Високовольтний операційний підсилювач з захистом від перевантажень

Корисна модель відноситься до радіоелектроніки, зокрема, до підсилювальної техніки і може бути використана як операційний підсилювач для електронних сельсинів, де потрібна висока вихідна напруга і захист від перевантажень вихідного каскаду. Відомий підсилювач потужності [В.С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., Энергия., 1980г., стр.33, рис.2-8, б], що містить операційний підсилювач, вихідний каскад на чотирьох транзисторах, два каскади попереднього підсилення на двох транзисторах, баластовий резистор, два резистори негативного зворотного зв'язку для одержання необхідного коефіцієнта підсилення, два резистори, використовувані як датчики струму, і два транзистори для забезпечення захисту підсилювача потужності від струмових перевантажень. Недоліком аналога є велика потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду при струмових перевантаженнях. Це пояснюється тим, що під час струмових перевантажень, струм через вихідні транзистори зменшується, але його величина залишається постійною, поки існує зменшення опору навантаження нижче гранично припустимого. При цьому і потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду залишається великою, що є неприйнятним при тривалій безупинній роботі підсилювача потужності. Найбільш близьким по технічній сутності до запропонованого високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень є високовольтний операційний підсилювач [Технічний опис субблока ИЗУТ7, книга 27256, частина II, стор.20], що містить операційний підсилювач, два транзистори каскадів попереднього підсилення, колектори цих транзисторів з'єднані з базами транзисторів вихідних каскадів і через навантажувальні резистори підключені до позитивної і негативної шин живлення, бази цих транзисторів через резистори зсуву підключені до позитивної, негативної і загальної шинам живлення, при цьому емітери вихідних транзисторів з'єднані з позитивною і негативною шинами живлення, а колектори вихідних транзисторів з'єднані між собою і підключені до виходу високовольтного операційного підсилювача і до одного виводу резистора загального негативного зворотного зв'язку, другий вивід цього резистора підключений до інвертувального входу операційного підсилювача і через резистор - до входу високовольтного операційного підсилювача, неінвертувальний вхід операційного підсилювача підключений до загальної шини, виводи позитивного і негативного джерел живлення операційного підсилювача через резистори підключені до позитивної і негативної шин живлення і через стабілітрони підключені до загальної шини, а між виходом операційного підсилювача і емітерами транзисторів каскадів попереднього підсилення підключені транзистори за схемою з загальним емітером, при цьому бази цих транзисторів з'єднані між собою і виходом операційного підсилювача, емітери цих транзисторів з'єднані між собою і через резистори місцевого негативного зворотнього зв'язку з'єднані з виходом операційного підсилювача і з загальною шиною, а колектори цих транзисторів підключені до емітерів транзисторів каскадів попереднього підсилення. Недоліком прототипу є велика потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду при струмових перевантаженнях. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення потужності, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду при струмових перевантаженнях. Поставлена задача досягається тим, що у високовольтному операційному підсилювачі з захистом від перевантажень, що містить операційний підсилювач, два транзистори каскадів попереднього підсилення, колектори цих транзисторів з'єднані з базами транзисторів вихідних каскадів і через навантажувальні резистори підключені до позитивної і негативної шин живлення, бази цих транзисторів через резистори зсуву підключені до позитивної, негативної і загальної шин живлення, при цьому емітери вихідних транзисторів з'єднані з позитивною і негативною шинами живлення, а колектори вихідних транзисторів з'єднані між собою і підключені до виходу високовольтного операційного підсилювача і до одного виводу резистора загального негативного зворотного зв'язку, другий вивід цього резистора підключений до інвертувального входу операційного підсилювача і через резистор - до входу високовольтного операційного підсилювача, неінвертувальний вхід операційного підсилювача підключений до загальної шини, виводи позитивного і негативного джерел живлення операційного підсилювача через резистори підключені до позитивної і негативної шин живлення і через стабілітрони підключені до загальної шини, а між виходом операційного підсилювача і емітерами транзисторів каскадів попереднього підсилення підключені транзистори за схемою з загальним емітером, при цьому бази цих транзисторів з'єднані між собою і виходом операційного підсилювача, емітери цих транзисторів з'єднані між собою і через резистори місцевого негативного зворотного зв'язку з'єднані з виходом операційного підсилювача і з загальною шиною, а колектори цих транзисторів підключені до емітерів транзисторів каскадів попереднього підсилення, новим