15.3. Схемы ограничения тока

Из-за малого выходного сопротивления усилители мощности легко перегружаются и разрушаются. Поэтому целесообразно использовать схемные решения, ограничи­вающие максимальную величину выходно­го тока усилителя мощности; Наиболее простое решение показано на рис. 15.11.

Рис. 15.12. Ограничение тока с помощью диодов.

Ограничение имеет место, когда один из диодов D₃ или D₄ открыт. В этом случае падение напряжения на резисторе R₁ или R₂ не будет возрастать. Максимальный выходной ток при этом определяется сле­дующим образом:

Как видно из приведенных соотношений, прямое напряжение диодов D₃ и D₄ должно быть больше U_BE=0,7 В. Для выпол­нения этого условия можно, например, включать последовательно несколько кремниевых диодов. Более резкое ограни­чение тока может быть получено, если в схеме изменить светодиоды. Наиболее подходящими для этой цели являются светодиоды с красным свечением, прямое на­пряжение которых составляет около 1,6 В.

Другой способ ограничения выходного тока иллюстрируется на рис. 15.13. Тран­зистор T₃ или T₄ откроется, если падение напряжения на резисторе R₁ или R₂ превы­сит значение порядка 0,6В. При этом дальнейшее возрастание базовых токов транзисторов T₁ и T₂ будет предотвраще­но. В этой схеме максимальное значение выходного тока ограничивается величиной

Рис. 15.13. Ограничение тока с помощью тран­зисторов.

Преимущество такой схемы по сравнению с предыдущей состоит в том, что ограниче­ние максимального тока определяется не сильно изменяющимся напряжением ба­за-эмиттер выходных транзисторов, а на­пряжением база-эмиттер транзисторов ограничителя. Резисторы R₃, R₄ служат для защиты транзисторов ограничителя от больших пиковых значений тока базы.

При коротком замыкании в нагрузке ток Iамакс в каждый из полу периодов вход­ного сигнала течет через один из транзи­сторов Т₁ или Т₂. Выходное напряжение при этом равно нулю. Мощность, рассеи­ваемая на выходных транзистора! при ко­ротком замыкании в нагрузке, равна

Как следует из разд. 15.2, эта величина примерно в пять раз превышает мощность, рассеиваемую .на выходных транзисторах при нормальных условиях.

Во многих случаях усилитель мощности работает на постоянную омическую на­грузку Л„. При этом ток усилителя, отдаю­щего максимальную неискаженную мощ­ность в нагрузку, равен

При меньших выходных напряжениях ток в нагрузке также будет меньше: Ia = Ua/R. Следовательно, можно уменьшить и пре­дельное значение тока, что позволяет уменьшить рассеиваемую мощность при коротком замыкании нагрузке. Для этого в схему на рис. 15.13 введены резисторы R, я Re, изображенные штриховыми ли­ниями. Рассмотрим функции этих резисто­ров при положительных выходных сигна­лах.

При больших значениях выходных на­пряжений Ua = Vb ток в резисторе R₅ от­сутствует. При этом сопротивление не играет роли и предельное значение тока будет равно, как и раньше, Iamakc = 0,6 B/R₁. При малых выходных напряжениях благодаря наличию делителя R₅, R₃ возникает поло­жительное напряжение смещения на базе транзистора Т₃. В результате через Tз бу­дет протекать небольшой ток. Считая, что выполняется R₅>>R₃>>R₁,

Рис. 15.14. Динамическое ограничение тока.

Получим соотношение для тока:

Изменение тока I_амакс в зависимости от вы­ходного напряжения схематично показано на рис. 15.14. Можно так рассчитать схему, что предельное значение .тока будет отли­чаться от тока в нагрузке I_a на величину I. В этом случае обе прямые будут парал­лельны. Из соотношения (15.1) следует, что для этого должно выполняться условие

Для отрицательных выходных сигналов будет выполняться условие