201187. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés tranzisztoros teljesítmény erősítő munkapont stabilizálására és két különböző érték közti kapcsolására
1 HU 201187 B 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés tranzisztoros teljesítmény erősítő hőcsatolással történő munkapont stabilizálására és két különböző érték közti kapcsolására, amely kapcsolási elrendezésben munkapont beállító áramkör kimenete illesztő egységen keresztül egy-egy meghajtó egységre csatlakozik, míg az egyik meghajtó egység egyik végerősítő fokozaton keresztül és a másik meghajtó egység másik végerősítő fokozaton keresztül teljesítmény illesztő egységre van kötve. Mint ismeretes, felhasználói igényként merül fel, hogy megkülönböztető hangjelzéssel felszerelt gépjárművek sziréna egységei egyidejűleg alkalmasak legyenek a minimális hangerőtől a maximális hangerőig szabályozhatóan kis torzítású, jól érthető beszéd lesugárzására, utasítások, tájékoztatók, figyelemfelhívások stb. céljából magas környezeti utcazaj mellett is. A korábbi megoldások tartalmazták a sziréna egység mellett a mikrofon és magnetofon bemenettel ellátott erősítő egységet is, de jelentős torzítással, amely különösen kisebb hangerőnél igen rossz beszédérthetőséget eredményezett. Ezeknek a megoldásoknak célja ugyanis a maximális sziréna teljesítmény lesugárzása a nyomókamrás hangsugárzók részére. Adott körülmények mellett a legnagyobb szirénajel (négyszögjel) lesugárzása a végerősítő fokozat ”C” osztályú beállításában lehetséges. Viszont ebben a beállításban a kisjelű torzítás igen nagy, mivel a munkapont a félvezetők (tranzisztorok) könyökpontjához közel van, tehát beszéd vagy zene hangosítására már alkalmatlan. Ismeretes továbbá az is, hogy a teljesítmény növelése esetén fellépő hőmérsékletváltozások is jelentős mértékben növelhetik a torzítást. A hőmérsékletváltozások hatásának kiküszöbölésére ismert megoldást jelent az ún. hővisszacsatolással történő szabályozás. Ilyen hővisszacsatolásokat ismertet pl. Joseph A. Waltson és John R. Miller: Tranzisztoros áramkörök tervezése. Műszaki Könyvkiadó 1967. c. könyv a 231- 232. oldalakon. Ez a könyv azonban csak a visszacsatolás villamos áramköri kapcsolását ismerteti, de nem tesz említést a hőcsatolásban résztvevő elemek topológiai elhelyezéséről. A hővisszacsatolásokat általában olyan helyről végezték, ahol a legnagyobb volt a hőmérséklet változása. Ez a hely a villamos kapcsolásoknál a végerősítő, ezért a hőérzékelő elemeket a végerősítő környezetében helyezték el, mert ott a legnagyobb az áram-, illetve a teljesítmény veszteség. A nagy teljesítmény átadás nagy hőtehetetlenséggel jár, azért a szabályozás csak lassan és pontatlanul megy végbe. A találmány célja olyan egyszerű és olcsó megoldás létrehozása, amely kis bemenő teljesítményű beszédjelet vagy zenei jelet kis torzítású, nagy kimenő teljesítményű jellé erősít különböző kimenő teljesítmények esetén. A megoldás keresése során rájöttünk, hogy ha a munkapontot eltoljuk a karakterisztika lineárishoz közelálló szakaszára, azaz "B” osztályú munkapontot állítunk be, akkor a torzítás jelentős mértékben csökken és ez a beszéd érthetőségét javítja. Sziréna üzemmódban a munkapontot ”C” osztályba kellene elhelyezni, mert a lineáris szakaszon ugyan csökken a torzítás, de ugyanakkor csökken a hatásfok is. A