Усилитель мощности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ае ао САНИЕ ИЗОБРЕТОРСНОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ О А да - ходэтом ого динения ного а анод второго д -п-р-транзистора ьного каскада, п ния первого и втена к точке сое ранзисторов выхо о каскада.. транзистора,с эмиттером рного уснлителточка соединдиодов подключколлекторовусилительног ти п 1 2.личлью стпар аллчена цдиненнмеждуточкойнительсвязьвыходи т мосн дополтепловую транзист каскада. З.усилитель мощности по п.2,о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, база каждого транзистора выходного усилительного каскада соединена с коллекто ром соответствующего транзистора вход ного усилительного каскада через введенный дополнительный транзистор ., той же структуры, что и транзистор выходного усилительного каскада, включенный по схеме с общим коллектором, причем коллекторы введенных иопептранзисторов соединены нительныхс общей вин АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР 9663073, кл. Н 03 Г 1/34, 1979.2. Патент СА 14160216,кл. Н 03 Г 3/26, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСИЛИТЙЛЬ 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 эмиттер 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-и- структуру, 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 фоединенц 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-па ю щ я й я тем, что, с цеабипиэацин ачального тока, ельно каждому из диодов вклюепочка из последовательно соецх первого и второго резисторо точкой соединения которых и соединения диодов введен ный диод, имеющийс соответствующим ором ого усилительного123092 2 5 10 15 20 25 Однако известные усилители мощ" ности обладают достаточно высокиМ 3 уровнем нелинейных искажений.Цель изобретения - снижение нелинейных искажений и стабилизация начального тока.Цель дестигается тем, что в уси" лителе мощности, содержащем входной усилительный каскад, выполненный на транзисторах, имеющих п-р-п и р-п-р-структуру, включенных по схеме с. общим эмиттером, причем ф эмиттерц п"р-и-транзистора и эмиттер р-и-р-транзистора соединены через генераторы тока с соответствующими шинами источника питания, а между собой через последовательно соеди ненные 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 вьаодом усилителя мощности, а баэц транзисторов одной структуры 401Изобретение 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 Ц.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, амежду собой через последовательно соединенные первый и второй диоды, 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 121 . каждого плеча выходного усилительно" го каскада соединены с коллекторами транзисторов другой структуры входного усилительного каскада, катод первого диода соединен с змиттером п-р-п-транзистора, а 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 долнитеьный 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 транзисторовто 3 11 и 2, причем напряжения прямосмещенного эмиттерного перехода каждого транзистора 1 и 2 с соответствующего диода имеют приблизительно оди. наковую величину и различны пополярности, сумма падений напряжений между входом и вьмодом усилителя мощности в идеальном случае равна нулю, чем достигается отсутствие"ступенек" и разрывов вблизи нулевого уровня вьмодного напряжения,т.е. повышается температурная стабильность,С другой стороны, такое включение диодов 9 и 1 О в цепь эмиттеракаждого иэ входиьм транзисторов1 и 2 обеспечивает компенсациюизменения коэффициента усиленияэтих транзисторов 1 и 2 в процессеФормирования мгновенных значенийвыходного напряжения за счет изменения дифференциал ного значениясопротивления г (25 мВ).ЪДействительно, в случае подключенияк базе транзистора усилителя собщим эмиттером некоторого источникасигнала с внутренйим сопротивлением6; его коэффициент усиления определяется соотношениемР 9 нК-. ) .(1)й;+ъ+1)Сгэ+йъ)где 9 Н всопротивление нагрузкив коллекторной цепи;1 э - сопротивление в эмиттернойцепи,Если Р;.сс РН 1 зйэ), а 8 з =О,l Это означает, что коэффициент усиления прямо зависит от тока че" рез транзистор. Это обстоятельство обуславливает весьма ощутимый рост коэффициента нелинейных искажений, который не удается ликвидировать полностью за счет отрицательной обратной связи, поскольку она является принципиально запаздывающей. Отмеченный недостаток устраняется тем, что при работе каждого из транзисторов 1 и 2 предлагаемого усилителя мощности включенные в их эмиттерные цепи первый и второй диоды 9 и 10 изменяют свое дифференциальнее сопротивление противополоа 123092 4 ным образом по отношению к диАференч- циальным сопротивлениям транзисторов 1 и 2. В результате этого сумма дифференпиальньм сопротивлений и эмиттерньм целях 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 виде9 нЙ Ф1) гг) 15где Гэ и Р - соответственно дифференциальные сопротивления транзисторов 1 илн 2, первого 9 иливторого 10 диодов которые в процессе работы имеют равный и про тивоположные приращения, т.