин Фо вними миші ПЕК КК ПОДИХ ЕК В УК в БЕК : АН В в ен вн и ВАМИ Ем ши 6 я Т ВОК ооо о в еВ . Ї р КОМЕНТ ТНМК ВАННИ ФК НКТ АН ПИШИ ПИФ ТММ лини сі: ЛІОВННККУ и мото тм ше ше в шо а а но пів : ЗЕ С НИ ня Не ие Ши ие ПЕК : Ки ше ше ше НН НЕ НО Б ЦЕ ЗБ оВ кома Корля

   Це. Знову Вннва осика НК ПЕННННН НВ ЕНН ВН З В дохесвивамюх ом ВО ФОМЕдвенл денна ПИШНЕ пеня ВВ хост К соки нин ПЕН п еко, В БОКИ нн и ПЕ ОЯЕ ен ХОМ ве ПЕКІН ВТЕКТИ тя ЦИРК УТИЙ р ТС ооо ооо МОВ ХК м : ТУТ СІ ИМИ ТУТ ВІИНЖО та ІІ ПНІ и ОПЕМОЯ у то и рн по В ши шо ша шик ше и о пе ве фон фе ва свКях В ши шик Ше я МН Не ОН ен ПО я З : ІТИ ПА, ОН в В ИН С жНя нн НН й То п ж о На да вихожя І о й МН я КО о о о Ка о ЗЕ НН С й КЕТОНІВ ИИ пом ПИВ ша Ве се : а на ве о МН У ЗК ему ах ПБннкнаюь тю ши й я АН они по Сн В веЕЯерУ я ПЕКІН и ДН МН пеЕНКиип ен ЛЕ Мсустееи їх тк ; ЦО сн несе не ВЕН ДЕ В ЩЕ Со ЕМ, : ж а и В ОВ ВО А нн ШУ І тим с хо МИ і ВН нн и М НН ем ех нення я КН : КОБРА Ши ПОЄД оо о о ми КЕ З ЛИН: х. ОН іх шише же ж ши ші ше ве в Пи ооо ЗИ ЖЕ ння : я в Ля Ин Ес «З р Он Я о В В НЯ ЗЕ ПП реттетттттет тет с пихи : ша и ОН В ЛМР ще ЖЕ екон екв ВИШШИИ і и НН ДЕ У ВНУ В дочнннннннннннннння, е ВН НИ а НЕ ПЕК п ЛВ арх МЕ В пий й вм ПЛИТИ МАМИ кн, Ер о КІН прик На в в ри шк ш ї : лим (5 ! вн нн НН пуер веж іже т "Що с о ПН; : бен

   Е. З есе ЯК нини ї і ї Е З ї пт дл КЕ ИТ тВі В пек ЕК В зіг.З

   Фіг.

   З Пр Бк нене жене вен нен нена о а не и и о я ОО ОО о В В в В ПОВ ОВК є ВИ ВЕ ВА ВО КТ ВК ЕЕ ВО КВ ВВА КО НБЕ ВКВЯ ОК ЖК ВВ ТВ ВХ КЕ КЕ ВО, ВЕ В ВВ ЖЕ В ВК КУ БИК ОВК І НО МОЮт міні вих КВ РОК Ен НИ ЗЕ с и НИ у ЗИ ЕН ВЕ В З зи ен кон ї А : : : ї и г ї : : : п яос ом нон око пк ові нн піні знане з: м ня чин винна з Мали Н : : : ї ; Й В ї ї ї : : : : : Н Я : В : : ЕЯ ї Н ї н Ї Н З пе ооо и : ї ї : : : Я дн дм ин ни ї Н : : : о сом а диню я ЖИ ї і : Н ТО оре дюни я ВИ дн КК о о . ооо нон Нв оо т и В ВН НК ВЕ в и НН ЯМ Пд розі нмнннмаюН н КН ршнн вн нн нн т Еітнентн ПІ рднинни ст ЖЕ індики Кі ккд Аа осн фіжрентю нн бетий їі ндна Та іккидй и НК ЕЕ нки а Пп ежнниттани х : дини : : ї ї : ІОдМ же коня : до й : : : в у : ї ! -ї і пс ОД НН Е ї ! ення жив : во й : : Ен нн В и Тая Н ї : я Н ї : Би У : т а ва ї КУ х З З в 5 "а НЕ У де ї ТВОЮ їх с с й Є ; чан й ї я оон нн

   Фіг.4А в ї чан ї оку ШК пе оон і Е ВО вк ЇХ яке ШО о Усохохм щі -К ек са гу Я Ї СЯ С з шої я ке й туди ; із Сом УК Кк І ШЕ ге пос чн І ї З їх ї г М й пут 3 «Я КЕ ле Е п МЕНА Укус 7 ї і Кум Б сих роя кк в уз і їх Как У х Кох а с ШИ т вики с- МРТ Бе х ща і щи В. Те ВДОМ сеча з че ща - КМ ів ВОК КО і (М ж Мед ун ек: Коня х хг Уч з ко ско КН м щі пв-меміних СЮ роз У зи ів е чи І: ем Х

   Фіг.5 х я ї щов чия ВО АВ Кк ме у МЕ МВ КЖАЙ ках ж й шт тя ж зів ххх я ту. поля, ПОБУ Юлю ВУ лАо ГУБ щ- : Е се ! ІЗ й й У Ї, . ит я я ї : уллогоогогоггогоггогогоогогогогогогогогих

   3.55 т і хх і й З хі хо 3 жі ях ше ее їж І. не ВМ ВАМИ свт т З пе са си деонкеккткнюккнкжкнк т мА ВВА -- пенні їх Н мая ПОС ке з

   Фіг. 6 яз. А Кі Еезвннн 4 пі сх оз - Е КАЧКУ ря й РЕА них ру Ку 4 ї ; 5 Ї мі вит

   1.45 7 Щі Н й і АК Б Ї за сет ВТ М В д - В І й З ЧИ АХ жк й Ко і че Мій ее ге ж кал ся усу КК зару Б жень еф ОН. щі В ВІ о » - кожна 7 І их ши у р ТА «

   Фіг.7 00000 КомпютернаверсткаА. Крулевський.д/ (00000000 ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601 б