Бестрансформаторные усилители мощности

В настоящее время наибольшее распространение находят бестрансформаторные усилители мощности. Рассмотрим двухтактный усилитель мощности на биполярных транзисторах различного типа проводимости (комплементарный эмиттерный повторитель, усилитель с дополнительной симметрией) (рис. 11.9). Транзисторы усилителя работают в режиме класса В. При поступлении на вход усилителя положительной полуволны напряжения u_вх транзистор Т₁ работает в режиме усиления, а транзистор Т₂ – в режиме отсечки. При поступлении отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями.

Рис. 11.9. Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности

Максимально возможная мощность нагрузки определяется выражением

.

При максимальной мощности нагрузки усилитель потребляет от источников питания мощность, определяемую выражением

.

Отсюда получаем максимально возможный коэффициент полезного действия усилителя

.

Для уменьшения нелинейных искажений обеспечивают некоторое начальное смещение на входах транзисторов и тем самым переводят их в режим класса АВ (рис. 11.10). При этом коэффициент полезного действия несколько уменьшается.

Рис. 11.10. Двухтактный усилитель АВ-класса

Рассмотрим двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем (рис. 11.11). В схеме использована общая отрицательная обратная связь (резисторы R₁ и R₂), охватывающая оба каскада (на операционном усилителе и на биполярных транзисторах), благодаря которой схема создает настолько малые нелинейные искажения, что часто не требует дополнительных цепей смещения для каскада на транзисторах Т₁ и Т₂.

Рис. 11.11. Двухтактный усилитель мощности с операционным усилителем

Поскольку напряжение на нагрузке R_н примерно равно напряжению на выходе ОУ, то мощность на выходе всего усилителя ограничивается выходным напряжением ОУ.

2. Приборы электростатической системы. Самопишущие электромеханические приборы

Приборы электростатической системы

Устройство. Приборы электростатической системы бывают двух разновидностей [2]: 1)  с изменяющейся площадью пластин; 2)  с изменяющимся расстоянием между пластинами (рис. 1.7): Обе разновидности имеют схожую конструкцию и состоят: – из системы параллельных неподвижных пластин 1; – стрелки 2; – оси 3; – секторообразной алюминиевой пластины 4. Остальные детали: подпятники, противодействующая пружина, балансные грузики, корректор, шкала, воздушный или магнитоиндукционный успокоитель подобны деталям приборов других систем.

 

Принцип действия. Перемещение подвижной части приборов этой системы происходит в результате взаимодействия электрически заряженных пластин (проводников), разделенных диэлектриками. При перемещении подвижной части изменяется ёмкость между пластинами вследствие изменения их площади или расстояния между ними.

В приборах с изменяющейся площадью пластин при включении в измеряемую цепь неподвижные пластины заряжаются одноименными зарядами, а подвижная – зарядом противоположного знака. Под действием сил электрического поля подвижная пластина притягивается к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между ними, перемещая стрелку вдоль шкалы. Шкала прибора квадратична.

Приборы с изменяющимся расстоянием между пластинами состоят из двух неподвижных пластин, одна из которых при измерениях заряжается положительно, а другая – отрицательно. Между ними размещается подвижная пластина, электрически соединенная с одной из неподвижных.

В результате взаимодействия подвижная пластина отталкивается от одной неподвижной пластины и притягивается к другой, перемещая ось и стрелку на угол .

Достоинства:

– пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного токов;

– нечувствительность к изменению температуры окружающей среды;

– ничтожная потребляемая мощность;

– высокое входное сопротивление;

– широкий частотный диапазон;

– независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения (показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения).

Недостатки:

– нелинейность шкалы (квадратичная шкала);

– низкая чувствительность;

– невысокая точность;

– возможность пробоя между электродами;

– необходимость в экране.

Область применения. Приборы пригодны только для измерения напряжения (постоянное и переменное). Включаются в измеряемую цепь по схеме включения вольтметра. Применяют в высоковольтных маломощных цепях устройств проводной и радиосвязи.

Электромеханические СП. Принцип действия простейшего электромеханического (магнитоэлектрического) СП основан (рис. 5.1) на взаимодействии подвижной катушки 3 с током (пропорциональным исследуемому сигналу) с полем постоянного магнита 1.

Движение — поворот — а(0 катушки 3, закрепленной на оси 2, Передается отсчетному устройству (ОУ), состоящему из стрелки 7 и шкалы 8, а также регистрирующему устройству (РУ), образованному пером 4 и движущейся бумагой 6. Развертка во времени осуществляется равномерным перемещением диаграммной бумаги 6 благодаря вращению вала двигателя 5.

Обобщенная структура электромеханического СП показана на рис. 5.2, А. Входной сигнал X(t) поступает на измерительную цепь (ИЦ), в которой осуществляются вспомогательные преобразования (масштабирование сигналов, преобразование различных величин в ток), и далее, обычно в виде тока I(t), на измерительный механизм (ИМ). Выходная величина ИМ — угол поворота а(0 (или линейное перемещение) — определяет показания ОУ и положение пишущего органа (пера) РУ.

В таких СП могут применяться различные системы преобразователей электрической величины в механическую. Наиболее часто это

— магнитоэлектрический измерительный механизм.

Все достоинства обычного магнитоэлектрического механизма сохраняются в СП, но вследствие большего необходимого вращающего момента (заметное трение пишущего органа о бумагу) потребляется большая мощность от источника исследуемого сигнала. Типичные значения классов точности электромеханических СП 0,5 — 2,5 %.

Полоса частот регистрируемых сигналов сравнительно укая — О - 5 Гц.