10.7 Кінцеві каскади підсилення потужності, що працюють у режимі з шім

В останній час значне поширення знаходять підсилювальні пристрої з широтно–імпульсною модуляцією сигналу, що використовують режим D. Структурна схема підсилювача з широтно–імпульсною модуляцією зображена на рис. 10.9.

Рисунок 10.9 – Структурна схема підсилювача з ШІМ

Такі пристрої мають деякі переваги порівняно з класичними схе­мами підсилювачів, серед них високий ККД за будь–яких рівнів сигналу, більша стабільність відносно до самозбудження. Але ці підсилювачі складніші, мають обмежений частотний діапазон, що звужує їх засто­сування. Їх використання доцільне, коли на перше місце висуваються вимоги економічності, надійності, стабільності за поміркованих вимог до якості вихідного сигналу: багатоканальний гучномовний зв’язок, селекторні пристрої, мегафони тощо.

Генератор тактових імпульсів (ГТІ) виробляє імпульси, що над­ходять на вхід широтно–імпульсного модулятора (рис. 10.10). Тривалість імпульсів модулятора пропорційна амплітуді вхідного сигналу. Імпульс­ний сигнал зі змінною шпаруватістю підсилюється за потужністю ви­хідним каскадом, що працює у ключовому режимі та надходить на вхід фільтра НЧ, який здійснює фільтрацію ВЧ складових та фактично демо­дуляцію сигналу. Середнє значення напруги на навантаженні

;

де — амплітуда напруги вихідного імпульсу, яка практично дорів­нює напрузі живлення;— тривалість імпульсу широтно–імпульсного модулятора;— період тактових імпульсів;— коефіцієнт запов­нення імпульсів.

Робочу точку такого підсилювача (режим спокою) вибирають за ; тоді у навантаженні виділяється значна потужність, що при­зводить до зменшення ККД підсилювача до 0,5 та менше. Це залежить від якості ФНЧ. Наявність значної постійної складової у вихідній на­прузі зменшує ефективність динамічних головок, спричиняє підмагнічування вихідних трансформаторів та різке зростання коефіцієнта нелінійних спотворень. Ці недоліки особливо виявляються, коли одер­жують велику вихідну потужність /десятки–сотні ватт/. У такому разі необхідно використати розділовий конденсатор з великою ємністю.

Збільшення ККД та реалізація режиму роботи без постійної скла­дової досягається застосуванням двотактного підсилювача (рис. 10.11). При підсиленні додатньої напівхвилі сигналу працює тільки ключ К.К.1, від’ємної — ключ К.К.2. Середнє значення струму у навантаженні за період вхідного сигналу дорівнює нулю, отже, відсутня постійна скла­дова .

Підсилювач вміщує два широтно–імпульсних модулятори: ШІМ–1 для перетворення додатньої напівхвилі вхідного сигналу та ШІМ–2 для від’ємної напівхвилі.

Рисунок 10.10 – Часові діаграми, що пояснюють принцип дії підсилювача з ШІМ

Рисунок 10.11 – Структурна схема двотактного підсилювача з ШІМ

10.8 Запитання та завдання для самоконтролю

1. В чому полягає відмінність каскадів кінцевого підсилення в порівнянні з каскадами попереднього підсилення?

2. Чим викликане обмеження вихідної потужності підсилювача в режимі класу А при заданому коефіцієнті нелінійних спотворень?

3. Які залежності вихідної потужності та коефіцієнта нелінійних спотворень ККП від величини опору навантаження?

4. Для схеми однотактного ККП з безпосереднім підключенням навантаженням і вихідною потужністю 0,1 Вт на опорі 80 Ом зробіть вибір з довідника а) біполярного транзистора і б) польового транзистора.

5. Які додаткові позитивні якості має двотактна схема порів­няно з однотактною?

6. Назвіть максимально досяжні значення ККД для підсилю­вальних каскадів, які працюють у режимах класу А, В, АВ, С, D.

7. Довести, що ККД каскаду, що працює у режимі класу В, більший за ККД каскаду, що працює у режимі класу А.

8. Нарисуйте якісно динамічні ВАХ підсилю­вальних каскадів, які працюють у режимах класу А, В, АВ, С, D. Дайте пояснення їх часовим характеристикам.

9. Чому в двотактному ККП відбувається збільшення вихідної потужності та зменшення коефіцієнта нелінійних спотворень у порівнянні з однотактною?

10. Для схеми двотактного ККП з безпосереднім підключенням навантаженням і вихідною потужністю 100 Вт на опорі 4 Ом зробіть вибір з довідника біполярних або польових транзисторів.

11. Як зміниться вихідна потужність підсилювального каскаду за зростання ?

12. Довести, що в спектрі вихідного струму двотактної схеми ККП відсутні парні гармоніки. При яких умовах?

13. Нарисуйте структурну схему однотактного підсилювача з ШІМ та поясніть функціональне призначення її блоків.

14. Нарисуйте структурну схему двотактного підсилювача з ШІМ та поясніть функціональне призначення її блоків.