КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в силовых полупроводниковых усилителях.
Важным фактором снижения потерь является уменьшение падения напряжения на силовом ключе, которое определяет статические потери. Создание силовых полевых транзисторов данную проблему решает только частично. Дело в том, что при той же площади кристалла биполярный транзистор, не менее чем в пять раз, может пропускать больший ток нагрузки чем полевой транзистор. Именно по этой причине, самое широкое применение нашли составные транзисторы с использованием биполярного транзистора как основного с подключением к нему полевого транзистора как вспомогательного. Такие ключи хорошо работают в схемах на сотни вольт, так как в этом случае «падение» в два и более вольт не так существенно. При питании от единиц и десятков вольт такие ключи уже не удовлетворяют современным требованиям. В этом случае применяются силовые ключи на составных биполярных транзисторах с источником смещения, присоединяемого между коллекторами основного и вспомогательного транзисторов.
Известен ключевой усилитель мощности (см. Авторское свидетельство №1427530 от 12.01.1987 г.) используемый в этих применениях и являющийся ближайшим прототипом предлагаемого усилителя.
Цель предложения - повышение КПД устройств на ключевых усилителях мощности. Для этого о составном транзисторе, составленном из основного и вспомогательного транзисторов, между коллекторами которых включен источник смещения с использованием высокочастотного трансформатора, а между базой вспомогательного транзистора и коллектором основного транзистора включены два последовательно соединенных диода, причем к базе основного транзистора присоединены эмиттерами два вспомогательных транзистора, коллектора которых через отдельные обмотки высокочастотного трансформатора соединены с коллектором основного транзистора, причем к базе каждого вспомогательного транзистора присоединено по дополнительной обмотке, общая точка которых подключена к источнику управляющего сигнала, а базы вспомогательных транзисторов соединены с коллектором основного транзистора через диод и последовательно соединенные с ним два диода, каждый из которых соединен с базой одного из вспомогательных транзисторов.
Схема предлагаемого ключевого усилителя мощности представлена на фигуре 1, где обозначено:
1 - основной транзистор;
2 - вспомогательные транзисторы;
3 - высокочастотный трансформатор;
4 - диоды обратной связи.
Работает схема следующим образом:
упр
При поступлении управляющего сигнала U. плюсом на базы, а минусом на эмиттер ключ открыт.
3
4
При этом если на обмотках высокочастотного трансформатора 3 имеется положительный потенциал на началах (точках), то ток управния протекает через обмотку w, а через обмотку w ток не протекает за счет встречного действия напряжения на ней, по отношению к управляющему сигналу.
1
4
3
2
I
II
Источником смещения служит при этом напряжение на обмотке w, ток через которую протекает через вспомогательный транзистор 2 и базу-эмиттер основного транзистора 1. Диоды 4 и 4 регулируют ток базы вспомогательного транзистора 2 до величины достаточной и необходимой для работы основного транзистора 1 в режиме насыщения. При изменении полярности напряжений на обмотках высокочастотного трансформатора 3 ток управления протекает через обмотку w и не протекает через обмотку w. Включается другой вспомогательный транзистор и ток управления основным транзистором 1 протекает через обмотку w. Регулирование этого тока осуществляется обратной связью на диодах 4. Далее процессы повторяются. При изменении полярности управляющего сигнала, эмиттер-базовые переходы основного и вспомогательного транзисторов смещаются в обратном направлении и транзисторы переходят в область отсечки. Ключ выключается.
упр
3
4
1
2
Поскольку напряжение U больше напряжения на дополнительных обмотках w; w, транзисторы 1 и 2 находятся в области отсечки независимо от полярности напряжений на обмотках высокочастотного трансформатора 3. Из-за отсутствия диодов, напряжение на обмотках w и w можно выбирать меньше примерно в два раза, а следовательно требуемая мощность высокочастотного источника уменьшается в два раза.
Кроме того, при коэффициенте усиления по току основного транзистора около десяти и соотношении падений на диоде и силовом ключе как пять к одному, статические потери в ключевом усилителе мощности уменьшаются на одну треть.
упр
3
4
Уменьшается и мощность источника управления U за счет согласного поочередного действия напряжений на w и w во включенном состоянии ключевого усилителя мощности.
При гибридно-интегральном исполнении ключевого усилителя мощности, основной транзистор целесообразно выполнять на ряде параллельно включенных кристаллов, а вспомогательные транзисторы на таких же единичных кристаллах. При этом диоды обратной связи можно выполнять на базо-коллекторных переходах аналогичных кристаллов. В этом случае все параметры структур будут почти идентичны и практически реализуется снижение падения напряжения на открытом ключевом усилителе мощности с 1,5÷2 вольт до 0,4÷0,2 вольт.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Авторское свидетельство SU №1427530 А1 от 12.01.87 г.
2. Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю.И.Конева. Вып.15. М.: Сов. радио и связь, 1985 г., с.194-195.