В останній час значне поширення знаходять підсилювальні пристрої з широтно–імпульсною модуляцією сигналу, що використовують режим D. Структурна схема підсилювача з широтно–імпульсною модуляцією зображена на рис. 10.9.
Рисунок 10.9 – Структурна схема підсилювача з ШІМ
Такі пристрої мають деякі переваги порівняно з класичними схемами підсилювачів, серед них високий ККД за будь–яких рівнів сигналу, більша стабільність відносно до самозбудження. Але ці підсилювачі складніші, мають обмежений частотний діапазон, що звужує їх застосування. Їх використання доцільне, коли на перше місце висуваються вимоги економічності, надійності, стабільності за поміркованих вимог до якості вихідного сигналу: багатоканальний гучномовний зв’язок, селекторні пристрої, мегафони тощо.
Генератор тактових імпульсів (ГТІ) виробляє імпульси, що надходять на вхід широтно–імпульсного модулятора (рис. 10.10). Тривалість імпульсів модулятора пропорційна амплітуді вхідного сигналу. Імпульсний сигнал зі змінною шпаруватістю підсилюється за потужністю вихідним каскадом, що працює у ключовому режимі та надходить на вхід фільтра НЧ, який здійснює фільтрацію ВЧ складових та фактично демодуляцію сигналу. Середнє значення напруги на навантаженні
; |
де — амплітуда напруги вихідного імпульсу, яка практично дорівнює напрузі живлення; — тривалість імпульсу широтно–імпульсного модулятора; — період тактових імпульсів; — коефіцієнт заповнення імпульсів.
Робочу точку такого підсилювача (режим спокою) вибирають за ; тоді у навантаженні виділяється значна потужність, що призводить до зменшення ККД підсилювача до 0,5 та менше. Це залежить від якості ФНЧ. Наявність значної постійної складової у вихідній напрузі зменшує ефективність динамічних головок, спричиняє підмагнічування вихідних трансформаторів та різке зростання коефіцієнта нелінійних спотворень. Ці недоліки особливо виявляються, коли одержують велику вихідну потужність /десятки–сотні ватт/. У такому разі необхідно використати розділовий конденсатор з великою ємністю.
Збільшення ККД та реалізація режиму роботи без постійної складової досягається застосуванням двотактного підсилювача (рис. 10.11). При підсиленні додатньої напівхвилі сигналу працює тільки ключ К.К.1, від’ємної — ключ К.К.2. Середнє значення струму у навантаженні за період вхідного сигналу дорівнює нулю, отже, відсутня постійна складова .
Підсилювач вміщує два широтно–імпульсних модулятори: ШІМ–1 для перетворення додатньої напівхвилі вхідного сигналу та ШІМ–2 для від’ємної напівхвилі.
Рисунок 10.10 – Часові діаграми, що пояснюють принцип дії підсилювача з ШІМ
Рисунок 10.11 – Структурна схема двотактного підсилювача з ШІМ