találmány szerinti megoldáshoz az a felismerés vezetett, hogy ha a munkapontot mindig az üzemmódnak megfelelően állítjuk át figyelembevéve a hőmérséklet változásával járó hatások kikompenzálását is, akkor a torzítás növekedése a teljesítmény növelése esetén is kiküszöbölhető. Felismertük továbbá, hogy ha a hőfokfüggő elemet topológiailag olyan helyre helyezzük, ahol kisebb a hőátadás, de arányos a teljes hőveszteséggel, akkor lényegesen csökken a hőtehetetlenség, ennek következtében a szabályozás gyorsabb és pontosabb lesz. A találmánynak az a lényege, hogy a munkapont beállító áramkör bemenetére feszültséggenerátor van kötve és a munkapont beállító áramkörre vagy a feszültséggenerátorra a meghajtó egységek vannak hőcsatolással visszacsatolva. A találmányt részletesebben az ábrákon bemutatott kiviteli példák segítségével ismertetjük, az 1. ábrán a találmány egy kiviteli példája szerinti kapcsolási elrendezés blokkvázlatát szemléltetjük, a 2. és 3. ábra az 1. ábra szerinti kiviteli példa egy-egy lehetséges kapcsolási rajzát mutatja be, míg a 4. ábrán a különböző hőfokok melletti karakterisztikákon megjelenő munkapont illetve annak áthelyezési lehetősége látható. Az 1. ábrán látható 1 munkapont beállító áramkör 2 illesztő egységen keresztül 3,4 meghajtó egységekre csatlakozik. A 3, 4 meghajtó egységek hőcsatolással vannak az 1 munkapont beállító áramkörre visszacsatolva. Az egyik <3 meghajtó egység kimenete egyik 5 végerősítő fokozaton keresztül, míg a másik 4 meghajtó egység másik 6 végerősítő fokozaton keresztül 7 teljesítmény illesztő egységre van kötve. A 7 teljesítmény illesztő egység vissza van csatolva a 3, 4 meghajtó egységekre. Az 1 munkapont beállító áramkör bemenetére 8 feszültséggenerátor csatlakozik, míg a 8 feszültséggenerátor bemenetére 9 kapcsoló egység van kötve. Az 1 munkapont beállító áramkör a munkaponti feszültséget vagy áramot a 2 illesztő egységen keresztül juttatja a 3, 4 meghajtó egységekre. A 2. ábrán egy példaképpeni kapcsolási elrendezést szemléltetünk. Az 1 munkapont beállító áramkör lényegében egy 10 hőfokfüggő elemből pl. termisztorból és egy 11 szabályozó elemből pl. potencióméterből álló osztó, amely 10 hőfokfüggő elem és 11 szabályozó elem közös pontja a 2 illesztő egységet képező 12 transzformátor szekunder oldalán levő megcsapolásra csatlakozik. A 12 transzformátor szekunder kivezetései a 3, 4 meghajtó egységet alkotó 13, 14 tranzisztorok bázisaira vannak kötve, míg a 13, 14 tranzisztorok emitterei a 5, 6 végerősítő fokozatként alkalmazott 15, 16 tranzisztorok bázisaira csatlakoznak. A 15, 16 tranzisztorok emitterei a 7 teljesítmény illesztő egységet képező 17 transzformátor egyik primer tekercsének kivezetéseire vannak kötve, míg 15, 16 tranzisztorok kollektorai le vannak földelve. A 17 transzformátor egyik szekunder tekercsének kivezetései 18 ellenálláson keresztül összekötve a 13, 14 tranzisztorok kollektorára csatlakoznak. A 17 transzformátor szekunder tekercsének kivezetései képezik a kapcsolási elrendezés kimenetét. A 8 feszültséggenerátor a 2. ábrán látható példában 19 tranzisztorból, valamint a 19 tranzisztor bázisára csatlakozó 20 ellenállásból és 21 zénerdiódából áll. A 19 tranziszor emittere csatlakozik az 1 munkapont beállító áramkörre, a példa szerint a 11 szabályozó 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
