10.12. Преобразователи постоянного напряжения и частоты

Преобразователями постоянного напряжения (конверторы) называют устройства, предназначенные для изменения значения постоянного напряжения. Они основаны обычно на импульсных методах, которые позволяют осуществлять преобразование с минимальными потерями

энергии.

Различают два основных типа импульсных преобразователей постоянного напряжения (рис. 10.57, а и 10.58, а). Рассмотрим установившийся режим работы типовых преобразователей, приняв что элементы их цепей идеальные. Ключ К работает с постоянной частотой и за один период Т замкнут в течении времени t_И. Значение емкости C велико и постоянная времени C·r₁>>T. Последнее допущение означает, что за время одного периода напряжение на емкостном элементе изменяется мало и можно считать

u_c = u_н = const. (10.26)

В схеме преобразователя по рис. 10.57, а при замыкании ключа К ток в индуктивном элементе равен i_Lmin и в дальнейшем определяется вторым законом Кирхгофа для контура 1

т.е. с учетом (10.26) линейно возрастает (рис. 10.57, б)

При размыкании ключа К ток в индуктивном элементе равен i_Lmax и в дальнейшем определяется вторым законом Кирхгофа для контура 2

т.е. с учетом (10.26) линейно убывает (рис. 10.57, б)

Ток в емкостном элементе i_c = i_L – i_н переменный. Периодическая зарядка и разрядка емкостного элемента поддерживает неизменным уровень тока в приемнике с сопротивлением нагрузки r_н.

Второй закон Кирхгофа для средних значений напряжений на элементах контура 2 при uL_ср = 0 и u_nDср = –E·t_И/T определяет регулировочную характеристику преобразователя

Работу преобразователя по схеме рис. 10.58, а иллюстрирует временная диаграмма на рис. 10.58, б, которой соответствует регулировочная характеристика

Регулирование значения постоянного напряжения в обоих рассмотренных выше случаях осуществляется без потери энергии в самих преобразователях. В качестве ключа в преобразователях малой и средней мощности (до 1 кВт) используются биполярные и полевые транзисторы, в преобразователях большой мощности — тиристоры.

Преобразователями частоты называются устройства, предназначенные для преобразования переменных напряжения и тока одной частоты в переменные напряжение и ток другой частоты,

Типовой способ преобразования частоты заключается в выпрямлении (см. п. 10.9 и п. 10.10) преобразуемых переменных напряжения и тока и последующем их инвертировании (см. п. 10.11, Б) в переменные

напряжение и ток требуемой частоты.

10.13. Классификация усилителей

Усилителями называются устройства, предназначенные для увеличения значений параметров электрических сигналов за счет энергии включенного источника питания. Различные усилители применяются для преимущественного усиления значений тех или иных параметров сигналов. По этому признаку они делятся на усилители напряжения, тока

и мощности.

Возможны линейный и нелинейный режимы работы усилителя. В усилителях с практически линейным режимом работы получается минимальное искажение формы усиливаемого сигнала, который всегда можно представить совокупностью гармоник различной частоты (4.2). Искажение сигнала будет минимальным, если без искажения будут усиливаться все его гармонические составляющие. Свойство усилителя увеличивать амплитуду гармонических составляющих сигнала

характеризует его амплитудно-частотная характеристика АЧХ [см. (2.91а)]. По типу АЧХ различают усилители медленно изменяющихся напряжений и токов, или усилители постоянного тока (рис. 10.59, в), усилители низких частот (рис. 10.59, б), усилители высоких частот (рис. 10.59, в), широкополосные усилители (рис. 10.59, г) и узкополосные усилители (рис. 10.59, д).

Типовые значения нижней и верхней границ частот АЧХ усилителей различного типа приведены в табл. 10.3.

В усилителях с нелинейным режимом работы при увеличении значения напряжения на входе больше некоторого граничного уровня изменение напряжения на выходе усилителя практически отсутствует.

Таблица 10.3. Нижняя и верхняя границы частот амплитудно-частотной характеристики усилителя

Граница нижних частот Граница верхних частот тип усилителя f_н, Гц f_н, Гц

Усилитель постоянного тока 0 10³–10⁸ Усилитель низких частот 20–50 10–2·10⁴ Усилитель высоких частот 10⁴–10⁵ 10⁷–10⁸ Широкополосный усилитель 20–50 10⁷–10⁸

Такие усилители применяются главным образом в устройствах импульсной техники, в том числе логических.

В настоящее время усилительная техника основана на широком внедрении усилителей в интегральном исполнении. Поэтому актуальным становится не разработка самих усилителей, а их применение для реализации различных функциональных узлов систем автоматики, управления и измерения.