є те, що в нього додатково введені шість резисторів, одні виводи перших двох резисторів підключені до емітерів вихідних транзисторів, а інші виводи цих резисторів підключені до позитивної і негативної шин живлення, чотири транзистори, причому, емітер першого транзистора підключений до позитивної шини живлення, база підключена до колектора другого транзистора, колектор першого транзистора підключений до бази другого транзистора, емітер другого транзистора підключений до бази одного вихідного транзистора, емітер третього транзистора підключений до негативної шини живлення, база підключена до колектора четвертого транзистора, колектор третього транзистора підключений до бази четвертого транзистора, емітер четвертого транзистора підключений до бази другого вихідного транзистора, одні виводи наступних двох резисторів підключені до баз першого і третього транзисторів, відповідно, а інші виводи цих резисторів підключені до емітерів одного й другого вихідних транзисторів, відповідно, одні виводи наступних двох резисторів підключені до колекторів першого і третього транзисторів, відповідно, а другі виводи цих резисторів підключені до баз одного й другого вихідних транзисторів відповідно, два діоди, причому, катод першого діода підключений до позитивної шини живлення, а анод - до бази першого транзистора, анод другого діода підключений до негативної шини живлення, а катод - до бази третього транзистора. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом полягає в такому. Завдяки тому, що у високовольтному операційному підсилювачі з захистом від перевантажень додатково введені шість резисторів, одні виводи перших двох резисторів підключені до емітерів вихідних транзисторів, а другі виводи цих резисторів підключені до позитивної і негативної шин живлення, чотири транзистори, причому, емітер першого транзистора підключений до позитивної шини живлення, база підключена до колектора другого транзистора, колектор першого транзистора підключений до бази другого транзистора, емітер другого транзистора підключений до бази одного вихідного транзистора, емітер третього транзистора підключений до негативної шини живлення, база підключена до колектора четвертого транзистора, колектор третього транзистора підключений до бази четвертого транзистора, емітер четвертого транзистора підключений до бази другого вихідного транзистора, одні виводи наступних двох резисторів підключені до баз першого і третього транзисторів, відповідно, а другі виводи цих резисторів підключені до емітерів одного й другого вихідних транзисторів, відповідно, одні виводи наступних двох резисторів підключені до колекторів першого і третього транзисторів, відповідно, а інші виводи цих резисторів підключені до баз одного й іншого вихідних транзисторів відповідно, два діоди, причому, катод першого діода підключений до позитивної шини живлення, а анод - до бази першого транзистора, анод другого діода підключений до негативної шини живлення, а катод - до бази третього транзистора, зменшується потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду при струмових перевантаженнях високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень. Електрична схема високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень приведена на Фіг.1. Високовольтний операційний підсилювач з захистом від перевантажень містить операційний підсилювач 1, два транзистори 2 і 3 каскадів попереднього підсилення, колектори цих транзисторів з'єднані з базами транзисторів 4 і 5 вихідних каскадів і через навантажувальні резистори 6 і 7 підключені до позитивної +Е1 і негативної -Е2 шин живлення. Бази транзисторів 2 і 3 через резистори зсуву 8, 9, 10 і 11 підключені до позитивної +Е1, негативної -Е2 і загальної шин живлення, при цьому емітери вихідних транзисторів 4 і 5 з'єднані з позитивною +Е1 і негативною - Е2 шинами живлення, а колектори вихідних транзисторів 4 і 5 з'єднані між собою і підключені до виходу високовольтного операційного підсилювача і до одного виводу резистора 12 загального негативного зворотного зв'язку, другий вивід резистора 12 підключений до інвертувального входу операційного підсилювача 1 і через резистор 13 - до входу високовольтного операційного підсилювача, неінвертувальний вхід операційного підсилювача 1 підключений до загальної шини. Виводи позитивного і негативного джерел живлення операційного підсилювача 1 через резистори 14 і 15 підключені до позитивної +Е1 і негативної -Е2 шин живлення і через стабілітрони 16 і 17 підключені до загальної шини. Між виходом операційного підсилювача 1 і емітерами транзисторів 2 і 3 каскадів попереднього підсилення підключені транзистори 18 і 19 за схемою з загальним емітером, при цьому, бази транзисторів 18 і 19 з'єднані між собою і з виходом операційного підсилювача 1, емітери транзисторів 18 і 19 з'єднані між собою і через резистори 20 і 21 місцевого негативного зворотного зв'язку з'єднані з виходом операційного підсилювача 1 і з загальною шиною, відповідно, а колектори транзисторів 18 і 19 підключені до емітерів транзисторів 2 і 3 каскадів попереднього підсилення, два резистори 22 і 23, одні виводи цих