1- ma’ruza. Kuchaytirish qurilmalari

1.4. D sinfdagi kuchaytirgichlarning o‘ziga xos xususiyatlari

So‘nggi yillarda D sinfdagi kuchaytirgichlar keng qo‘llanilmoqda. Ular yana impulsli kuchaytirgichlar deyiladi. Bunday kuchaytirgichda ovoz signali keng impulsli modulyatsiyalash (KIM) natijasida turli kengliklardagi impulslar ketma-ketligiga o‘zgartiriladi. Impulslarning takrorlanish chastotasi odatda 300-500 kGs chegaralarda olinadi, bu butun audio diapazon uchun optimal hisoblanadi. Agar kuchaytirgich sabvufer kuchaytirgichi va faqat 100-200 Gs gacha diapazonni kuchaytirishi kerak bo‘lsa, u holda qayta ulanish chastotasini 50-100 kGs gacha kamaytirish mumkin.

Ilgari impulsli kuchaytirgichlar faqat o‘zining yuqori foydali ish koeffitsienti (odatda 90% dan yuqori) tufayli qiziqtirgan va faqat quvvatli elektr dvigatellarni boshqarish uchun qo‘llangan. Bu yuqori chastotalarda ishlay oladigan yuqori chastotali quvvatli qayta ulash elementlarining yo‘qligiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri bog‘liq bo‘lgan, buning natijasida yuqori nochiziqli buzilishlarni oldini olib bo‘lmagan. Lekin hozirda ko‘plab elektron komponentlar ishlab chiqaruvchi kompaniyalarda 1 MGs va undan yuqori chastotalarda ishlay oladigan D sinfdagi kuchaytirgichlarni qurish uchun maxsuslashtirilgan elementlar chiqarilmoqda.
Bipolyar tranzistorlarda yig‘ilgan chiqish kaskadlarining ishlash prinsipini ko‘rib chiqamiz.
Bipolyar tranzistorlarda yig‘ilgan AV sinfdagi kuchaytirgichning chiqish kaskadi past foydali ish koeffitsientiga ega, shuning uchun chiqish tranzistorlari o‘zgaruvchan qarshilikka o‘xshash o‘z aktiv qarshiligini o‘zgartiradi va bu bilan chiqish tokini boshqaradi. AV sinfdagi kuchaytirgichda ta’minot kuchlanishiga teng bo‘lgan chiqish kuchlanishi amplitudasining o‘zgarishini olish mumkin emas, chunki hatto to‘liq ochiq holatda bipolyar tranzistor kollektori va emitteri orasidagi U_KE kuchlanish taxminan 1-2 V ga teng bo‘ladi.
Impulsli kuchaytirgichlarda kuch elementi quvvatli maydoniy tranzistorlar hisoblanadi, ularda faqat ikkita – ochiq va yopiq holatlar bo‘lishi mumkin. Zamonaviy maydoniy tranzistorlar ochiq kanalining qarshiligi juda kichik (odatda o‘nlab mOm) bo‘ladi, demak, bu elementlardagi kuchlanishning tushishi ham sezilarsiz bo‘ladi. Meandr chiqish filtridan o‘tish bilan ovoz chastotasi o‘zgaruvchan tokiga o‘zgaradi, uning ossillogrammasi 1.16-rasmda tasvirlangan.

1.16- rasm. Signalni o‘zgartirish ossillogrammasi

Bu bilan tushuntiriladiki, impulsli kuchaytirgichning ajralmas qismi hisoblanadigan chiqish drosseli o‘zgaruvchan sig‘imli signal uchun o‘z reaktiv qarshiligini o‘zgartiradi. Ovoz signali boshqaradigan sig‘im bilan birga yuklama orqali oqib o‘tadigan tok ham o‘zgaradi.

Yo‘qotishlarni sezilarli qismi maydoniy tranzistorlarning qayta ulanishi momentida frontlarda bo‘lib o‘tadi, shuning uchun o‘zgartirish chastotasini kamaytirish bilan vaqt birligi ichidagi frontlar sonini kamaytirish va buning natijasida foydali ish koeffitsientini biroz oshirish mumkin. Aynan shu sababga ko‘ra, D sinfdagi sabvufer kuchaytirgichlarda o‘zgartirish chastotasi 50 kGs gacha kamaytiriladi.
Yuqorida aytilganidek, zamonaviy maydoniy tranzistorlar yuqori tezlikda qayta ulana oladi, bu bilan ishlab chiquvchiga o‘zgartirish chastotasini sezilarli oshirishga va demak, chiqish drosselining o‘lchamlarini kamaytirishga imkon beradi. Natijada cho‘lg‘amning o‘zgarmas tok bo‘yicha qarshiligi (R_dc) ham ancha kichik bo‘ladi, demak, cho‘lg‘am simining qizishi ancha kamayadi.
D sinfdagi kuchaytirgichlar uchta turga bo‘linadi:

1. 
   Tashqi arrasimon kuchlanish generatorili kuchaytirgich (1.17- rasm);
   

1.17- rasm. Tashqi arrasimon kuchlanish generatorili kuchaytirgich

2. 
   Avtogeneratsiyali kuchaytirgich (1.18- rasm).
   

1.18- rasm. Avtogeneratsiyali kuchaytirgich

3. 
   Teskari aloqa signali chiqish filtridan keyin olinadigan kuchaytirgich (1.19- rasm).
   

Tashqi arrasimon kuchlanish generatorili kuchaytirgichlar аvtogeneratsiyali turdagi kuchaytirgichlarga qaraganda tayyorlashda va yig‘ishda eng oddiy bosma plata topologiyasi va komponentlarga kam talablarga ega. Aynan bu kuchaytirgichlar hozirgi vaqtda ham avtomobillar akustik tizimlari tarkibiga kiradigan sabvufer kuchaytirgichlari, ham keng polosali professional estrada kuchaytirgichlarining turkum modellari orasida eng keng tarqalgani hisoblanadi.

