Методична розробка для профтехучилищ з радіотехнічним профілем – стенд для вивчення підсилювачів класу D

Методична розробка для профтехучилищ з радіотехнічним профілем – стенд для вивчення підсилювачів класу D

   До підсилювачів – класу D відносять підсилювачі, в яких вхідний аналоговий сигнал перетворюється на цифрову форму, а у вихідному каскаді здійснюється зворотне перетворення.  Для реалізації такого роду підсилювачів в основному використовують спосіб перетворення вихідного аналогового сигналу на цифрову широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ).  Ширина синтезованих цифрових сигналів пропорційна амплітуді вхідного сигналу. У підсилювачі на його виході  цифровий сигнал знову перетворюється на аналоговий за допомогою фільтру низьких частот (ФНЧ). Незаперечною перевагою підсилювачів D-класу є високий коефіцієнт корисної дії (ККД), який досягає 98...99%, недоліком є - підвищений коефіцієнт нелінійних спотворень, зумовлений неідеальністю процесів прямого та зворотного перетворень. На рис. 1 наведено схему підсилювача D-класу з ШІМ-керованим мультивібратором на основі мікросхеми КР1006ВИ1. КР1006ВИ1- це інтегральна мікросхема-таймер, призначена для формування одиночних і повторюваних імпульсів зі стабільними часовими характеристиками. Застосовується для побудови різних генераторів, модуляторів, реле часу, порогових пристроїв та інших вузлів електронної апаратури.

  В даній схемі мікросхема – таймер  працює в режимі широтно-імпульсного модулятора. Частота модуляції залежить від ємності конденсатора С1, яка при ємності 510 пф – генерується частота  50 кГц. На управляючий вивід К (5) поступає аналоговий сигнал від підсилювача низької частоти, виконаний на цифровій мікросхемі К561ЛН2 – детальний опис ПНЧ є в (1). В принципі, можливо обійтися без ПНЧ – подавши сигнал з генератора безпосередньо на управляючий вивід К (5 В), але були вільні комірки мікросхеми К561ЛН2, то доцільно було їх використати для ПНЧ. 

   ШІМ сигнал знімається з мікросхеми D1 з виводу 3 (OUT) і подається через комірки мікросхеми D2.3, D2.4 на емітерний повторювач на транзисторі VT1 – на виході якого сигнал через П-образний фільтр низької частоти поступає в  навантаження, тобто телефонний капсуль на 50 Ом типу «TESLA».   Зазвичай, в якості вихідних транзисторів застосовують польові мультизатворні транзистори типуMOSFET і отримують велику вихідну потужність. Провідними фірмами розроблені варіанти малогабаритних ПНЧ класу D з вихідною потужністю сотні ватт і малими нелінійними спотвореннями.

    В даному випадку не ставилося завдання отримати велику потужність, а продемонструвати суть перетворень аналогового сигналу в ШІМ, а з

ШІМ сигналу отримати аналоговий сигнал за допомого фільтру низької частоти. На    вхід

ПНЧ подаємо синусоїдальний сигнал частотою

800 Гц, або 1000 Гц з напругою порядку

5 мВ. Вхідний  синусоїдальний сигнал показано на фото 1(к.т. 1).  

                                  Фото 1                                        .   

  В контрольній точці к.т. 2 можливо за допомогою осцилографа побачити ШІМ сигнал. Піки синусоїди виглядають як «згущення» імпульсів, тобто саме там імпульси будуть ширші. Якщо змінити період розгортки в осцилографі щоб побачити частоту 50 кГц, то можливо побачити імпульси на фото 2. Якщо збільшити вхідну напругу, то видно що імпульси розширяються – фото 3.  На фото 4 показано сигнал ШІМ після фільтру низької частоти – видимих спотворень синусоїди немає, хоча лінія синусоїдального сигналу потовщена, тобто сигнал трохи «зашумлений». 

Для покращення процесу перетворення аналогового сигналу в ШІМ необхідно використовувати більш складні схеми, а для демонстрації процесу така схема підходить. 

                                             Фото 2

                                                   Фото 3                        

                                              Фото 4

На телефонному капсулі сигнал частотою 1000 Гц - чистий музикальний тон, без спотворень.

Автор: Бабин Дмитро Святославович

: