Amplificatoare DC - scop, tipuri, circuite și principiu de funcționare

Amplificatoarele de curent continuu, după cum sugerează și numele, nu amplifică curentul în sine, adică nu generează putere suplimentară. Aceste dispozitive electronice sunt folosite pentru a controla vibrațiile electrice într-un anumit interval de frecvență începând de la 0 Hz. Dar privind forma semnalelor la intrarea și la ieșirea amplificatorului DC, se poate spune fără echivoc că există un semnal de intrare amplificat la ieșire, dar sursele de putere pentru semnalele de intrare și de ieșire sunt individuale.

Conform principiului de funcționare, amplificatoarele de curent continuu sunt clasificate în amplificatoare directe și amplificatoare convertoare.

Amplificatoarele de conversie DC transformă DC în AC, apoi amplifică și rectifică. Aceasta se numește câștig cu modulație și demodulare - MDM.

Circuitele amplificatoare directe nu conțin elemente reactive, cum ar fi inductori și condensatori, a căror impedanță este dependentă de frecvență. În schimb, există o conexiune galvanică directă a ieșirii (colector sau anod) a elementului amplificator al unei trepte la intrarea (bază sau grilă) etapei următoare.Din acest motiv, un amplificator cu câștig direct este capabil să treacă (amplifica) chiar DC.… Astfel de scheme sunt populare și în acustică.

Cu toate acestea, deși conexiunea galvanică directă se transferă foarte precis între căderea de tensiune a treptelor și schimbările lente ale curentului, o astfel de soluție este asociată cu funcționarea instabilă a amplificatorului, cu dificultăți în stabilirea modului de funcționare al elementului amplificator.

Când tensiunea surselor de alimentare se modifică ușor sau modul de funcționare al elementelor amplificatorului se modifică sau parametrii acestora plutesc puțin, atunci se observă imediat modificări lente ale curenților din circuit, care prin circuite conectate galvanic intră în semnalul de intrare. și, în consecință, distorsionează forma semnalului la ieșire. Adesea, aceste modificări false de ieșire sunt similare ca magnitudine cu modificările de performanță cauzate de un semnal de intrare normal.

Distorsiunea tensiunii de ieșire poate fi cauzată de o varietate de factori. În primul rând, prin procese interne în elementele lanțului. Tensiunea instabilă a surselor de alimentare, parametrii instabili ai elementelor pasive și active ale circuitului, în special sub influența scăderilor de temperatură, etc. Este posibil să nu aibă deloc legătură cu tensiunea de intrare.

Modificările tensiunii de ieșire cauzate de acești factori sunt numite deriva nulă a amplificatorului. Modificarea maximă a tensiunii de ieșire în absența unui semnal de intrare către amplificator (când intrarea este închisă) într-o perioadă de timp se numește deriva absolută.

Tensiunea de derivă referită la intrare este egală cu raportul dintre deriva absolută și câștigul amplificatorului dat.Această tensiune determină sensibilitatea amplificatorului, deoarece limitează semnalul de intrare minim detectabil.

Pentru ca un amplificator să funcționeze corect, tensiunea de deriva nu trebuie să depășească o tensiune minimă predeterminată a semnalului de amplificat care este aplicat la intrarea acestuia. Dacă deviația de ieșire este de aceeași ordine cu sau depășește semnalul de intrare, distorsiunea va depăși limita permisă pentru amplificator, iar punctul său de funcționare va fi deplasat în afara domeniului de funcționare adecvat al caracteristicilor amplificatorului ("deriva zero"). .

Pentru a reduce abaterea zero, se folosesc următoarele metode. În primul rând, toate sursele de tensiune și curent care alimentează treptele amplificatorului sunt stabilizate. În al doilea rând, folosesc un feedback negativ profund. În al treilea rând, schemele de compensare a derivei temperaturii sunt utilizate prin adăugarea de elemente neliniare ai căror parametri depind de temperatură. În al patrulea rând, sunt utilizate circuite de punte de echilibrare. În cele din urmă, curentul continuu este transformat în curent alternativ, după care curentul alternativ este amplificat și redresat.

Atunci când se creează un circuit amplificator DC, este foarte important să se potrivească potențialele la intrarea amplificatorului, la punctele de conectare ale etapelor sale, precum și la ieșirea sarcinii. De asemenea, este necesar să se asigure stabilitatea etajelor în diferite moduri și chiar în condițiile parametrilor circuitului flotant.

Amplificatoarele DC sunt single-ended și push-pull. Circuitele de câștig direct one-shot acceptă alimentarea directă a semnalului de ieșire de la un element la intrarea următorului.Tensiunea colectorului primului este alimentată la intrarea următorului tranzistor împreună cu semnalul de ieșire de la primul element (tranzistor).

Aici trebuie să se potrivească potențialele colectorului primului și ale bazei celui de-al doilea tranzistor, pentru care tensiunea colectorului primului tranzistor este compensată de un rezistor. De asemenea, se adaugă un rezistor la circuitul emițător al celui de-al doilea tranzistor pentru a compensa tensiunea emițătorului de bază. Potențialele de pe colectoarele tranzistoarelor din etapele următoare trebuie să fie și ele mari, ceea ce se realizează și prin utilizarea rezistențelor de potrivire.

Într-o etapă de împingere echilibrată în paralel, rezistențele circuitelor colectoare și rezistențele interne ale tranzistoarelor formează o punte cu patru brațe, una dintre diagonalele căreia (între circuitele colector-emițător) este alimentată cu o tensiune de alimentare și altele (între colectoare) este conectată la sarcină. Semnalul de amplificat este aplicat bazelor ambelor tranzistoare.

Cu rezistențe colectoare egale și tranzistoare perfect identice, diferența de potențial dintre colectoare, în absența unui semnal de intrare, este zero. Dacă semnalul de intrare este diferit de zero, atunci colectoarele vor avea potențiali pași egali ca mărime, dar cu semn opus. Sarcina dintre colectoare va apărea curent alternativ sub forma unui semnal de intrare repetat, dar cu o amplitudine mai mare.

Astfel de trepte sunt adesea folosite ca trepte primare ale amplificatoarelor cu mai multe trepte sau ca trepte de ieșire pentru a obține tensiune și curent echilibrat. Avantajul acestor soluții este că efectul temperaturii asupra ambelor brațe își schimbă caracteristicile în mod egal și tensiunea de ieșire nu plutește.