Патент на изобретение №2316891

(54) ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилителях мощности звуковых частот. Изобретение обеспечивает высокие качественные параметры усилителя при использовании в выходном двухтактном каскаде полевых МДП-транзисторов одной проводимости. Двухтактный усилитель позволяет достигнуть высокой линейности при малом напряжении насыщения за счет «короткой» цепи прохождения сигнала при малом фазовом запаздывании в рабочем диапазоне частот. В предлагаемой схеме токи всех каскадов ограничены, что повышает надежность усилителя при перегрузке. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилителях мощности звуковых частот. Изобретение обеспечивает высокие качественные параметры усилителя (высокая линейность, малое напряжение насыщения, ограничение максимальных токов) при использовании на выходе полевых МДП-транзисторов одной проводимости.

Применение на выходе усилителя полевых транзисторов обусловлено их лучшими качественными параметрами, чем биполярные транзисторы. Но параметры полевых транзисторов с р-каналом гораздо хуже параметров транзисторов с n-каналом. Поэтому предпочтительней использовать полевые транзисторы с n-каналом [1].

Известные схемы [2-прототип, 3] не обладают достаточно высокими качественными параметрами.

От прототипа [2] из однофазного блока возбуждения использованы источник тока 15 и диод 14. Из отражателя тока прототипа [2] – первый резистор 5, первый биполярный транзистор прямой проводимости 6 и второй резистор 21. Полностью использован от прототипа [2] каскад предварительного усиления на первом биполярном транзисторе обратной проводимости 16 и втором биполярном транзисторе прямой проводимости 17. Полностью использован от прототипа [2] выходной каскад на первом 25 и втором 26 МДП-транзисторах.

Для получения высоких качественных параметров двухтактного усилителя в структуру прототипа [2] введены: второй транзистор обратной проводимости 2; обратная связь на пятом резисторе 1 и шестом резисторе 4; элементы коррекции на первом конденсаторе 3, двенадцатом резисторе 11, третьем конденсаторе 12 и тринадцатом резисторе 20; цепи задания рабочего режима каскадов на седьмом резисторе 7, на первом 9 и втором 8 стабилитронах, девятом резисторе 13, десятом резисторе 24 и четвертом стабилитроне 23; элементы, уменьшающие выходное напряжение насыщения на третьем стабилитроне 19 и втором конденсаторе 10 с использованием второго резистора 21 прототипа; для ограничения максимального выходного тока введены восьмой 27 и одиннадцатый 28 резисторы.

Все элементы связаны между собой следующим образом (см. чертеж). Резистор 1 одним концом соединен со входом усилителя, а другим концом с базой транзистора 2. Эмиттер транзистора 2 связан с общей шиной питания, коллектор транзистора 2 связан с резистором 5 и эмиттером транзистора 6. Резистор 5 другим концом связан с катодом стабилитрона 8 и резистором 7. База транзистора 6 связана с анодом стабилитрона 8 и катодом стабилитрона 9, а коллектор связан с базой транзистора 17. Между базой транзистора 2 и коллектором транзистора 6 включен конденсатор 3. Анод стабилитрона 9 связан с землей, а другой конец резистора 7 связан с плюсовой шиной питания. Резистор 4 одним концом связан с базой транзистора 2, а другим концом с выходом усилителя. Резистор 13 одним концом связан с базой транзистора 17, а другим концом с минусовой шиной питания. Диод 14 анодом связан с базой транзистора 17, а катодом связан с катодом стабилитрона 23. Эмиттер транзистора 17 связан с эмиттером транзистора 16, а коллектор с затвором транзистора 26. Один конец резистора 18 связан с коллектором транзистора 17, а другой конец с анодом стабилитрона 23 и минусом шины питания. Конденсатор 10 одним концом связан с источником тока 15, а другим концом с выходом усилителя. Резистор 11 и конденсатор 12 связаны между собой. Другой конец резистора 11 связан с выходом усилителя. Другой конец конденсатора 12 связан с базой транзистора 16. Резистор 20 одним концом связан с базой транзистора 16, а другим концом с катодом стабилитрона 23. Резистор 24 одним концом связан с катодом стабилитрона 23, а другим концом с общей шиной питания. Точка соединения конденсатора 10 и источника тока 15 связана с резистором 21. Другой конец резистора 21 связан с плюсовой шиной питания. Катод стабилитрона 19 связан с точкой соединения коллектора транзистора 16 с источником тока 15. Анод стабилитрона 19 связан с затвором транзистора 25. Резистор 22 одним концом связан с затвором транзистора 25, а другим концом с выходом усилителя. Сток транзистора 25 связан с плюсовой шиной питания, а исток с резистором 27. Другой конец резистора 27 связан с выходом усилителя. Сток транзистора 26 связан с выходом усилителя, а исток с резистором 28. Другой конец резистора 28 связан с минусовой шиной питания.