1.19- rasm. Teskari aloqa signali chiqish filtridan keyin olinadigan kuchaytirgich

Avtogeneratsiyali turdagi kuchaytirgichlar avtogeneratorlar kabi ishlaydi, ularda tebranish jarayoni musbat teskari aloqadan foydalanish hisobiga bo‘lib o‘tadi va saqlanadi. Bu turdagi kuchaytirgichlar bosma plata topologiyasiga yuqoriroq talablar bilan ajralib turadi, lekin bu masalaga sinchiklab yondashishda bu turdagi kuchaytirgichlar ovozni qayta eshittirish sifati boshqalarda sezilarli yaxshi bo‘ladi.

O‘z navbatida аvtogeneratsiyali turdagi kuchaytirgichlar ikkita nimguruhlarga bo‘linadi, ularda teskari aloqa chiqish filtrigacha va undan keyin tashkil etiladi. Teskari aloqa chiqish filtrigacha amalga oshiriladigan sxemalarda u faqat quvvatli komparatorning nochiziqliligini tuzatadi, chiqish filtri esa nazoratdan tashqarida bo‘ladi. Bunday kuchaytirgichlar tekis ACHXga ega bo‘lmaydi va ularda chiqish impedansi chastotaning ortishi bilan kuchli ortadi.
Teskari aloqa faqat chiqish filtridan olinadigan kuchaytirgichlar bu barcha kamchiliklardan holi, ularda manfiy teskari aloqa filtrdan keyin amalga oshiriladi va barcha nochiziqliliklarni tuzatish mumkin, tebranish jarayoni esa ma’lum chastotada fazaning surilishi 180 graduslarni tashkil etishi hisobiga boshlanadi, ya’ni bu chastotada teskari aloqa musbat bo‘lib qoladi va kuchaytirgich generator sifatida ishlaydi.
Faza komparatorining o‘zida, chiqish filtrida va maxsus fazani suruvchi RC-zanjirda bo‘lib o‘tadigan signalning kechikishi tufayli suriladi.
1.20- rasmda keltirilgan teskari aloqasiz kuchaytirgichning umumiy tuzilish sxemasini ko‘rib chiqamiz.
Raqamlashtirilgan signal audio protsessorga beriladi, u o‘z navbatida, kenglik-impulsli modulyatsiyalash (PWM - Pulse Width Modulation) yordamida yarim o‘tkazgichli kalitlarni boshqaradi. Qo‘shimcha aytish mumkinki, SHIM-signalni, masalan, arrasimon kuchlanishni analog-raqamli o‘zgartirishsiz komparator va generator yordamida olish mumkin. Bunday usul D sinfdagi kuchaytirgichlarda ham keng qo‘llanadi, lekin raqamli texnikaning rivojlanishi tufayli asta-sekin o‘tmishda qolmoqda. Analog-raqamli o‘zgartirish ovozga ishlov berish bo‘yicha qo‘shimcha imkoniyatlar – ovoz balandligi va tembrni rostlashdan tortib to reverberatsiya, shovqinni so‘ndirish, akustik teskari aloqani so‘ndirish va boshqalar kabi raqamli samaralarni amalga oshirishgacha imkoniyatlarni ta’minlaydi.

1.20- rasm. Raqamli kuchaytirgichning tuzilish sxemasi

D sinfdagi ko‘priksimon kuchaytirgichning to‘liq tuzilish sxemasi 1.21- rasmda, uning vaqt diagrammalari esa 1.22- rasmda keltirilgan.

1.21- rasm. D sinfdagi ko‘priksimon kuchaytirgichning to‘liq tuzilish sxemasi

1.22- rasm. D sinfdagi ko‘priksimon kuchaytirgichning vaqt diagrammalari

Analog kuchaytirgichlardan farqli ravishda D sinfdagi kuchaytirgichlar chiqish signali to‘g‘ri burchakli shakldagi impulslar hisoblanadi. Ularning amplitudasi o‘zgarmas, davomiyligi (“kengligi”) esa kuchaytirgichning kirishiga beriladigan analog signalning amplitudasiga bog‘liq ravishda o‘zgaradi. Impulslar chastotasi (diskretlashtirish chastotasi) o‘zgarmas va kuchaytirgichlarga qo‘yiladigan talablarga bog‘liq ravishda bir necha o‘nlab kilogerslardan yuzlab kilogerslargachani tashkil etadi. Shakllantirilganidan keyin impulslar kalit rejimida ishlaydigan oxirgi tranzistorlarda kuchaytiriladi. Impulsli signalni analog signalga o‘zgartirish kuchaytirgich chiqishidagi filtrda yoki to‘g‘ridan-to‘g‘ri yuklamada bo‘lib o‘tadi.