Устройство для защиты усилителя мощности

(5) 4 Н СПИ Н АВТО ИЕ ИЗ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ этом первые выводы первого и второгорезисторов предназначены для подключения к третьему выходу блока питания,первый вывод третьего резистора предназначен для подключения к шине нулевого потенциала, вторые выводы второго и третьего резисторов соединеныс вторым входом фильтра, выход которого через компаратор подключен кпервому входу элемента ИЛИ, второйвход которого соединен с выходом датчика импеданса нагрузки выходногосигнала Усилителя, а выход -, с входом 4.А.Лыыбас реле 2. Устройствомощности по п.1,с я тем, что элемент ИЛИ снабжентретьим входом, и введен датчик постоянной составляющей выходного сигнала усилителя, вход которого подключен к замыкающему контакту переключателя, а выход - к третьему входуэлемента ИЛИ3. Устройство для защиты усилителя мощности по пп, 1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что элемент ИЛИ снабжен четвертым входом,и введен датчик температуры, предназначенный для установки на радиаторах транзисторов усилителя, выходкоторого соединен с четвертым входомэлемента ИЛИ.4. Устройство для защиты усилитея мощност и ч а ю щ е И снабжен п тчик режима значенный д и введен ния, предния к его орого соединта ИЛИ. тым вхо о ока пит подилюч ыход ко ом элем входным цел нен с пятым м,вхо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 328827, кл. Н 02 Н 7/20, 1972.2. Патент США В 3898532,кл. 317-31, 1974,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫУСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ, выполненного подвухтактной схеме на транзисторах, эмиттеры которых через эмиттерные резисторы подключены к выходному выводу,базы соединены с выходами предварительного усилителя, а коллекторы -соответственно с первым и вторымвыходами блока питания, снабженноготретьим выходом, содержащее ограничитель тока транзисторов, выходы которого предназначены для подключения кбазам транзисторов, а вход - дляподключения к выходному выводу исоединен с замыкающим контактом переключателя, управляемый контакт кото"рого предназначен для подключениянагрузки усилителя, вход управленияуправляемого контакта соединен с выходом реле времени, вход которогосвязан с выходом датчика импедансанагрузки, входы которого предназначены для подключения к эмиттерамтранзисторов, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью повьппения надежности, введены первый, второй итретий резисторы, фильтр, компаратор и элемент ИЛИ, а переключательснабжен размыкающнм контактом, соединенным с первым входом фильтра и вторым выводом первого резистора, при для защиты усилителя отличающееопп. 1,2 и 3,оте с я тем, что элемеИзобретение относится к электро-,технике и может быть использовано ввысококачественных усилителях мощности низкой частоты., Известно устройство для защиты 5усилителя мощности. Это устройствозащищает усилитель только от кратковременного замыкания нагрузки 11.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для защиты усилителя мощности, выполненного подвухтактной схеме на транзисторах,эмиттеры которых через эмиттерныерезисторы подключены к выходномувыводу, базы соединены с выходами 15предварительного усилителя, а коллекторы - соответственно, с первыми вторым выходами блока питания,снабженного третьим выходом, содержащее ограничитель тока транзисторов, 204,выходы которого предназначены дляподключения к базам транзисторов,а вход предназначен для подключенияк выходному выводу и соединен с за. мыкающим контактом переключателя, 25управляемый контакт которого предназначен для подключения нагрузкиусилителя, а вход управления соединен с выходом реле времени, входкоторого связан с выходом датчика З 0импенданса нагрузки, входы которогопредназначены для подключения кэмиттерам транзисторов 12 .Однако и это устройство не обеспечивает высокой надежности приэксплуатации усилителя. Это связанос тем, что в случае долговременногокороткого замыкания нагрузки устройство работает в релаксационном режиме, периодически подключая выход 40усилителя к короткозамкнутой нагрузке, вследствие чего через коммутирующий элемент и оконечные транзисторы протекают многократно повторяемые импульсы тока. 45Цель изобретения - повьппение надежности усилителя мощности низкойчастоты.