Усилитель мощности

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в переносной радиоэлектронной аппаратуре с экономным потреблением тока от источника питания, а также в слуховых аппаратах. Цель изобретения - повышение КПД при расширении диапазона питающих напряжений. Цель достигается введением в устройстве стабилизатора напряжения (СН), обладающего следующими свойствами: имеет ту же температурную зависимость выходного напряжения, что и напряжение открывания р-п-переходов, используемых в у-ле мощности транзисторов , имеет высокий чоэф. стабилизации при изменении питающего напряжения, имеет малое напряжение между входом и выходом , при котором он еще сохраняет высокий коэф. стабилизации, имеет малый ток потребления. СН выполнен на пяти транзисторах , один из которых - управляющий - имеет одну структуру, а остальные - другую структуру. 1 3. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„140672!

511 4 H 03 F 3 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

aCFrf! p,.

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3-,ц

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CO

QO 3 (21) 4113609/24-09 (22) 04.09.86 (46) 30.06.88. Бюл. № 24 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро микроэлектроники (72) А. А. Воронцов (53) 621.375.026 (088.8) (56) Патент США № 3553599, кл. 330 — 29, опублик. 1971. (54) УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в переносной радиоэлектрОнной аппаратуре с экономным потреблением тока от источника питания, а также в слуховых аппаратах. Цель изобретения — повышение КП3, при расширении диапазона питающих напряжений. Цель достигается введением в устройстве стабилизатора напряжения (СН), обладающего следующими свойствами: имеет ту же температурную зависимость выходного напряжения, что и напряжение открывания р — - и-переходов, используемых в у-ле мощности транзисторов, имеет высокий чоэф. стабилизации при изменении питающего напряжения, имеет малое напряжение между входом и выходом, при котором он еще сохраняет высокий коэф. стабилизации, имеет малый ток потребления. СН выполнен на пяти транзисторах, один из которых — управляющий— имеет одну структуру, а остальные — — другую структуру. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1406723

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в переносной радиоэлектронной аппаратуре с экономным потреблением тока от источников питания, а также в слуховых аппаратах.

Цель изобретения — повышение КПД при расширении диапазона питающих напряжений.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема усилителя мощности; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения.

Усилитель мощности (фиг. 1) содержит входной, промежуточный фазоинверсный и выходной двухтактныи каскады 1 — 3, выполненные на первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом транзисторах 4 — 9, первом, втором токоограничивающих резисторах

l0 и 11, цепи 12 смещения, источнике 13 тока, содержащем выходной транзистор 14, токозадающий резистор 15, транзистор 16 в диодном включении, на первом и втором резисторах 17 и 18 базового смещения, фильтре нижних частот (ФНЧ) 19, токозадающем элементе 20, резисторе 21 коллекторной нагрузки, резисторе 22 обратной связи, а также цепь 23 обратной связи и стабилизатор 24 напряжения, выполненный (фиг. 2) на управляющем транзисторе 25, первом, втором, третьем, четвертом дополнительных транзисторах 26 -29, первом, втором, третьем, четвертом, пятом, шестом, седьмом, восьмом резисторах 30 -37, первом, втором конденсаторах 38 и 39, при этом ФНЧ 19 выполнен на резисторе 40, конденсаторе 41.

Усилитель мощности (фиг. 1) работает следующим образом.

Напряжение на выходе стабилизатора 24 устанавливают равным такой величине, при которой это напряжение совместно с напряжением на цепи 12 едва способно открыть база-эмиттерные переходы транзисторов 6 и 7 (например, 0,8 В), чем обеспечивается минимальный ток покоя усилителя мощности. Резисторы 10 и 11 в эмиттерных цепях транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2 могут при этом иметь малую величину сопротивления. Их назначение -- ограничение тока транзисторов 6 и 7 и обеспечение совместно с корректирующими емкостями (не показаны), устойчивости к самовозбуждению усилителя мощности.

Напряжение на цепи 12 смещения баз транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, выполненной, например, в виде резистора, в этой схеме может быть меньше (например, 0,3 В вместо 0,6) напряжения на диоде в известном устройстве.