резисторів підключені до емітерів вихідних транзисторів 4 і 5, а другі підключені до позитивної +Е1 і негативної -Е2 шин живлення, чотири транзистори 24, 25, 26 і 27, причому емітер першого транзистора 24 підключений до позитивної шини живлення +Е1, його база підключена до колектора другого транзистора 25, колектор першого транзистора 24 підключений до бази другого транзистора 25, емітер другого транзистора 25 підключений до бази вихідного транзистора 4, емітер третього транзистора 26 підключений до негативної шини живлення -Е2, база транзистора 26 підключена до колектора четвертого транзистора 27, колектор третього транзистора 26 підключений до бази четвертого транзистора 27, емітер четвертого транзистора 27 підключений до бази вихідного транзистора 5. Резистори 28 і 29, одними виводами підключені до баз першого транзистора 24 і третього транзистора 26, відповідно, а другі виводи резисторів 28 і 29 підключені до емітерів вихідних транзисторів 4 і 5, відповідно. Резистори 30 і 31, одними виводами підключені до колекторів першого 24 і третього 25 транзисторів, відповідно, а другі виводи резисторів 30 і 31 підключені до баз вихідних транзисторів 4 і 5, відповідно. Катод першого діода 32 підключений до позитивної шини живлення +Е1, а анод - до бази першого транзистора 24. Анод другого діода 33 підключений до негативної шини живлення -Е2, а катод - до бази третього транзистора 26. Високовольтний операційний підсилювач з захистом від перевантажень працює таким чином. Вхідний сигнал через резистор 13 надходить на вхід операційного підсилювача 1. Позитивна напівхвиля посиленого сигналу з виходу операційного підсилювача 1 надходить на каскад попереднього підсилення, зібраний на транзисторах 18 і 2. Транзистор 18 включений за схемою з загальним емітером, транзистор 2 - за схемою з загальною базою. Такий двокаскадний попередній підсилювач на транзисторах 18 і 2, включених за схемою загальний емітер-загальна база, являє собою каскодний підсилювач. Негативна напівхвиля посиленого сигналу з виходу операційного підсилювача 1 надходить на каскодний підсилювач, зібраний на транзисторах 19 і 3. Навантаженням каскодного підсилювача на транзисторах 18 і 2 служить резистор 6. Навантаженням каскодного підсилювача на транзисторах 19 і 3 служить резистор 7. Позитивна напівхвиля посиленого сигналу з резистора 6 надходить на базу вихідного транзистора 4. Негативна напівхвиля посиленого сигналу з резистора 7 надходить на базу вихідного транзистора 5. Вихідна напруга знімається з колекторів вихідних транзисторів 4 і 5 і надходить на вихід високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень і через резистори 20 і 21 місцевого негативного зворотного зв'язку подається на емітери транзисторів 18 і 19. Напруга місцевого негативного зворотного зв'язку високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень, що знімається з подільника, утвореного резисторами 20, 21, необхідно для стабілізації коефіцієнта передачі каскодних підсилювачів на транзисторах 18 і 2, 19 і 3. Напруга загального негативного зворотного зв'язку з виходу високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень через резистор 12 подається на інвертувальний вхід операційного підсилювача 1. Коефіцієнт передачі високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень визначається відношенням опорів резисторів 12 і 13. Напруга зсуву на бази транзисторів 2 і 3 каскодних підсилювачів задається подільниками, утвореними резисторами 8, 9, 10 і 11. Живлення операційного підсилювача 1 здійснюється від параметричних стабілізаторів напруги, виконаних на резисторах 14 і 15 і стабілітронах 16 і 17. При збільшенні струму через вихідні транзистори 4 і 5 понад гранично-допустимі значення, збільшується спад напруги на резисторах 22 і 23. Внаслідок цього починають відкриватися транзистори 24 і 26. На транзисторах 24 і 25, а також на транзисторах 26 і 27 зібрані аналоги тиристорів, тому при відкриванні транзисторів 24 і 26 швидко відкриваються транзистори 25 і 27. Через відкриті переходи колектор-емітер транзисторів 24, 26 і відкриті переходи база-емітер транзисторів 25, 27 шунтуються переходи база-емітер вихідних транзисторів 4 і 5 і вони закриваються. Струм через вихідні транзистори 4 і 5 не протікає. Таким чином, при струмових перевантаженнях, за рахунок застосування аналогів тиристорів, вихідні транзистори 4 і 5 швидко закриваються. На вихідних транзисторах 4 і 5 розсіюється мінімальна потужність. Відкриті переходи колектор-емітер транзисторів 24, 26 і відкриті переходи база-емітер транзисторів 25, 27, шунтувальні переходи база-емітер вихідних транзисторів 4 і 5, зберігають свій стан до вимикання живлячих напруг +Е1 і -Е2. Після усунення причини струмового перевантаження і включення живильних напруг +Е1 і -Е2 високовольтний операційний підсилювач працює в нормальному режимі. Таким чином, за рахунок того, що в схему високовольтного операційного підсилювача з захистом від перевантажень додатково введені чотири транзистори, шість резисторів і два діоди, зменшується потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду при струмових перевантаженнях.