32. Підсилювачі з перетворенням.

Для підсилення слабких вхідних сигналів, до яких відносяться сигнали біологічних об’єктів, сигнали різних перетворювачів, застосовують підсилювачі з перетворенням.

Застосування цих підсилювачів обумовлено меншим дрейфом нуля, ніж в ППС.

Структура ППС з перетворенням може мати вигляд:

Складається з модулятора 1, в якому відбувається перетворення постійної напруги в змінну, підсилювача змінної напруги 2 і демодулятора 3.

В демодуляторі відбувається перетворення змінної напруги в постійну.

Найважливішими елементами такого підсилювача являється модулятор і демодулятор.

В якості модуляторів використовують:

- електромеханічні перетворювачі – віброперетворювачі;

- електронні перетворювачі.

Модулятори можуть будуватися по схемі з ключовими елементами і з застосуванням ключових елементів, з’єднаних по схемі мосту.

1. б)

На схемі рис. а) транзистор виконує роль ключа. В розімкнутому стані ключа вхідна напруга з’являється в точці А, а у випадку розімкнутого стану ключа ця напруга = 0. Управління транзистором здійснюється від окремого генератора прямокутних імпульсів відповідної частоти модуляції.

Модулятор по схемі RC мосту (рис. (б)) містить діоди , бар’єрні ємності яких залежать від приложеної напруги в зворотному напрямі. При живленні мосту змінним струмом міст збалансований і напруга =0. При подачі постійного баланс моату порушується і на виході мосту отримуємо змінну напругу пропорційну вхідній напрузі. Таким чином основу принципу роботи модулятор покладений ефект модуляції p-n переходу.

Високоякісні підсилювачі ППС із перетворенням.

Високоякісні підсилювачі з перетворенням будують з використанням принципу інваріантності.

Структурна схема такого підсилювача має вигляд:

Використовується 2 канали підсилення.

1-й канал містить ППС прямого підсилення з коефіцієнтом підсилення

2-й канал виконаний на підсилювачі з перетворенням.

Вихідна напруга обох каналів потрапляє на суматор, а потім підсилюється спільним підсилювачем.

• відносний дрейф ППС

де - дрейф напруги.

Остання залежність показує, що стабільність розглядуваного ППС тим вище, чим більше відношення: .

33. Підсилювачі класу «д».

1. Загальні відомості.

2. Структурні схеми підсилювачів класу Д.

3. Структурні схеми широтно-імпульсних модуляторів.

4. Підсилювачі імпульсних сигналів.

5. Ключовий підсилювач потужності.

1. Загальні відомості.

Недоліком підсилювачів класу А, АВ і В (лінійнійний режим роботи) є залежність їх ККД (<30%) від рівня підсилювального сигналу. Це пояснюється тим, що при малих амплітудах підсилювального сигналу трапляються значні втрати в підсилювальних елементах (далі ПЕ) потужних каскадів, коли вони працюють в лінійних режимах.

Підсилювачі класу Д, ПЕ яких працює в ключовому режимі, мають більш високі енергетичні показники. Їхній ККД залежить від втрат в ПЕ у відкритому і закритому стані, які незначні у порівнянні з втратами в лінійному рішенні. ККД таких підсилювачів з харошими імпульсними характеристиками ПЕ досягає 95-100% також при підсиленні звукових сигналів.

Але підвищення ККД підсилювачів класу Д відбувається за рахунок погіршення інших показників.

По-перше – підсилювальний сигнал необхідно промодулювати, перетворювати його в імпульси прямокутної форми, якими легко керувати електронними ключами (потужніми вихідними транзисторами), а це ускладнює схему підсилювача, погіршуючи його надійність і підвищує вартість).

По-друге – ключовий режим ПЕ сприяє збільшенню нелінійних спотворень підсилювального сигналу, що потребує застосування додаткових фільтрующих пристроїв, а це підвищує масу і вартість підсилювача.

По-третє – модульовані сигнали являють собою прямокутні імпульси однакової амплітуди але різної тривалості (рис. 2), мають широкий спектр частот, тому попередні каскади підсилювачів класу Д повинні бути достатньо широкосмугові, для забезпеченнямінімальних спотворень викривлень форми промодульованих імпульсних сигналів. А це також ускладнює схему підсилювача.

По-четверте – перехід ПЕ з відкритого стану в закритий та навпаки потужного закінчення каскаду, в якому комутується значний струм, супроводжується помітними перехідними процесами, що впливають на роботу попередніх каскадів підсилення. Це вимагає додаткових засобів захисту цих каскадів від впливу струмів комутації ПЕ кінцевого каскаду, що працює в ключовому режимі, за допомогою ланцюгів розвязки, що складаються з оптопар.

Таким чином, значне підвищення ККД підсилювачів класу Д у порівнянні з класами підсилення АВ та В досягається за рахунок ускладнення їх схемотехніки, деякого зниження їх надійності та погіршення частотних та лінійних властивостей.

2. Структурні схеми підсилювачів класу Д.

наван-таження

ФНЧ

ключовий підси-лювач

Рис. 1.

Так як для керування транзисторами окінцевого каскаду підсилювача потужності класу Д, що працюють в ключовому режимі, потрібні прямокутні імпульси, то підсилювальний гармонійний сигнал, що подається на вхід підсилювача, перетворюється за допомогою ШІМ-а в прямокутні імпульси однакової амплітуди, але різної тривалості. Джерелом сигналу та навантаженню характерізовані раніше, а інші ланки структурної схеми не такі як у підсилювачів гармонійного сигналу, тому їх необхідно охарактеризувати.

3 Структурні схеми широтно-імпульсних модуляторів.

При перетворенні підсилювального сигналу в імпульси однакової амплітуди прямокутної форми, тривалість яких змінюється у відповідності зі зміною миттєвих значень сигналу, з метою зменшення спотворень, частота слідування імпульсів повинна вибиратися в 5 разів більше максимальної частоти підсилювального сигналу f≥5f макс., а амплітуда повинна підтримуватися постійною.

Згідно закону ШІМ-ції середнє значення прямокутних імпульсів, що отримані в результаті модуляції, представляють собою підсилювальний сигнал (штрих-пунктирна лінія).

Рис. 2.