Полученная новая схема (см. чертеж) обеспечивает заметное улучшение всех параметров усилителя и состоит из:

– Входного усилителя на элементах 2, 5-9, 13.

– Цепи отрицательной обратной связи на резисторах 1, 4.

– Цепей коррекции на элементах 3, 11, 12, 20.

– Каскада предварительного усиления на элементах 14-19, 22-24.

– Вольтдобавки на элементах 10, 21.

– Выходного каскада на элементах 25-28.

Двухтактный усилитель (см. чертеж) работает следующим образом. Входной сигнал, через резистор 1, поступает на базу транзистора 2. С коллектора транзистора 2 сигнал поступает на эмиттер транзистора 6. Резистор 5 задает рабочий ток транзисторов 2, 6 и одновременно ограничивает максимальный ток этих транзисторов. Стабилитроны 8, 9 и резисторы 7, 13 задают рабочие режимы транзисторов 2, 6. Делитель из резисторов 1 и 4 задает коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление схемы. Конденсатор 3 обеспечивает местную обратную связь. Элементы 11, 12, 20 создают обратную связь для улучшения сигнала усилителя при вхождении транзисторов 25, 26 в ограничение. С коллектора транзистора 6 сигнал проходит на базу транзистора 17.

Транзисторы 16, 17 управляют током, текущим от источника тока 15, распределяя его между резисторами 18, 22. При изменении входного сигнала напряжение на резисторах 18, 22 меняется противофазно: открывая один полевой транзистор и закрывая другой полевой транзистор, обеспечивая двухтактный режим работы транзисторов 25, 26, представляющих собой выходной каскад.

Начальное рабочее напряжение на затворах транзисторов 25, 26 определяется величиной тока от источника тока 15 и сопротивлением резисторов 18, 22. От выбора этих элементов зависит режим работы выходного каскада [4]. Причем начальный ток выходного каскада может быть задан малым или большим, в зависимости от требований к линейности и экономичности усилителя.

Диод 14 защищает базовый переход транзистора 17 от пробоя. Элементы 23, 24 задают рабочее напряжение транзисторам 16, 17 так, чтобы они обеспечивали полный диапазон изменения управляющего тока. Стабилитрон 19 уменьшает напряжение насыщения усилителя по минусу источника питания. Элементы 15, 21 снижают напряжение насыщения по плюсу источника питания.

Резисторы 27, 28 ограничивают максимальный выходной ток транзисторов 25, 26.

Максимальный выходной ток ограничивается благодаря тому, что напряжение на резисторах 18, 22 может максимально принимать только удвоенное значение от начального напряжения. В результате максимальное значение тока выходного каскада ограничено напряжением затвор-исток транзисторов 25, 26 и падением напряжения на резисторах 27, 28. Максимальный ток определяется формулой

I макс=[2Uнач – Uмакс]/Rи,

где Uнач – напряжение затвор-исток транзисторов 25, 26, при котором через транзисторы течет заданный начальный ток;

Uмакс – напряжение затвор-исток транзисторов 25, 26 при протекании через них максимального тока;

Rи – сопротивление резисторов 27, 28.

Литература

1. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах / Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев A.M., Смердов В.Ю. – М.: СОЛОН-Р. – 2002, с.16-42, 311-319.