Поставленная цель достигается тем. что в устройство для защиты усилите ля мощности, выполненного по двухтактной схеме на транзисторах, эмиттеры которых через резисторы, подключены к выходному выводу, базы соединены с выходами предварительного усилителя, а коллекторы - соответственно с первым и вторым выходами блока питания, снабженного третьим выходом,содержащее ограничитель тока транзисторов, выходы которого предназначены для подключения к базам транзисторов, а вход - для подключеня к выходному выводу и соединен с замыкающим контак. том переключателя, управляемый контакт которого предназначен для подключения нагРузки усилителя, а вход управления управляемого контакта соединен с выходом реле времени, вход которого связан с выходом датчика импенданса нагрузки, входы которого предназначены для подключения к эмиттерам транзисторов, введены первый, второй и третий резисторы, фильтр, компаратор, элемент ИЛИ, а переключатель снабжен размыкающим контактом, соединенным с первым входом фильтра и вторым выводом первого резистора, при этом первые выводы первого и второго резисторов предназначены для подключения к третьему выходу блока питания, первый вывод третьего резистора предназначен для подключения к щине нулевого потенциала, вторые выводы второго и третьего резисторов соединены с вторым входом фильтра, выход которого через компаратор подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом датчика .импенданса на" грузки выходного сигнала усилителя, а выход - с входом реле.Элемент ИЛИ может быть снабжен третьим, четвертым и пятым входами, при этом в устройство могут быть введены датчик постоянной составляющейвыходного сигнала усилителя, входкоторого подключен к замыкающемуконтакту переключателя, а выход - ктретьему входу элемента ИЛИ, датчиктемпературы, предназначенный дляустановки на радиаторах транзисторовусилителя, выход которого соединенс четвертым входом элемента ИЛИ, идатчик режима блока питания, пред"назначенный для подключения к еговходным цепям, выход которого соединенс пятым входом элемента ИЛИ.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для защиты усилителя мощности; на фиг. 2 - вариант выполнения ограничителя тока транзисторов оконечного каскада, на фиг. 3 - вариант выполнения датчика импеданса нагрузки, на фиг. 4- вариант выполнения блока питания;на фиг. 5 - вариант выполнения11794здатчика постоянной составляющей выходного сигнала усилителя; на фиг. 6 - вариант выполнения датчика температуры; на фиг. 7 - вариант выполнения датчика режима блока питанияф на фиг. 8 - вариант выполнения реле времени.Устройство состоит из усилителя 1 мощности, источника 2 питания датчика 3 температуры, определяющего 10 наличие превышения температуры.теплоотводящего радиатора над определенным значением, датчика 4 постоянной составляющей сигнала, определяющего наличие постоянной составляющей 15 больше определенного уровня, датчика 5 режима блока питания, определяющего выключенное положение источника питания 2, мостовой схемы 6, нагрузки канала усилителя 7, фильтра 8, . 20 компаратора. 9, реле времени 10 и эле. мента ИЛИ 11. Вместо элемента"ИЛИ 11 может быть использовано так называемое монтажное ИЛИ, Канал усилителя мощности .1 состоит из предусилителя 25 12, составных транзисторов 13 и 14 оконечного двухтактного каскада, работающих по схеме с общим коллектором, резисторов 15 и 16, включенных в эмиттерные выводы транзисторов око-З 0 нечного каскада, ограничителя 17режимов работы оконечного каскада, переключателя 18 нагрузки и датчика 19 импеданса нагрузки. Мостовая схема 6 состоит из резисторов 20, 21 и 22. Шина нулевого потенциала обозначена позицией 23. Фильтр 8 служит для фильтрации помех, возникающих вследствии электромагнитных полей или при использовании нагрузки 7 в виде электроакустического преобразователя (громкоговоритель), который может работать и как акустоэлектрический преобразователь, преобразуя акустический фон в электрическую помеху. Реле времени 10 обладает следующей функцией работы: имеет два положения, в одном из которых. может находиться неопределенно долго, а.при поступлении сигнала "1 ф на вход элемента он переходит в другое - квазистабильное состояние, в котором фиксируется на определенное время, которое начинает отсчитываться .после прекращения сигнала "1" на входе элемента.Устройство для защиты усилителямощности работает следующим образом. 77При подключении устройства к сети питания переменного тока с источника питания 2 поступает напряжение питания на все элементы защиты. Элемент 10 задерживает при помощи переключателя 18 подключение нагрузки 7 к выходу оконечного каскада усилителя. Во время этой определенной задержки оканчиваются переходные процессы в цепях питания и сигнальных цепях. При этом нагрузка 7 является подключенной при помощи переключателя 18 к мостовой схеме 6, на выходе которой вырабатывается сигнал рассогласования, поступающий через фильтр 8 на компаратор 9. Если импеданс нагрузки 4 7 меньше определенного значения, то компаратор 9 вырабатывает сигнал "1", который через элемент ИПИ 11 поступает на вход элемента 10 фиксируя его в таком состоянии, когда нагрузка 7 остается подключенной к измерительному мосту 6. В качестве напряжения питания мостов