174717. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezás teljesítményerősítők túlterhelés elleni védelmére
3 174717 4 kapcsolt ellenálláson eső feszültség a megengedett határt elérő kollektor-, vagy emitteráram esetén egy tranzisztort kinyit, amely a vezérlőjelet leosztva a további áramnövekedést megakadályozza. Ez a megoldás kisteljesítményű erősítőknél teljesen megfelelő, és széles körben alkalmazzák integrált műveleti erősítőkben. Nagyobb teljesítményű B vagy AB osztályú erősítőknél azonban előfordulhat, hogy a teljes kivezérlésnél megengedhető nagyságú áram, ha az a túlterhelés miatt már kisebb kivezérlésnél fellép, a végtranzisztort tönkreteszi. Ennek oka az, hogy kisebb kivezérlés esetén a végtranzisztor kollektor—emitter feszültsége nagyobb, és ezért azonos kollektoráram esetén a pillanatnyi disszipáció is nagyobb, mint teljes kivezérlés esetén. Nagyteljesítményű B vagy AB osztályú erősítőkben alkalmazott túlterhelés ellen védő áramköröknek tehát nemcsak a végtranzisztor kollektoráramát, hanem kollektor—emitter feszültségét is érzékelni kell. A védő áramkörnek biztosítania kell, hogy a végtranzisztor csak a kollektoráram-kollektoremitter feszültség karakterisztikájában a maximális kollektoráram, maximális pillanatnyi disszipáció, és maximális kollektor-emitter feszültség által határolt biztonságos működési területen belül működhessen. Egy ilyen ismert megoldás az 1 236 449 számú angol szabadalmi leírás szerinti erősítő védőáramkör. Ennek a megoldásnak az a l&iyege, hogy végtranzisztor emitterével, vagy kollektorával sorba kapcsolt és egyik végpontjával az erősítő kimenetéhez csatlakozó ellenálláson eső, a végtranzisztor áramával arányos feszültséget annál jobban osztja le, minél nagyobb az erősítő kimenetének pillanatnyi feszültsége. A végtranzisztor vezérlő jelének leosztását végző tranzisztort ezzel a feszültséggel vezérelve elérhető, hogy kis kimeneti feszültség, azaz a végtranzisztor kis kollektor-emitter feszültsége esetén a végtranzisztort vezérlő jel leosztása már jóval kisebb kollektoráram esetén is létrejön, mint nagykimeneti feszültség, azaz a végtranzisztor kis kollektor-emitter feszültsége esetén, így lehetővé válik, hogy a végtranzisztorra megengedett maximális kollektoráramot kihasználjuk, anélkül, hogy a megengedett pillanatnyi disszipációt bármikor túllépnénk. Az erősítő induktív túlterhelése esetén azonban ez a védőáramkor sem működik kielégítően. Ilyen védőáramkört tartalmaz az RCA cég HC 1000 típusú teljesítményerősítő hibrid integrált áramköre, melyet a cég 1972-es teljesítmény-tranzisztor és teljesítmény hibrid áramkör katalógusa ismertet. Induktív terhelés esetén, ha a túlterhelés ellen védő áramkör működésbe lép, a végtranzisztor pillanatnyi munkapontja rövid időre kilép a karakterisztika biztonságos működési területéről, és a kimeneti jelalakban ilyenkor egy tűimpulzus vagy tűimpulzus-sorozat jelenik meg. Ez csak úgy küszöbölhető ki, ha elkerüljük, hogy induktív terhelés esetén a védőáramkor működésbe lépjen. Az erősítő induktív túlterhelése a leggyakrabban akkor áll elő, ha a kimenetre csatlakozó transzformátor vasmagja telítődik. E probléma megoldásaként az említett katalógus azt javasolja, hogy a transzformátort úgy kell tervezni, hogy annak vasmagja az erősítő működési frekvencia tartományában ne telítődjék. Az erősítő azonban névleges működési frekvencia tartományán kívüli