Усилитель мощности

Усилитель мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСИЛИТЕЛЬ МОДНОСТИ, содержа1ций входной усилительшлй каскад выполненный на транзисторах, имеющих п-р-п и р-п-р-структуру, включенных по схеме с обнщм эмиттером, причем эмиттер п-р-п-транзистора и эмиттер р-п-р-транзистора соединены через генераторы тока с соответствующими шинами источника питания, а между собой через .последовательно соединенные первый и ВТ01ЮЙ диоды, выходной усилительный каскад, вютолненньй на транзисторах .имеющих р-п-р и п-р-пстрултуру , включенных по схеме с обвщм эмиттером, причем коллекторы их объединены и являются выходом усилителя мощности, а базы транзисторов одной структуры каждого плеча выходного усилительного каскада соединены с коллекторами транзисторов другой структуры входного усилительного каскада, отличающийс я тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, катод первого диода, соединен с эмиттером п-р-птранзистора , а анод второго диода с эмиттером р-п-р-транзистора входного усилительного каскада, при этом точка соеданения первого и второго диодов подключена к точке соединения коллекторов транзисторов выходного . усюттелького каскада. 2. Усилитель мощности по п.1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации начального тока, параллельно каждому из диодов включена цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов между точкой соединения которых и 8 точкой соединения диодов введен дополнительный диюд, имеющий тепловую связь с соответствуюпро транзистором выходного усилительного каскада. 3.Усилитель мощности по п.2,о т л ичающийся тем, что, с целью снижения нелинейньвс искажений, база каждого транзистора выходного усилиN9 тельного каскада соединена с коллекто .0 ром соответствующего транзистора вход ного усилительного каскада через введенный дополнительный транзистор: той О N же структуры, что и транзистор выходного уснлятельного каскада, вклю;ченный по схеме с общим коллектором, коллекторы введенных дополнительных транзисторов соединены с общей шияой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае ав

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТИЗЬСТВУ ь 1с .с... с

4

" Ъ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3587067/24-09 (22) 29.04.83 (46) 07.11.84. Бюл.У41 (72) А.Н.Пиорунский и Н.A.Ïàâëîâ (53) 621.375,026(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В663073, кл. Н 03 1/34, 1979.

2. Патент CWA N4160216, кл. Н 03 F 3/26, 1979 (прототип). (54 ) (57) 1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий входной усилительный каскад выполненный на транзисторах, имеющих п-р-п и р-п-р-структуру, включенных по схеме с общим эмиттером, причем эмиттер п-р-п-транзистора и змиттер р-и-р-транзистора соединены через генераторы тока с соответствующими шинами источника питания, а между собой через .последовательно соединенные первый и второй диоды, выходкой усилительный каскад, выполненный на транзисторах, имеющих р-и-р и п-р-иструктуру, включенных по схеме с общим эмиттером, причем коллекторы их объединены и являются выходом усилителя мощности, а базы транзисторов одной структуры каждого плеча выходного усилительного каскада соединены с коллекторами транзисторов другой структуры входного усилительного каскада, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, катод первого диода, соединен с эмиттером п-р-птранзистора, а анод второго диода— с эмиттером р-п-р-транзистора входного усилительного каскада, при этом точка соединения первого и второго диодов подключена к точке соединения коллекторов транзисторов выходного усилительного каскада.

2. Усилитель мощности по п.1 ° о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью стабилизации начального тока, параллельно каждому из диодов включена цепочка из последовательно соединенньас первого и второго резисторов,. между точкой соединения которых и точкой соединения диодов введен допол-I нительный диод, имеющий тепловую связь с соответствующим транзистором выходного усилительного каскада.

З.Усилитель мощности по п.2,о т л и- с2

Ф ч а ю шийся тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, база каждого транзистора вьвсодного усилительного каскада соединена с коллекто ром соответствующего транзистора вход ного усилительного каскада через введенный дополнительный транзистор, той же структуры, что и транзистор высодного усилительного каскада, включенный по схеме с общим коллектором, причем коллекторы введенных допепнительных транзисторов соединены с общей аиной.

