Схемотехнічна реалізація підсилювачів класу D.

 

Схема найбільш простого підсилювача класу AD матиме вигляд:

Рис.3.14

При двохелементному LC-фільтрі, з допомогою якого виділяється корисний сигнал, параметри елементів фільтра розраховуються за формулами:

де fmax - максимальна частота корисного підсилюваного сигналу.

Величина коефіцієнту корисної дії даної схеми в першому наближенні може розраховуватись за формулою:

де r_нас. – опір транзистора в режимі насичення, R_Н – опір навантаження.

При виведенні цієї формули не враховувались втрати обумовлені скінченністю величини тривалості фронту та зрізу, тобто не враховувались втрати енергії на транзисторі при його переході через активну область від стану насичення до відсічки, і навпаки. Оскільки транзистор володіє власною внутрішньою паразитною електричною ємністю, то в режимі відсічки вона заряджається, а при переході транзистора в режим насичення відбувається її розряд. Це також вносить додаткові паразитні втрати енергії. Крім цього в схемі на рис. 3.14 опір навантаження не заземлений, що створює певні незручності.

Рис. 3.15.

Вищі технічні характеристики забезпечуються двотактним підсилювачем класу AD. Двохтактна схема, за своєю суттю, поєднує дві однотактні схеми підсилювача AD, що працюють на одне навантаження. Робота підсилювача ілюструється часовими діаграмами (рис.3.16.)підсинюваний сигнал подається на вхід ШІМ, де перетворюється в дві послідовності прямокутних імпульсів , , зсунутих один відносно одного за фазою на 180º. Сигнали , підсилюються ідентичними підсилювачами імпульсів і подаються на входи транзисторів VT1 та VT2 двохтактного каскаду, при цьому в колекторному колі транзисторів формується послідовність прямокутних імпульсів (третя осцилограма рис. 3.16).після демодуляції ФНЧ струм протікаючий в аноді навантаження не буде містити вищих гармонійних складових. Фаза коливань напруги на опорі навантаження протилежна фазі коливань вхідного сигналу.

Рис. 3.16

Підсилювачі класу D характеризуються рядом недоліків. Вони менш точно відтворюють форму підсилювальних коливань і мають і мають на виході залишкові пульсації, що понижує їх динамічний діапазон. Крім того реалізація крутих фронтів імпульсів вимагає дуже високих граничних частот транзисторів і створює значні радіозавади в широкому спектрі частот.

76. Трансформаторні та без трансформаторні підсилювачі класу А, В, АВ.

 

Розглянемо найбільш простий випадок однотактного вихідного каскаду.. Однотактні вихідні каскади можуть бути резистивні, трансформаторні, та дросельні.. Трансформаторні каскади використовуються у випадку низькоомного навантаження рис.3.1. Водночас каскади такого типу характеризуються такими недоліками: 1 – значні масогабаритні характеристики; 2 – погіршення виду АЧХ і для її вирівнювання в каскади попереднього підсилення вводяться ланки корекції; 3 – протікання колекторного струму через первинну обмотку в одному напрямку приводить до насичення осердя трансформатора, що погіршує фазочастотні характеристики.

Рис. 3.1

Оскільки активна складова опору первинної обмотки трансформатора низька, то навантажувальна пряма каскаду за постійним струмом є практично вертикальною лінією. Величина опору навантаження колектора за перемінним струмом складається з індуктивного опору первинної обмотки і, так званого, приведеного до первинної обмотки опору навантаження рис.3.2

 

Рис. 3.2

Даний каскад може працювати тільки в режимі А. Використання цього каскаду, наприклад, в режимі В приводить до виникнення парних гармонік, процентний зміст яких складає 40 %. Робота підсилювача в режимі А завідомо погіршує його енергетичні характеристики. Величина корисної потужності рівна площі трикутника АВС і визначається за формулою;

Значно вищі енергетичні характеристики забезпечуються при використанні двотактних вихідних каскадів рис. 3.3. Принцип роботи таких каскадів полягає в тому, що використовується два однакових однотактних каскади, кожен з яких підсилює свою (додатну чи від'ємну) півхвилю сигналу. Двотактні вихідні каскади можуть бути трансформаторними та безтрансформаторними. Останні прийнято підрозділяти на вихідні каскади з одним та двома джерелами живлення.