На участке коллектор — эмиттер транзисторов 6 и 7 напряжение, например, 0,25 В вместо 0,1 В, как в известном устройстве.

Совместно с малыми величинами резисторов 10 и 11 это обеспечивает под сигналом значительные токи коллекторов транзисторов

50 (2) или — Kà, величины сопротивлении резисторов 17, 18, 40; коэффициент усиления по напряжению усилителя мощности. где Кi;, Riз, R4o—

Кгз+ Кгг

Rгг

6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, что увеличивает максимальные выходные токи усилителя мощности.

Так как величина тока транзистора 14 определяется резистором 15 и напряжением на участке база — эмиттер транзистора 16, основной ток, который задается выбором величины токозадающего элемента 20 и напряжением на выходе стабилизатора 24, не меняет свою величину при изменении напряжения питания усилителя и тем самым обеспечивает постоянство напряжения на цепи 12 смещения баз транзисторов 6 и 7 промежуточного фазоинверсного каскада 2, обеспечивая одновременно необходимую величину тока базы транзистора 7 и большой коэффиf5 циент усиления входного каскада !. Ток базы транзистора 9 (без сигнала) определяется

его коэффициентом усиления по току и током коллектора транзистора 14 и должен составлять малую величину по сравнению с током, протекающим через токозадающий элемент 21, равным отношению напряжения на участке база — эмиттер транзистора 9 к величине сопротивления токозадающего элемента 21. Тем самым ток коллектора транзистора 8 имеет определенную постоянную

25 величину, при которой напряжение на участке база — эмиттер транзистора 8 совместно с падением напряжения на резисторе 22, вызванное током эмиттера транзистора 8, компенсируется напряжением на база — эмиттерном переходе транзистора 16.

30 На резисторе 22, кроме того, создается падение напряжения от тока, протекающего с выхода усилителя мощности через цепь 23 обратной связи и резистор 22 на общую шину усилителя мощности.

При изменении напряжения питания ве35 личина этого падения напряжения меняется в соответствии с выражением (!.- R>

2(R,„+К,,) + 1,з Кзг, 11)

40 где U z — напряжение на резисторе 22;

-()д г — напряжение на выходе усили2 теля мо1цности;

1зз — ток эмиттера транзистора 8;

Кгг, Кгз — величины сопротивлений резистора 22 и цепи 23 обратной связи.

11ля поддержания на выходе усилителя мощности напряжения равным половине напряжения питания резисторы 17, 18 и 40 должны выбираться из соотношения

1406723

Формула изобретения

Кзо+ Кз (- ст 1-)бэ28 1 йз

Стабилизатор напряжения 24 (фиг. 2) имеет ту же температурную зависимость выходного напряжения, что и напряжение открывания р — n-переходов, используемых в усилителе мощности транзисторов; имеет высокий коэффициент стабилизации при изменении питающего напряжения; имеет малое напряжение между входом и выходом, при котором он еще сохраняет высокий коэффициент стабилизации; имеет малый ток потребления.

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При подаче питания на вход стабилизатора 24 напряжения транзистор 27 заперт, так как напряжение на выходе стабилизатора 24 еще недостаточно для открывания база — эмиттерного перехода этого транзистора. В этом случае ток, протекающий от источника питания усилителя мощности ло цепи: резистор 35, база-эмиттерный переход транзистора 29, усиливаясь транзистором 25, обеспечивает такое напряжение на выходе стабилизатора 24, лри котором вначале открывается транзистор 28 током резистора 34, а при дальнейшем нарастании напряжения на выходе стабилизатора 24 открывается транзистор 27. Это приводит к запиранию транзистора 29, и весь ток стабилизатора 24 обеспечивается транзистором 28. Резистор 37 ограничивает максимальный ток базы транзистора 25. При еще большем увеличении напряжения на выходе стабилизатора 24 транзистор 26 открывается и обеспечивает режим стабилизации выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора ((Л-) определяется уравнением где U »> — напряжение открывания базаэмиттерного перехода транзистора 26, Кзз, Кз — величины сопротивлений резисторов 30 и 31.

