Stejnosměrné zesilovače - účel, typy, obvody a princip činnosti

Stejnosměrné zesilovače, jak název napovídá, nezesilují proud samy o sobě, to znamená, že nevytvářejí dodatečný výkon. Tato elektronická zařízení se používají k řízení elektrických vibrací v určitém frekvenčním rozsahu od 0 Hz. Ale při pohledu na tvar signálů na vstupu a výstupu stejnosměrného zesilovače lze jednoznačně říci, že na výstupu je zesílený vstupní signál, ale zdroje napájení pro vstupní a výstupní signály jsou individuální.

Podle principu činnosti se stejnosměrné zesilovače dělí na přímé zesilovače a konvertorové zesilovače.

DC konverzní zesilovače převádějí DC na AC, poté zesilují a usměrňují. Toto se nazývá zisk s modulací a demodulací — MDM.

Obvody přímého zesilovače neobsahují reaktivní prvky, jako jsou induktory a kondenzátory, jejichž impedance je frekvenčně závislá. Místo toho je zde přímé galvanické propojení výstupu (kolektor nebo anoda) zesilovacího prvku jednoho stupně se vstupem (základna nebo mřížka) dalšího stupně.Z tohoto důvodu je zesilovač s přímým ziskem schopen procházet (zesilovat) dokonce DC.… Taková schémata jsou oblíbená i v akustice.

I když se však přímé galvanické spojení velmi přesně přenáší mezi poklesem napětí na stupních a pomalými změnami proudu, je takové řešení spojeno s nestabilním provozem zesilovače, s obtížemi při nastavování pracovního režimu zesilovacího prvku.

Když se mírně změní napětí napájecích zdrojů nebo se změní režim činnosti zesilovacích prvků nebo jejich parametry trochu plavou, pak jsou okamžitě pozorovány pomalé změny proudů v obvodu, které přes galvanicky propojené obvody vstupují do vstupního signálu a podle toho zkreslit tvar signálu na výstupu. Tyto falešné výstupní změny mají často podobnou velikost jako změny výkonu způsobené normálním vstupním signálem.

Zkreslení výstupního napětí může být způsobeno řadou faktorů. Především prostřednictvím vnitřních procesů v prvcích řetězce. Nestabilní napětí napájecích zdrojů, nestabilní parametry pasivních a aktivních prvků obvodu, zejména pod vlivem teplotních poklesů apod. Nemusí vůbec souviset se vstupním napětím.

Změny výstupního napětí způsobené těmito faktory se nazývají nulový drift zesilovače. Maximální změna výstupního napětí v nepřítomnosti vstupního signálu do zesilovače (když je vstup uzavřen) za určitou dobu se nazývá absolutní drift.

Napětí driftu vztažené na vstup se rovná poměru absolutního driftu k zesílení daného zesilovače.Toto napětí určuje citlivost zesilovače, protože omezuje minimální detekovatelný vstupní signál.

Aby zesilovač fungoval správně, driftové napětí nesmí překročit předem stanovené minimální napětí signálu, který má být zesílen, a který je přiveden na jeho vstup. Pokud je výstupní drift stejného řádu jako vstupní signál nebo jej překračuje, zkreslení překročí povolenou mez pro zesilovač a jeho pracovní bod bude posunut mimo adekvátní provozní rozsah charakteristik zesilovače („nulový drift“). .

Pro snížení nulové odchylky se používají následující metody. Nejprve jsou stabilizovány všechny zdroje napětí a proudu napájející zesilovací stupně. Za druhé, používají hlubokou negativní zpětnou vazbu.Za třetí se používají schémata kompenzace teplotního posunu přidáním nelineárních prvků, jejichž parametry závisí na teplotě. Za čtvrté se používají obvody vyrovnávacího můstku. Nakonec se stejnosměrný proud přemění na střídavý, načež se střídavý proud zesílí a usměrní.

Při vytváření obvodu stejnosměrného zesilovače je velmi důležité sladit potenciály na vstupu zesilovače, v místech připojení jeho stupňů a také na výstupu zátěže. Je také nutné zajistit stabilitu stupňů v různých režimech a dokonce i v podmínkách parametrů plovoucího okruhu.

DC zesilovače jsou jednostranné a push-pull. Jednorázové obvody s přímým zesílením akceptují přímé přivádění výstupního signálu z jednoho prvku na vstup dalšího.Kolektorové napětí prvního je přivedeno na vstup dalšího tranzistoru spolu s výstupním signálem z prvního prvku (tranzistoru).

Zde musí být přizpůsobeny potenciály kolektoru prvního a báze druhého tranzistoru, k čemuž je kolektorové napětí prvního tranzistoru kompenzováno odporem. Do emitorového obvodu druhého tranzistoru je také přidán rezistor pro kompenzaci základního napětí emitoru. Potenciály na kolektorech tranzistorů následných stupňů musí být také vysoké, čehož je dosaženo také použitím přizpůsobovacích rezistorů.

V paralelně symetrickém tlačném stupni tvoří rezistory kolektorových obvodů a vnitřní odpory tranzistorů čtyřramenný můstek, jehož jedna z úhlopříček (mezi obvody kolektor-emitor) je napájena napájecím napětím. další (mezi kolektory) je připojen k zátěži . Signál, který má být zesílen, je přiveden na báze obou tranzistorů.

Se stejnými kolektorovými odpory a dokonale identickými tranzistory je potenciální rozdíl mezi kolektory při absenci vstupního signálu nulový. Pokud je vstupní signál nenulový, pak budou mít kolektory potenciální kroky stejné velikosti, ale opačného znaménka. V zátěži mezi kolektory se objeví střídavý proud ve formě opakujícího se vstupního signálu, ale s větší amplitudou.

Takové stupně se často používají jako primární stupně vícestupňových zesilovačů nebo jako výstupní stupně pro získání vyváženého napětí a proudu. Výhodou těchto řešení je, že působením teploty na obě ramena se stejně mění jejich charakteristika a výstupní napětí neplovou.