Введение
Электромеханическое устройство
В электронике, схема-прерыватель (или преобразователь) – это любой из множества типов электронных коммутационных устройств и схем, используемых в приложениях управления мощностью и сигналами. Прерыватель – это устройство, которое непосредственно преобразует постоянное входное напряжение в переменное постоянное выходное напряжение. По сути, прерыватель – это электронный переключатель, используемый для прерывания одного сигнала под управлением другого. В силовой электронике, поскольку переключающий элемент находится либо полностью во включенном, либо полностью в выключенном состоянии, его потери невелики, и схема может обеспечивать высокую эффективность. Однако ток, подаваемый на нагрузку, является прерывистым и может потребовать сглаживания или высокой частоты переключения для предотвращения нежелательных эффектов. В схемах обработки сигналов использование прерывания стабилизирует систему против дрейфа электронных компонентов; исходный сигнал может быть восстановлен после усиления или другой обработки с помощью синхронного демодулятора, который, по сути, отменяет процесс "прерывания".
Усилители для вибраторов
Одно из классических применений, где до сих пор используется термин "прерыватель" (chopper), – это усилители с прерыванием сигнала. Это усилители постоянного тока. Некоторые типы сигналов, требующих усиления, могут быть настолько малы, что необходим чрезвычайно высокий коэффициент усиления, однако создание усилителей постоянного тока с очень высоким коэффициентом усиления, низким смещением и шумом, а также разумной стабильностью и полосой пропускания значительно сложнее. Гораздо проще создать усилитель переменного тока. Прерыватель используется для модуляции входного сигнала, чтобы его можно было обрабатывать как сигнал переменного тока, а затем демодулировать обратно в сигнал постоянного тока на выходе. Таким образом, можно усилить чрезвычайно слабые сигналы постоянного тока. Этот подход часто применяется в электронных измерительных приборах, где важны стабильность и точность; например, с помощью этих методов можно создавать пиковольтметры и датчики Холла. Входное смещение усилителей становится критичным при усилении слабых сигналов с очень высоким коэффициентом усиления. Поскольку эта техника позволяет создать усилитель с очень низким входным смещением, и поскольку это смещение мало изменяется со временем и температурой, такие схемы также называют усилителями с "нулевым дрейфом" (поскольку отсутствует дрейф входного смещения со временем и температурой). К схожим техникам, обеспечивающим преимущества нулевого дрейфа, относятся схемы с автоматическим обнулением и стабилизацией с помощью прерывателя. Усилители с автоматическим обнулением используют дополнительный вспомогательный усилитель для коррекции входного смещения основного усилителя. Усилители со стабилизацией с помощью прерывателя сочетают в себе методы автоматического обнуления и прерывания для достижения превосходных характеристик точности постоянного тока. Примеры усилителей с прерыванием и автоматическим обнулением: LTC2050, MAX4238/MAX4239 и OPA333.
Снижающийся вертолет
Рассматривая понижающий преобразователь с источником напряжения, включенным последовательно с ключом преобразователя, индуктивностью и нагрузкой, диод подключается параллельно последовательной индуктивности и нагрузке. Приравнивая средний ток индуктивности во время включения и выключения, можно получить среднее выходное напряжение по формуле:
где – среднее выходное напряжение, – рабочий цикл, а – напряжение источника.
Шаг вверх / шаг вниз
Рассмотрим общий повышающе-понижающий преобразователь, работающий как преобразователь с повышением и понижением напряжения. Пусть источник напряжения включен последовательно с ключом преобразователя, диодом, включенным в обратном направлении, и нагрузкой, имеющей напряжение. Индуктивность подключена параллельно последовательному диоду и нагрузке. Аналогичным образом, приравнивая средний ток индуктивности во время включения и выключения ключа, можно получить среднее выходное напряжение по формуле:
где – среднее выходное напряжение, – рабочий цикл, а – напряжение источника.