е.гэ 1 ф г ф СОО 5Напряжения прямо смещенньм эмит, терного перехода транзистора 1 и 25диода 9 имеют приблизительно одинаковую величину и различны по полярности, что обеспечивает выравнивание потенциалов между входоми вьмодом, а такае уменьшение дрей.Фа нуля, т.е. повышение температурЬной стабильности.Обеспечение постоянства заданного начального тока при саморазогреветранзисторов 5 и 3, а также при изменениях окружающей температуры 35. достигается за счет дополнительныхдиодов 13-1 и 13-2, имеющих тепловуюсвязь с транзистором 3. Изменениепрямого падения напряжения на дополнительном диоде 13-1 под действием 40 вариации температуры его перехода, передается в цепь эмиттера транзйстора 1, компенсируя гемпературный дрейфнааряаений база-эмиттер транзисторов5 и 3. Величина сигнала компенсации 45 определяется соотношением резисторов11-1 и 12"1 и зависит от конструкцииусилителя.Механизм стабилизации начальноготока транзистора 3 состоит, таким 50 образом, в следующем. После подачина усилитель напряжения питания температура кристалла транзистора 3начинает увеличиваться за счет мощности, рассеиваемой на его коллектор ном переходе. Повышение температурыкристалла обуславливает уменьшениенапряжения база-эмиттер транзистора3 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 3-1 5 и, соответственно, уменьшение на нем прямого падения напряжения. Уменьшение этого напряжения обуславливает снижение тока через транзистор 1- и, следовательно, уменьшение базовых токов транзисторов, 5 н 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 резисторами 1и 112, при отработке конструкции усилителя. Это соотношение в 25 последующем (в процессе производства) остается неизменным.Основной причиной нелинейных искажений является изменение параметров транзисторов в процессе Фор- ЗО мирования выходных напряжений. Од" ним иэ таких параметров, определяющих изменение коэффициента усиления, является дифференциальные сопротивления эмиттевного переходасоее(1 Э - ток через эмиттерньй переход); .яв. ляющиеся функцией тока э, который в свою очередь, зависит от амплиту" ф ды входного напряжения (напряжение на баэо-эмиттериом переходе транзистора). В предлагаемой схеме изменения сопротивления г транзистора 1 компенсируются протйвоположньщи изменениями дифференциального со"- противления г первого диода 9, в . результате чеГо величина эквивалентного сопротивления в цепи эмиттера транзистораизменяется сущест-.О венно меньше, чем у несимметричного каскада с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. Действительно, пусть на базе транзистора 1 имеет место увеличение входного 5напряжения, в результате чего возрастает ток эмиттера 3 и дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора 1 уменьшаЪтся.Благодаря этому происходит перераспределение тока генератора 7 тока,т.е. происходит увеличение токачерез эмнттерныйпереход транзистора1 и уменьшение тока на такую же величину через первый диод 9, дифференциальное сопротивление которого врезультате увеличивается, Следовательно, суммарное сопротивлениев эмиттерной цепи транзистора 1,которое определяет. коэффициент усиления каскада на транзисторе 1, остается практически постоянным. Аналогичная ситуация имеет место придействии сигнала со сторЬны анодапервого диода 9 при работе петлиотрицательной обратной связи, обеспечивающей близкий к единице коэКжциент передачи по напряжению со входа на выход усилителя мощности.Использование дополнительноготранзистора 5, на котором выполненэмиттерный повторитель, той же проводимости, что и транзистор 3, обеспе-.чивает определенность задания режиматранзисторе 1 по току, посколькупадение напряжения на резисторе 14задается суммой напряжений базаэмиттер транзисторов 5 и 3, аэто, в свою очередь, дает возможность повысить промышленную воспроиэводимость,Эффект 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 чрезвычайно 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 неизменным при изменении температуры кристаллов транзисторов на 100-150 С, в третьих, практически не требуется регулиров1123092 Составитель Н. ДубровскаяП. Коссей Техред З.Палий КорректорВ. Гирняк,еда Заказ 8154/43 Тираж 86 1ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушс П ное тета СС ткрытий ая на Филипп ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ки усилителя и подгонки номиналовего элементов, в четвертых, в минимизации эффекта "транзисторного звучания", так как коэффициент нелинейных искажений почти не зависит отамплитуды и частоты усиливаемогосигнала в рабочей полосе частотот 0 до 20000 Гц.5