123092 2

f0

25

Однако известные усилители мощ" ности обладают достаточно высокиМ З уровнем нелинейных искажений.

Цель изобретения - снижение нелинейных искажений и стабилизация начального тока.

Цель дестигается тем, что в усилителе мощности, содержащем входной усилительный каскад, выполненный на транзисторах, имеющих п-р-п и р-п-р-структуру, включенных по схеме с- общим эмиттером, причем эмиттеры п"р-и-транзистора и эмиттер р-и-р-транзистора соединены через. генераторы тока с соответствующими шинами источника питания, а между собой через последовательно соединенные первый и второй диоды, выходной усилительный каскад, выполненный на транзисторах, имеющих р-и-р и п-р-п- структуру, включенных по схеме с общим эмиттером, причем 5 коллекторы их объединены и являются выходом усилителя мощности, а базы транзисторов одной структуры

1 1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при построении высококачественных усилителей низкой частоты для эвукопроизводящих устройств.

Известен усилитель мощности, выполненный по двухтактной схеме, с целью обратной связи на транзисторах (1) .

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является усилитель мощности, содержащий входной усилительный каскад, выполненный на транзисторах, имеюших и-р-п и р-п-р-структуру, включенных по схеме с общим эмиттером, причем эмиттер и-р-и-транзистора и эмиттер р-и-р-транзистора соединены через генераторы тока с соответствующими шинами источника питания, а между собой через последовательно соединенные первый и второй диодй, выходной усилительный каскад, выполненный на транзисторах имеющих р-п-р и н-р-п-структуру, включенных по схеме с общим эмнттером, причем коллекторы их объединены и являются. выходом усилителя мощности, а базы транзисторов одной структуры каждого плеча выходного усилительного кас када соединены с коллекторами транзисторов другой структуры входного усилительного каскада (21 . каждого плеча выходного усилительного каскада соединены с коллекторами транзисторов другой структуры входного усилительного каскада, катод первого диода соединен с змиттером п-р-п-транзистора, à аноц второго диода - с эмиттером р-п-р-транзистора входного усилительного каскада, при этом точка соединения первого и второго диодов подключена к точке соединения коллекторов транзисторов выходного усилительного каскада.

Кроме того, параллельно каждому из диодов включена цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов, ежду точкой соединения которых и точкой соединения диодов Введен дополнительный диод, имеющий тепловую связь с соответствующим транзистором выходного усилительного каскада.

База каждого транзистора выходного усилительного каскада соединена с коллектором соответствующего транзистора входного усилительного каскада через введенный дополнительный транзистор той же структуры, что и транзистор выходного усилительного каскада, включенный по схеме с общим коллектором, причем коллекторы введенных дополнительных транзисторов соединены с общей шиной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема усилителя мощности.

Усилитель мощности содержит входной усилительный каскад» выполненный на транзисторе 1 п-р-п"структуры и транзисторе 2 р-п-р-структуры, выходной усилительный каскад, выполненный на транзисторе 3 р-п-рструктуры„ и транзисторе 4 п-р-пструктуры, дополнительные транзисторы 5 и б, генераторы 7 и 8 тока, первый 9 и второй 10 диоды, первый

11-1 и второй 12-1 резисторы, дополнительный диод 13-1 одного плеча, первый 11-2 и второй 12-2 резисторы т дополнительный диод 13-2, резисторы

14 и 15.

Усилитель мощности работает следующим образом.

Входной сигнал подается на входы транзисторов 1 и 2 входного усилительного каскада. Благодаря включению первого и второго диодов 9 и 10 в пепи эмиттеров указанных транзисторов то н "н э

h — z т з 1

1 и 2, причем напряжения прямосмещенного эмиттерного перехода каждого транзистора 1 и 2 с соответствующего диода имеют приблизительно оди. наковую величину и различны по полярности, сумма падений напряжений между входом и выходом усилителя мощности в идеальном случае равна нулю, чем достигается отсутствие

"ступенек" и разрывов вблизи нулевого уровня выходного напряжения, т.е. повышается температурная стабильность.