Этим обеспечивается нужная температурная зависимость напряжения на выходе стабилизатора 24.

Для обеспечения нормальной работы стабилизатора 24 напряжения необходимо выполнить условие где R32 Кзз — величины сопротивлений резисторов 32 и 33.

Поскольку при выполнении этого условия транзистор 29 заперт, то влияние входного напряжения на выходное напряжение стабилизатора 24 исключается, чем обеспечивается высокий коэффициент стабилизации выходного напряжения стабилизатора 24 лри изменении питающего напряжения. Так как регулирование транзистора 25 возможно

4 лри малых напряжениях на его участке коллектор — эмиттер (для некоторых типов транзисторов это напряжение менее 0,1 В), данный стабилизатор 24 напряжения сохраняет высокий коэффициент стабилизации лри малых напряжениях между его входом и выходом.

При изменении тока нагрузки стабилизатора 24 напряжения ток базы транзистора 25 остается меньше этого тока в число раз, равное коэффициенту усиление по току транзистора 25. Транзистор 28 дозирует этот ток, поддерживая его на минимальном значении. Токи других цепей составляют малую величину, что в целом обеспечивает малый ток потребления стабилизатора 24 напряжения.

Использование предлагаемого усилителя мощности позволяет снизить токи потребления бытовой радиоэлектронной аппаратуры, слуховых аппаратов и т. д., так как наряду с малым и стабильным током покоя этот усилитель мощности обеспечивает полное использование напряжения питания даже тогда, когда оно составляет 0,9 В (с кремниевыми транзисторами) .

1. Усилитель мощности, содержащий последовательно соединенные входной, промежуточный фазоинверсный и выходной двухтактный каскады, причем выходной двухтактный каскад выполнен на включенных последовательно по постоянному току между первой и второй шинами источника питания первом и втором транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером и имеющих разную структуру, промежуточный фазоинверсный каскад выполнен на третьем и четвертом транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером и имеющих структуру соответственно второго и первого транзисторов, эмиттер третьего транзистора через первый TQKoof аничивающий резистор соединен с эмиттером второго транзистора и второй шиной источника питания, эмиттер четвертого транзистора соединен с первым выводом второго токоограничивающего резистора, базы третьего и четвертого транзисторов подключены к первому и второму выходам входного каскада, а также цель отрицательной обратной связи, включенной между коллекторами первого и второго транзисторов и дополнительным входом входного каскада, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при расширении диапазона питающих напряжений, между первой шиной источника питания и вторым выводом второго токоограничивающего резистора введен стабилизатор напряжения, входной каскад выполнен на пятом и шестом транзисторах, имеющих разную структуру и включенных по схеме с общим эмиттером, коллектор шестого транзистора является первым выходом входного каскада и через цепь

I 4(Н>72:3 (2 !

Т;,<

1 (24 — () «> < ( б бход

Г ( (1 (/ — И йыхоР l8 >з

-En«m юг 1 (:мещения 0«ñдин H с вых«д«м ис!Очипка

t OK3 ЯВ,<ЯК)НСИ МСЯ ВТОРЫМ 15ЫХОДОМ ВХ«ДНОI Î каскада, 15х«;1Ом кОтор«! «я В„ 1я<. т(я <);1.53 пятого транзистора, соединенная через псрВЫ и р(. 5!i стор ба <«ВО! О < XI<. Iu(E! IIH С ВЫКОдОМ фИЛЬТра НИЖНИХ <ас ГOT ВХОД КОТОРОГО II« 1h.lK)ч H h II<. ()BoЙ Ill èíñ исTo Iник«пит!)Иия, IlPHЧ M l1< ТО><НИh Тока ВЫПО,III(. Н f13 fihIXO,СНОМ тра из и ст() рс, к<).1л(кто () кото()«Г() я B.1 я<. т< я

f5hI XO;l0X1 l1(ТОЧ H!IK3 1 0K 1, ЭМ IITT<>() ЧС ()С .5 ГОКОзадак>!ций резистор с0(. l!1H(. н с ll(рвой шиной источника пит(!Иия,,) ()3.53 чс рез транзистор в ди«дном включении, нмск>щсм