Ом может использоваться либо напряжение постоянного тока, либо последовательность однополярных импульсов. Если импеданс нагрузки 7больше определенной величины, компаратор 9 вырабатывает сигнал "0" и о истечении времени задержки, при отсутствии сигналов "1" элементов 3, 4 и 5 реле времени 10 переходит в устойчивое положение и управляемый при помощи его переключатель 18 подключает нагрузку 7 к выходу око-нечного каскада усилителя мощности. Датчик 3 контролирует постоянно температуру радиатора, на котором установлены транзисторы 13 и 14. При определенном значении температуры датчик 3 выдает сигнал "1" через элемент 11 на элемент 10 и при помощи переключателя 18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каскада, при этом уменьшается энерговыделение в оконечных транзисторах и температура радиатора падает до определенного значения, при котором элементы 3, 11, 10 и 18 возвращаются в прежнее состояние и снова подключается нагрузка 7 к выходу усилителя мощности. Таким образом, осуществляется защита оконечного каскада усилителя мощности от теплового пробоя.Датчик 4 контролирует наличие постоянной составляющей на выходе усилителя и при превышении ее определенного значения выдает сигнал "1"1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 через элемент 11 на элемент 10 при помощи переключателя 18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каскада, При восстановлении нормального уровня постоянной составляю. щей на выходе оконечного каскада устройство защиты переходит в прежнее состояние - режим работы. Таким образом осуществляется защита нагрузки 7 от нарушений внутренних режимов работы усилителя мощности. Во время работы усилителя может возникать уменьшение импеданса нагрузки 7 или ее короткое замыкание. В таком случае в оконечных транзисторах 13 и 14 могут возникать большие импульсные токи, для предотвращения этого в системе защиты имеются элементы 17 и 19, резисторы 15 и 16. Резисторы 15 и 16 служат датчиками тока и сигнал с них поступает в элементы 17 и 19, При определенном мгновенном значении тока че" рез транзисторы 13 и 14 включается ограничительный элемент 17, который за счет отбора базовых токов транзисторов 13 и,14, вырабатываемого предварительным каскадом 12, ограничивает мгновенное значение тока транзисторов 13 и 14 областью предельно допустимых значений, Одновременно напряжение на выходе оконечного каскада и сигнал, пропорциональный току оконечного каскада, поступает на датчик 19, который за счет этого реагирует на уменьшение импеданса нагрузки 7 меньше определенного значения, выдает сигнал "1" через элемент 10 и при помощи переключателя 18 отключает нагрузку 7 от выхода оконечного каскада. При этом устройство защиты переходит в положение контроля нагрузки и при измерении нагрузки 7 определя" ет подключение или неподключение нагрузки 7 к выходу усилителя, При восстановлении нормального импеданса нагрузки система защиты возвращается в прежнее состояние - режим работы. Таким образом осуществляется однократное протекание импульса аварийного тока через контакты переключателя 18 и оконечные транзисторы 13 и 14, причем величина этого тока оказывается ограниченной по мгновенному значению. При отключении блока питания 2от сети питания переменного тока вцепях питания и сигнальных цепяхусилителя мощности возникают переходные процессы. Для предотвращенияпроникания этих процессов в нагрузку 7 имеется датчик. 5, на который поступает от источника питания напряжение переменного тока Н .Прииотсутствии этого напряжения, а этовозможно при отключении источникапитания 2 от сети переменного тока,датчик 5 вырабатывает сигнал "1",который при помощи элементов 11, 10и 18 производит быстрое отключениенагрузки 7 от выхода усилителя мощностиУзлы и элементы 2, 3, 4, 5, 1 О, 17 и 19 могут быть выполнены по известным схемам. На фиг. 2-8 приведены примеры возможных выполнений указанных узлов и элементов.1Одна из схем реализаций ограничителя 1 режима работы оконечного каскада приведена на фиг. 2. Ограничитель 17 состоит из двух резисторов 24 и 25, двух диодов 26 и 27 и двух стабилитронов 28 и 29. Резисторы 24 и 25 определяют рабочий ток через стабилитроны 28 и 29, а ключевые элементы на диодах 26 и 27 открываются в случае, если суммарное падение напряжения на переходе базаэмиттер транзисторов 13 и 14 и на резисторах 15 и 16 превышает напряжение стабилизации стабилитронов 28 и 29. Таким образом, ограничивается падение напряжения на резисторах 15 и 16 и тем самым мгновенное значение тока через оконечные транзисторы 13 и 14. Одной из реализаций датчика 19 импеданса.нагрузки можетбыть схема, приведенная на фиг. 3.