С другой стороны, такое включение диодов 9 и 1О в цепь эмиттера каждого иэ входных транзисторов

1 и 2 обеспечивает компенсацию изменения коэффициента усиления этих транзисторов 1 и 2 в процессе формирования мгновенных значений . выходного напряжения за счет изменения дифференциального значения сопротивления г (- 25 мВ). э

Действительно, в случае подключения к базе транзистора усилителя с общим эмиттером некоторого источника сигнала с внутренйим сопротивлением

Й; его коэффициент усиления определяется соотношением

Р9н

I .(1) й;+ (P+t)(r э+ Я ®) где 9я — сопротивление нагрузки в коллекторной цепи, 1 э - сопротивление в эмиттерной цепи .

Если R;.са (p>t) (э > Я э ) > à йэ =О, г

Это означает, что коэффициент усиления прямо зависит от тока через транзистор. Это обстоятельство обуславливает весьма ощутимый рост коэффициента нелинейных искажений, который ие удается ликвидировать полностью за счет отрицательной обратной связи, поскольку она является принципиально запаздывающей.

Отмеченный недостаток устраняется тем, что при работе каждого as транзисторов 1 и 2 предлагаемого усилителя мощности включенные в их эмиттерные цепи первый и второй диоды 9 и 10 изменяют свое дифференциальнее сопротивление противополож123092 4 ным образом по отношению и диАференч- циальным сопротивлениям транзисторов 1 и 2. В результате этого сумма дифференциальных сопротивлений и эмиттерньм цепях этих транзисторов

1 и 2 остается постоянной и коэффициенты усиления входного усилительного каскада становятся независимыми от величин усиливаемых сигналов.

Формула (1) для этого случая представляется в виде

9 "н

R; 4 (f3> l) (э, г )

15 где э и гg — соответственно дифференциальные сопротивления транзисторов 1: илн 2, первого 9. идти второго 10 диодов которые в процессе работы имеют равный и про20 тивоположные.приращения, т.е. гэ1 ф Г СОО5 .

Напряжения прямо смещенных эмит, терного перехода транзистора 1 и

2S диода 9 имеют приблизительно одинаковую величину и различны по полярности, что обеспечивает выравнивание потенциалов между входом и выходом, а также уменьшение дрей .фа нуля, т.е. повышение температурЬ ной стабильности.

Обеспечение постоянства заданного начального тока при саморазогреве транзисторов 5 и 3, а также при изменениях окружающей температуры

35. достигается за счет дополнительных диодов 13-1 и 13-2, имеющих тепловую связь с транзистором 3. Изменение прямого падения напряжения на дополнительном диоде 13-1 под действием

40 вариации температуры его перехода . передается в цепь эмиттера транзйстора 1, компенсируя гемпературный дрейф напряжений база-эмиттер транзисторов

5 и 3. Величина сигнала компенсации

45 определяется соотношением резисторов

11-1 и 12-1 и зависит от конструкции усилителя.

Механизм стабилизации начального тока транзистора 3 состоит, таким

50 образом, в следующем. После подачи на усилитель напряжения питания температура кристалла транзистора 3 начинает увеличиваться за счет мощности, рассеиваемой на его коллектор55 ном переходе. Повышение температуры кристалла обуславливает уменьшение напряжения база-эмиттер транзистора

3 с температурным коэффициентом око092

3 1123 ло -2,5 мВ/оС. Одновременно с этим ьа счет тепловой связи транзистора 3 с радиатором последний нагревается, вызывая увеличение температуры кристалла дополнительного диода 13-1 5 и, соответственно, уменьшение на неи прямого падения напряжения. Уменьшение этого напряжения обуславливает снижение тока через транзистор. 3-. и, следовательно, уменьшение базовых токов транзисторов, 5 и 3, в результа" те чего коллекторный ток транзистора