Рис.3.3

В даній схемі резистори R₁, R₂ задають режим роботи, емітерний резистор забезпечує стабілізацію положення робочої точки. Вихідний трансформатор виконаний з симетричною первинною обмоткою. Вхідний трансформатор забезпечує наявність двох протифазних сигналів (фазоінверсний трансформатор) В перший на півперіод на базу VT2 подається закриваюча напруга, на VT1 – відкриваюча (рис. 3.3).

Синусоїдальна зміна базової напруги приводить до відповідної зміни колекторного струм, який в перший напівперіод протікає від кінця до початку першої половини первинної обмотки трансформатора рис. 3.3.

 

В якості фазоінверсного каскаду можна використовувати транзисторні схеми, Вони не забезпечують гальванічної розв'язки, проте дозволяють суттєво зменшити масогабаритні параметри підсилювача. Прикладом фазоінвертуючого каскаду, може бути каскад з розділеним навантаженням рис. 3.5 (а).

Рис.3.5

Номінали резисторів цієї схеми, як правило вибираються рівними між собою. Недоліком схеми є те, що вихідний опір різний на різних виходах. Цей недолік вдається усунути використовуючи схему з інвертуючим каскадом рис. 3.5 (б). В цьому випадку обидва сигнали знімаються з емітерів транзистора і забезпечується найменша величина вихідного опору. Найбільш високу температурну стабільність параметрів протифазних сигналів забезпечує схема рис. 3.6, яка є базовою для диференційних підсилювачів.

Рис.3.6

підсилювача з опором навантаження вирішується шляхом використання схем з спільним колектором (емітерний повторювач), які забезпечують найбільш низький вихідний опір.

Вхідні кола

 

Вхідне коло є одним з основних блоків преселектора. В зв’язку з цим, функція вхідного кола – виділення сигналу заданої станції на фоні завад та сигналів сусідніх станцій. Яке здійснюється за допомогою фільтра. Як правило, це є резонансний контур. Параметри останнього, в основному, погіршуються при під’єднанні антени та блоку ПРЧ чи ПЧ.

На структурному рівні вхідне коло представляється рис. 3.1.

 

Для того, щоб власні параметри фільтра були якомога менше змінені внаслідок під’єднання інших блоків, використовують пристрої узгодження. В більшості випадків, це є індуктивні, ємнісні подільники, або індуктивно зв’язані котушки. Основним параметром чотириполюсників узгодження є коефіцієнт ввімкнення.

Основні параметри вхідних кіл:

- Коефіцієнт передачі за напругою

- Коефіцієнт передачі по потужності

- Діапазон робочих частот, це діапазон в межах якого можуть змінюватись параметри фільтра.

- Смуга пропускання. У випадках одноконтурного фільтра:

- Нестабільність основних параметрів вхідних кіл в межах робочого діапазону частот.

;

\

Вхідні кола можуть бути одноконтурні, двоконтурні, та багатоконтурні. Вони можуть відрізнятись по виду зв’язку вхідного кола з антеною. Розрізняють такі основні види зв’язку:

- Безпосередній;

- Ємнісний;

-
Індуктивний;

- Комбінований.

 

Найбільше використовують б, в, г.

 

На прикладі вхідного кола з ємнісним зв’язком отримаємо залежність коефіцієнта передачі від частоти. Розглянемо випадок коли власна частота антени відрізняється від робочого діапазону частот, тобто розглядаємо випадок не налаштованої антени. Узагальнена еквівалентна схема при цьому матиме вигляд:

 

В даній схемі r_A, L_A, C_A – це є розпреділені параметри антени; C_зв – конденсатор зв’язку; g_к – активна складова провідності коливального контуру вхідного кола; g₁₁ – вхідна провідність наступного каскаду ПРЧ або змішувача.

Випадок індуктивного зв’язку. Розглядаємо випадок неналаштованої антени. При індуктивному зв’язку з вихідним колом еквівалентна схема матиме вигляд приведений на рис. 3.8.