Підсилювачі класу D

Суттєвим недоліком підсилювачів класу А, АВ, В є залежність величини коефіцієнта корисної дії від амплітуди підсилюваного сигналу, причому меншій амплітуді відповідає менша величина коефіцієнта корисної дії. У випадку підсилювачів класу D активний елемент працює у ключовому режимі, тобто знаходиться в стані відсічки або насичення. В першому випадку спад напруги на підсилювальному елементі великий, проте протікаючий струм дуже малий. У другому – протікаючий струм великий, але спад напруги малий.

В обох випадках розсіювана на підсилювальному елементі потужність мала. Отже, використання транзисторів із високими ключовими характеристиками дозволяє підняти коефіцієнта корисної дії практично до 90 – 95%.

Характерно, що в цьому випадку, незалежно від амплітуди підсилюваного сигналу, величина коефіцієнту корисної дії залишається незмінною.

Використання підсилювачів класу D розв’язує питання підвищення коефіцієнта корисної дії, проте виникає ряд труднощів, а саме :

1) забезпечення роботи підсилювального елемента у ключовому режимі вимагає введення до структури підсилювача блоку широтної або частотної модуляції;

2) прямокутні імпульси, сформовані модулятором, займають досить широкий спектр, отже, діапазон підсилюваних частот наступних підсилювачів імпульсів повинен бути достатньо широким;

3) робота підсилювального елемента у ключовому режимі приводить до збільшення величини нелінійних спотворень;

4) комутація потужних сигналів ключовим елементом зумовлює до виникнення значного рівня перешкод, що погіршує роботу самого підсилювача й погіршує умови електромагнітної сумісності з іншими приладами. На структурному рівні підсилювач класу D має наступний вигляд :

Рис.3.11

ДПС – джерело підсилюваного сигналу; ШІМ – широтно-імпульсний модулятор; ПІ – підсилювач імпульсів; КП – ключовий підсилювач; ФНЧ – фільтр низької частоти; Rн - навантаження.

ІШМ перетворює вхідний сигнал у послідовність прямокутних імпульсів однакової амплітуди, але різної тривалості. Підсилювальний сигнал, промодульований ШІМ, як правило, не може керувати потужними транзисторами КП, який підсилює амплітуду прямокутних імпульсів до значення, необхідного для ефективного керування потужним транзистором КП. Крім цього, за рахунок збільшення амплітуди імпульсної послідовності можна покращити фронт і зріз імпульсу, що сприяє зростанню ККД.

Виконання останньої функції особливо важливе для зменшення відрізку часу, протягом якого ключовий підсилювач (КП) буде знаходитись у проміжному

(активному) режимі, в якому розсіювана потужність на КП висока.

ФНЧ виконує функцію своєрідного демодулятора, тобто функцію виділення корисного сигналу з підсилюваного сигналу.

У випадку підсилювачів класу D розрізняють два основних різновиди ШІМ

– інвертуючий та неінвертуючий. У першому випадку структурна схема модулятора має вигляд, наведений на рис. 3.12.

Рис.3.12

де ДПС – джерело підсилювального сигналу; Г – генератор сигналів трикутної форми; ПП – пороговий пристрій.

Форма середнього значення амплітуди широтно-імпульних коливань є інверсною відносно форми вхідного модульованого сигналу.

Принцип роботи схеми інвертуючого ШІМ є наступний.

З допомогою порогового пристрою здійснюється порівняння амплітуд сигналів генератора трикутної форми та амплітуди перетворюваного сигналу. Якщо U_Г < U_С , то на виході ПП формується низький рівень сигналу. При U_Г U_С на виході ПП формується високий рівень сигналу. Частота слідування імпульсів визначається частотою слідування імпульсів трикутної форми, сформованих генератором. Напруга генератора має трикутну форму з лінійним зростанням і спаданням, причому тривалість прямокутних імпульсів на виході порогового пристрою дорівнює інтервалу часу, протягом якого U_Г U_e .

Структурна схема й основні осцилограми неінвертуючого ШІМ наведено на рис.3.13

Рис.3.13

З допомогою суматора сигнал генератора модулюється перетворюваним сигналом. Пороговий пристрій у даній схемі порівнює цей просумований сигнал з деяким фіксованим рівнем U0ПП. Принцип роботи ПП залишається тим же, а саме:

U_Г U_С U_ПП –формується високий рівень вхідного сигналу. U_Г U_С U_ПП –формується низький рівень вихідного сигналу.

У структурній схемі підсилювачів класу D присутній підсилювач імпульсів, його призначення - підвищення амплітуди підсилюваного сигналу та покращення його форми (зменшення фронту та зрізу). Виконання останньої функції особливо важливе для зменшення відрізку часу, протягом якого ключовий підсилювач (КП) буде знаходитись у проміжному (активному) режимі. Розсіювана потужність на КП у цих режимах висока.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Трансформаторні та безтрансформаторні підсилювачі класу А, В, АВ	\|	Схемотехнічна реалізація підсилювачів класу D.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.