3 возвращается к первоначальному значению. Так.:.как за счет теплового излучения радиатора, на котором рас" 15 положены транзистор З.и дополнительный диод 13-1, происходит дополнительное увеличение температуры кристаллов транзисторов 1 и 5 и первого диода 9, то точное значение компенсирующего 20 напряжения устанавливается путем экспериментального выбора соотношения между первым и вторым резистораии

1 11 и 11"2, при отработке конструкции усилителя. Это соотношение в последующем (в процессе производства) остается неиэменныи.

Основной причиной нелинейных искажений является изменение параметров транзисторов в процессе фор- 30 мирования выходных напряжений. Одним иэ таких параметров, определяющих изменение коэффициента усиления, является дифференциальные сопротивления эииттевного перехода з5.

const

"э (Ху — ток через эмиттерньй переход); .яв, ляющиеся функцией тока э, который в свою очередь, зависит от амплитуды входного напряжения (напряжение на базо-эииттериом переходе транзистора). В предлагаемой схеме изменения сопротивления г транзистора 1 компенсируются аротйвоположньвчи измененияии дифференциального со"противления г aeysoro диода 9, в . результате чеГо величина эквивалентного сопротивления в цепи эмиттера транзистора 1 изменяется сущест- 5О венно меньше, чем у несимметричного каскада с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттерои. Действительно, пусть на базе транзистора 1 имеет место увеличение входного напряжения, в результате чего возрастает ток эмиттера Э и дифферен-! циальное сопротивление эииттерного перехода транзистора 1 уменьша

Ътся.

Благодаря этому происходит перераспределение тока генератора 7 тока, т.е. происходит увеличение тока через эмнттерный переход транзистора

1 и уменьшение тока на такую же величину через первый диод 9, дифференциальное сопротивление которого s результате увеличивается. Следовательно, суммарное сопротивление в эмиттерной цепи транзистора 1, которое определяет. коэффициент усиления каскада на транзисторе 1, остается практически постоянным. Аналогичная ситуация имеет место при действии сигнала со сторЬны анода первого диода 9 при работе петли отрицательной обратной связи, обеспечивающей близкий к единице коэффициент нередачи по напряжению со входа на выход усилителя мощности.

Использование дополнительного транзистора 5, на которои вьазолнен эииттерный повторитель, той же nposoдимости, что и транзистор 3, обеспечивает определенность задания режима транзисторе 1 по току, поскольку падение напряжения на резисторе 14 задается суммой напряжений базаэмиттер транзисторов 5 и 3, а это, в свою очередь, дает возможность повысить промьпнпенную воспроиэводимость.

Э„ффект от использования предлагаемого усилителя заключается во-первых, в резком снижении коэффициента нелинейных искажений (до величин в десятые доли процента), что позволяет, установив перед этим усилителем мощности достаточно широкополосный усилитель напряжения и охватив весь усилительный тракт цепью отрицательной обратной связи, получить черезвычайно малый коэффициент нелинейных искажений (до величин менее сотых долей процента), во-вторых, в обеспечении предельно высокой тепловой устойчивости за счет очень высокой стабильности заданного начального тока через транзисторы 3 и 4 выходного усилительного каскада, который практически остается неизменныи при изменении температуры кристаллов транзисторов на 100-150 С, в третьих, практически не требуется регулиров1123092

fX03

-й

Составитель Н. Дубровская

Редактор П. Коссей Техред 3.Палий КорректорВ. Гирняк, Заказ 8154/43 Тираж 861

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изо бретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Филип.я ППП "Патс.нт", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ки усилителя и подгонки номиналов

его элементов, в четвертых, в минимизации эффекта "транзисторного звучания", так как коэффициент нелинейных искажений почти не зависит от амплитуды и частоты усиливаемого сигнала в рабочей полосе частот от 0 до 20000 Гц.