Датчик 19 содержит резисторы 30,31 и 32 и диоды 33 и 34, накопительный конденсатор 35, ключ на транзисторе 36, а также формирующую цепьна резисторах 37-40, транзисторе41 и конденсаторе 42. При подключении нагрузки 7 при помощи коммутирующего элемента 18 к выходу усилителя образуется мост, который состоит из резисторов 30, 31 и 32, диодов33, 34, и импеданса нагрузки 7, Этотмост питается напряжением. сигнала свыхода усилителя мощности, диоды 33и 34, включенные в состав моста, пред7 1179назначены для формирования однополярного, независящего от полярности питания моста, напряжения разбалансамоста, которое накапливается на конденсаторе 35. При разбалансе моста,в случае уменьшения импеданса нагрузки 7 меньше определенного значения происходит открывание ключа 36и формирование сигнала "1" на выходедатчика 19 относительно общего вывода 23,Блок питания 2 может быть реализован на простой двухполупериодной двухполярной выпрямительной схеме, какпоказано на фиг. 4, с использованием 15включателя сети 41, транзистора 42,выпрямительного моста 43 и накопительных конденсаторов 44 и 45. Напряжения на выходах блока питания2, вырабатываются относительно общего вывода 23. При этом в качественапряжения И, питания мостовой схе.мы 6, может быть использовано одноиз выпрямленных напряжений (+Оплибо -П), а в качестве сигнала -Ппдля датчика 5 режима источника питания - напряжение вторичной обмотки трансформатора 42.Датчик 4 постоянной составляющейсигнала может быть выполнен, как показано на Фиг. 5. Датчик 4 состоитиз фильтра 46 низких частот и порогового элемента 47, реагирующегона абсолютную величину сигнала, по"ступающего на его вход. При появлении постоянной составляющей сигналалюбой полярности больше порога срабатывания порогового элемента 47происходит вырабатывание сигнала "1"на выходе.40Одна из схем реализаций датчи-.ка 3 температуры, как показано нафиг 6, может содержать преобразователь 48 температура . - напряжение.и пороговый элемент 49.При поступлении от преобразователя 48 напряжения больше порога срабатывания порогового элемента 49,на выходе его вырабатывается сигнал11 111 , при снижении напряжения на выходе преобразователя 48 меньшенапряжения отпускания порогового элемента 49 , на выходе е го выраб атыв ае тся сигнал "0" . Таким образом напряжениям срабатывания и отпуска- .55ния порогового элемента 4 9 с оответствуют два характерных значениятемпературы , которые и определяют. 477 8функцпо работы датчика 3 температуры.Датчик 5 режима блока питания может бьггь реализован как показано нафиг. 7. Он содержит однополупериодный выпрямитель с малой постояннойвремени на диоде 50 и конденсаторе51, а также цепь смещения на резисторах 52 и 53. При присутствии навходе датчика 5 переменного напряжения "У конденсатор 51 заряжаетсячерез диод 50 отрицательной полярностью, и на выходе датчика 5 присутствует сигнал "0". При отсутствиина входе переменного напряженияПп вырабатывается на выходе сигнал 1 .Одна иэ реализаций реле времени10 показана на фиг, 8. Он содержитключевой элемент на резисторе 52,диоде 53 и транзисторе 54, времязадающей цепи на резисторе 55 и конденсаторе 56, второй ключевой элемент на транзисторе 57 и обмоткаэлектромеханического реле 58,При присутствии сигнала "0" навходе первого ключа, когда он закрыти при включении питания +Уй., второйключевой элемент на транзисторе 57включает обмотку реле 58 под напряжение по истечении определенного вре.мени, что необходимо для заряда конденсатора 56 через резистор 55 донапряжения срабатывания второго клю"ча. При поступлении сигнала "1" навход первого ключа происходит открывание его и быстрый разряд конденса"тора 56, вследствие чего закрываетсявторой ключ и обесточивается обмоткареле 58.1Благодаря введению новых признаков в устройство защиты обеспечивается повьппение надежности работыустройства. Надежность устройства вбольшой степени зависит от износоустойчивости контактов переключателя и наличия функции контроля нагрузки, независящий от усилителямощности и сигнала на его выходе,позволяет уменьшить число коммутационных циклон переключателя до од"ного за период времени режима корот.кого замыкания и, следовательно,при долговременных замыканиях нагрузки усилителя мощности ( 1 мин)не происходит использования ресурсаизносоустойчивости контактов переключателя. Это позволяет по сравне.9 1 нию с известными устройствами для защиты повысить срок службы контактов переключателя в 10-1000 раз, Наличие в устройстве элемента ИЛИ позволяет легко подключить в устройство различные датчики, контролирую 179477 1 О щие состояние усилителя мощности иблока питания, что предотвращает необратимые процессы, внутри усилителя мощности, а такжеболее успешно защищает нагрузкуусилителя.ая на илиал ППП. "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ВНИИП п 3035, ИТираж 620 И Государственног делам изобретений ква, Ж, Раушск Подписиитета СССРрытийд. 4/5