СТР > hTX Р > 15Ь!ХОДНОГО Т!)ВНЗИСТОРВ, С(>ЕДИН(H3 втор«и нп<н«и ист «и ника IIII I анин, ба«3 выходнс>го трын 5истора чс рез втор«и резисTO() ()3зОв(>ГО 0М< н(СИИЯ 110 !К. IK>×<. на К базе

IIHTol тр;IH«èñ Гор<1, чс рез гок««алак>!ций

Э, 1ЕМС НТ h ЭМИ ГТС Р > Hi(.ÑТОГО Г()при,+ (ння, к к«т«р««!у через рсзи(т«р коллеhl «()H«11

I ру:<кн IIO ск.!К> ц ны коллс кт«р и t)II«I О и шс стог« транзист« >«В с«« 15< I«l щ нн«, Ilðè

9 Г О М э М н Г 1 <.> () 11 H 1 « I «Г р I I I . 5 и С l О р а Я f5. 1 sI ("1 <. Я

i«It«, Ií HT(Xt t Ht>IXI 15X0 10Ì вх«дн«! О Каска.lа и <>срез ()(.<исгo() 0()()31 ш)и сBH 5И с«(динен, Вт«Р«й lllliH«il нсT« IHHh3 illll <ния, и к«ГОРОЙ

lIO 1КЛК)и«и><>1><1«<с«тем.

Ч О < 1<1би,1И 5<1T<)() н 1tlряжс ИИЯ ВЫIIO, IH(. II на > Il Ра В, IHÍ ) Н<(<>! I () <. l<) Ill< <1 01 () <> hI x ру Il< рв«! « t р;)нзн(1(>(>м, ВГ«р«м, третьем, четвертом дополните IhHhlx транзисг«рах. Имек>щих другуlo структуру, и первом, втором Третьем, ч TB(ртом, пятом, шестом, с ЕдЬЧОЛ1, ВОСЬМОМ рЕЗИСтОра Х, ПЕРВОМ, ВтОрОМ к«н,<с H(атор«х. при этом эмиттер и коллек5 тор управляк>щего транзистора являются соотвс тствен но входом и выходом стабилиз3Tор3 напряжеHèÿ, эмиттеры первого, вто()«l«, третьс Io, четвертого транзисторов подк IK)H< ны к общей шине, коллекторы первого

tO и че!в(ргого дополнительных <ранзисторов сос и!!нны с базами второго и третьего дон>лнит<, ьных транзисторов, коллекторы коIoðt tx обьединены, при этом между коллек-!

Ором управ.!яю!цег0 транзистора и общей шиной Включены последовательно соединенные нсрвый и второй р«зис<оры, а также тре)ий и ч< твертый резисторы, точки соединения

Ко I0ðûx H0,lêëþ÷åíû и базам соответственно пс р<50!.О и четверi«i î .10!И>лнительных тран:<ис!Ор«в, коллекторы которых через пятый и п<ес!Ой ре:<исторы подклк>чены соответственн« h K«лл KIOp) и эмиттер< управляющего

It), )пни< тора, база K«To(>ol0 чсрез седьмой и ьч>с мои рс зист«ры подклк)чены к эмиттеру it(>»5.tsIê>IItåão тр«н 5tt(ropa и объединенным к«ллск Орам второг« и гретьег«до!н>лни2.> I «.it>íht х транзисторов соответственно, причем ll((вый конденсат«р вклк>чен между кол. I (K l «() O Xt X I I () 3 B.II sI K> I It<. Г» т (>;1 н з и с TO p 3 H об)нн и !и,!ной, а в!ор«й к<я<.!снсатор Вклк)чен

>! < A<,1>, K0, l. l(KГ<) р<>м !1 ба:5ой pï ð3 â т Я к) пс(>l 0 ! раil!H< 1«ра.

1406723 хо2

Фиг. Z

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Редактор Л. Повхан

Заказ 3204/51

Составитель И. Водяхина

Техред И. Верес Корректор И, Зрдейи

Тираж 928 Подписное