43. Усилительные каскады переменного и постоянного тока

Усилитель постоянного тока (УПТ) — электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает нулевую частоту (постоянный ток).

Верхняя граница частотного диапазона усилителя может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин УПТ можно применять к любому усилителю, способному работать на постоянном токе.

В большинстве случаев УПТ является усилителем напряжения. Отличительной особенностью УПТ является отсутствие разделительных элементов, предназначенных для отделения усилительных каскадов друг от друга, а также от источника сигнала и нагрузки по постоянному току. Для осуществления передачи сигналов частот, близких к нулю, в УПТ используется непосредственная (гальваническая) связь, к-рая может быть использована и в обычных усилителях переменного тока для уменьшения числа элементов, простоты реализации в интегральном исполнении, стабильности смещения и т. д. Однако такая связь вносит в усилитель ряд специфических особенностей, затрудняющих как его выполнение, так и эксплуатацию. Хорошо передавая медленные изменения сигнала, непосредственная связь затрудняет установку нужного режима покоя для каждого каскада и обусловливает нестабильность их работы. При разработке УПТ приходится решать две основные проблемы: согласование потенциальных уровней в соседних каскадах и уменьшение дрейфа (нестабильности) выходного уровня напряжения или тока.

Рис. Структурная схема усилителя типа МДМ

Модулятор преобразует постоянный или медленно изменяющийся входной сигнал в переменное напряжение с частотой f , определяемой генератором опорного напряжения, и амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Переменного напряжения с выхода модулятора поступает на вход низкочастотного усилителя переменного тока. Демодулятор – фазочувствительный выпрямитель – преобразует переменное напряжение в постоянное, причем величина постоянного напряжения пропорциональна амплитуде переменного напряжения, а следовательно, пропорциональна входному сигналу.

Вследствие того, что в усилителях типа МДМ разорваны гальванические связи между каскадами, удается достичь высокого качества усиления, так как дрейф нуля в данной схеме отсутствует. Такие усилители могут использоваться в высокоточных (прецизионных) устройствах. Еще одним достоинством усилителей типа МДМ является возможность изолировать с помощью трансформатора входную и выходную части. Изолирующие усилители широко используются в медицинской электронике.

44. Вторичные источники питания

Источник питания — устройство, обеспечивающее схемы энергией.

Различают первичные и вторичные источники питания (ИВП). К первичным относят преобразователи различных видов энергии в электрическую, примером может служить аккумулятор, преобразующий химическую энергию. Вторичные источники сами не генерируют электроэнергию, а служат лишь для её преобразования в требуемую схемой набор параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.)

Наиболее простой вторичный источник питания реализуется по схеме без преобразования частоты

В нем трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразуется переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке ( стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой.

Так напряжение в сети может изменяться в диапазоне +15…-20% от номинального значения, а величины нагрузки измеряет выходное напряжение.

Этот источник питания без преобразования частоты обычно обеспечивает схемы постоянным напряжение питания, работают на частоте 50Гц. И при увеличении мощности нагрузки имеют большие габариты трансформатора, фильтра и значительные потери на преобразовании энергии.

Поэтому во многих случаях ИВП используют способ получения требуемых параметров энергии с преобразованием частоты (рис 4.2)

В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно на выпрямитель 1. На выходе сглаживающего фильтра 1 создается постоянное напряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью так называемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеет частоту, значительно превышающую 50Гц (обычно используют частоты в десятки килогерц). Затем напряжение передается через трансформатор (ТР), выпрямитель и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работает на повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габариты сглаживающего фильтра 2 оказываются значительно меньшим, как и в предыдущей схеме. Основная роль трансформатора состоит в гальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор и выпрямитель 2 образуют конвертор – устройство для измерения уровня постоянного напряжения.

Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет роль стабилизатора напряжения. В качестве активных приборов в инверторе используют транзисторы (биполярные или полевые). Иногда применяются тиристоры. В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме, поэтому источники питания с преобразованием частоты называют также импульсными. ИВП с преобразованием частот питания широко используются в современных устройствах электроники, в частности в компьютерах.