Усилительные каскады переменного и постоянного тока
Усилительные каскады переменного и постоянного тока
Усилитель постоянного тока (УПТ) — электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает нулевую частоту (постоянный ток).
На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин УПТ можно применять к любому усилителю, способному работать на постоянном токе.
В подавляющем большинстве случаев УПТ является усилителем не тока, как следует из названия, а напряжения. Путаница обусловлена тем, что термин ток употребляется для описания электрических процессов вообще.
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. Таким образом, для осуществления передачи сигналов частот, близких к нулю, в УПТ используется непосредственная (гальваническая) связь.
Непосредственная связь может быть использована и в обычных усилителях переменного тока с целью 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 3.1. 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, к примеру, в медицинской электронике.
Вторичные источники питания
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 (рис 4.1)
Рис 4.1 Структурная схема источника питания без преобразователя 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.
Рассмотренный источник питания является источником 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)
Рис 4.2. Структурная схема источника питания с преобразователем частоты
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.