2. А.с. SU 1305826 A1. Двухтактный усилитель мощности. Н03F 3/26. Опубл. 03.04.87.

3. Ежков Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. 2-е изд., перераб. – М.: ИП Радиософт, 2002. С.240.

4. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. – М., Мир, 1991, с.189-206.

Формула изобретения

Двухтактный усилитель, содержащий источник тока, диод, первый резистор, первый биполярный транзистор прямой проводимости, эмиттером соединенный с первым резистором, первый биполярный транзистор обратной проводимости, второй резистор, одним концом соединенный с плюсом источника питания, третий резистор, одним концом соединенный с выходом усилителя, первый МДП-транзистор с индуцированным каналом n-проводимости, затвором соединенный с третьим резистором, а стоком соединенный с плюсом источника питания, второй биполярный транзистор прямой проводимости, четвертый резистор, одним концом соединенный с коллектором второго биполярного транзистора прямой проводимости, а другим концом соединенный с минусом источника питания, эмиттер первого биполярного транзистора обратной проводимости и эмиттер второго биполярного транзистора прямой проводимости соединены, второй МДП-транзистор с индуцированным каналом n-проводимости, затвором соединенный с коллектором второго биполярного транзистора прямой проводимости, а стоком соединенный с выходом усилителя, отличающийся тем, что, с целью получения высоких качественных параметров, в него введены пятый резистор, одним концом соединенный с входом усилителя, второй биполярный транзистор обратной проводимости, эмиттером соединенный с общей шиной питания, пятый резистор другим концом соединен с базой второго биполярного транзистора обратной проводимости, шестой резистор, одним концом соединенный с базой второго биполярного транзистора обратной проводимости, а другим концом соединенный с выходом усилителя, первый конденсатор, одним концом соединенный с базой второго биполярного транзистора обратной проводимости, а другим концом соединенный с коллектором первого биполярного транзистора прямой проводимости, коллектор второго биполярного транзистора обратной проводимости соединен с эмиттером первого биполярного транзистора прямой проводимости, первый стабилитрон, анодом соединенный с общей шиной питания, а катодом с базой первого биполярного транзистора прямой проводимости, второй стабилитрон, анодом соединенный с катодом первого стабилитрона, а катодом соединенный с другим концом первого резистора, седьмой резистор, одним концом соединенный с катодом второго стабилитрона, а другим концом соединенный с плюсом источника питания, второй конденсатор, одним концом соединенный с другим концом второго резистора, а другим концом с выходом усилителя, первый биполярный транзистор обратной проводимости коллектором соединен с источником тока, другой конец источника тока соединен с точкой соединения второго резистора со вторым конденсатором, третий стабилитрон, катодом соединенный с коллектором первого биполярного транзистора обратной проводимости, а анодом с затвором первого МДП-транзистора, восьмой резистор, одним концом соединенный с истоком первого МДП-транзистора, а другим концом с выходом усилителя, девятый резистор, одним концом соединенный с коллектором первого биполярного транзистора прямой проводимости, а другим концом с минусом источника питания, коллектор первого биполярного транзистора прямой проводимости соединен с базой второго биполярного транзистора прямой проводимости, анод диода соединен с базой второго биполярного транзистора прямой проводимости, четвертый стабилитрон, катодом соединенный с катодом диода, а анодом соединенный с минусом источника питания, десятый резистор, одним концом соединенный с катодом четвертого стабилитрона и задающий с ним рабочее напряжение первому транзистору обратной проводимости и второму транзистору прямой проводимости, одиннадцатый резистор, одним концом соединенный с истоком второго МДП-транзистора, а другим концом соединенный с минусом источника питания, двенадцатый резистор, одним концом соединенный с выходом усилителя, третий конденсатор, одним концом соединенный с другим концом двенадцатого резистора, а другим концом с базой первого биполярного транзистора обратной проводимости, тринадцатый резистор, одним концом соединенный с базой первого биполярного транзистора обратной проводимости, а другим концом с катодом четвертого стабилитрона.

РИСУНКИ