frekvenciájú jeleket is erősít, így a 2 kimenetére csatlakozó transzformátort jelentősen túl kell méretezni ahhoz, hogy vasmagjának telítődése biztosan elkerülhető legyen. Csökkenthető a telítődés veszélye, ha az erősítőben külön mélyvágó szűrőt és limitért alkalmazunk. Mindezek azonban az erősítő méreteinek, súlyának és előállítási költségeinek számottevő növekedését okozzák, továbbá a mélyvágó szűrő és a limiter alkalmazása a teljesítményerősítővel elérhető hangminőséget is jelentősen ronthatja. Emellett a probléma ily módon nem is oldható meg teljesen, mivel a nagyfeszültségű (50 V, 100 V, 240 V) hangmeneti transzformátor alkalmazása ma is szükséges, a hangvonal és a hangsugárzók közé újabb illesztő transzformátorok vannak beiktatva. Ezek vasmagjai telítődésének elkerülése a fenti módszerekkel nem biztosítható, mivel ezeket az erősítőtől függetlenül tervezik. Ha pedig a túlterhelés ellen védő áramkör működésbe lépése induktív terhelés mellett mégis bekövetkezik, úgy számos káros következmény lép fel, például a védőáramkor működésbe lépésekor a végtranzisztor kollektoráramának további növekedését megakadályozza. Állandó áramhoz azonban zérus indukált feszültség tartozik, ezért az induktív terhelés feszültsége csökkenni kezd. Kisebb kimeneti feszültség esetén azonban a védőáramkor kisebb áramot enged folyni a kimeneten, tehát az induktív terhelés árama csökkenni fog. Az áramcsökkenés hatásának pedig az induktív terhelésben ellenkező polaritású feszültség indukálódik. Ez az indukált feszültség jelenik meg az erősítő kimenetén egy tűimpulzus formájában. Mivel, különösen négyszöges hiszterézis hurkú, korszerű, lágymágneses anyagból készült vasmagú transzformátorok alkalmazása esetén, az indukált feszültség már kismértékű áramcsökkenésnél igen nagy lehet, a tűimpulzus megjelenésekor a végtranzisztorok viszonylag nagy kollektorárammal egyidejűleg igen nagy kollektor-emitter feszültség jelenhet meg. Ez pedig a végtranzisztort tönkreteheti. A keletkező tűimpulzusok ezen kívül veszélyeztetik az erősítő által táplált hangsugárzók épségét is, továbbá igen kellemetlen, berregő hangjelenséget okoznak. A fent ismertetett káros jelenségek mélyvágó szűrő, limiter és a teljesítményerősítő kimenetére kapcsolt transzformátor túlméretezése ellenére is bekövetkezhetnek az erősítő bekapcsolásakor. Ilyenkor ugyanis a teljesítményerősítő kimenetén, az egyes erősítőfokozatok munkapontjainak beállításáig lassan változó tranziens feszültség lép fel, ami a kimenetre csatlakozó transzformátor vasmagjának telítődését okozza. Ezért, a túlterhelés ellen védő áramkör működése következtében a kimeneti feszültség jelalakja a teljelítményerősítő bekapcsolásakor periodikus, geijedésszerű tűimpulzusokat is tartalmaz, és ez a tranziens kimeneti feszültség csak lassan csillapodik. E jelenségek káros következménye lehet a kellemetlen hangjelenségen kívül az is, hogy a végtranzisztorok a teljesítményerősítő bekapcsolásakor tönkremennek. A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel elsősorban transzformátoron keresztül terhelt tranzisztoros teljesítményerősítők túlterhelés elleni hathatós vélelmét kívánjuk megoldani a fent említett hiányossások elkerülése mellett. A találmány szerinti megoldás űkalmazása ezen kívül minden olyan esetben cászeű, amikor a teljesítményerősítőt terhelő impedanciá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
