DC-forstærkere - formål, typer, kredsløb og funktionsprincip

DC-forstærkere, som navnet antyder, forstærker ikke strøm i sig selv, det vil sige, at de ikke genererer yderligere strøm. Disse elektroniske enheder bruges til at styre elektriske vibrationer i et bestemt frekvensområde fra 0 Hz. Men ser man på formen af ​​signalerne ved DC-forstærkerens indgang og udgang, kan man entydigt sige, at der er et forstærket indgangssignal ved udgangen, men strømkilderne til indgangs- og udgangssignalerne er individuelle.

Ifølge driftsprincippet klassificeres DC-forstærkere i direkte forstærkere og konverterforstærkere.

DC-konverteringsforstærkere konverterer DC til AC, forstærker og ensretter derefter. Dette kaldes forstærkning med modulering og demodulation — MDM.

Direkte forstærkerkredsløb indeholder ikke reaktive elementer, såsom induktorer og kondensatorer, hvis impedans er frekvensafhængig. I stedet er der en direkte galvanisk forbindelse af udgangen (kollektor eller anode) af forstærkerelementet på et trin til indgangen (base eller gitter) på det næste trin.Af denne grund er en direkte forstærker forstærker i stand til at passere (forstærke) selv D.C.… Sådanne ordninger er også populære inden for akustik.

Men selv om den direkte galvaniske forbindelse overfører meget nøjagtigt mellem spændingsfaldet af trinene og langsomme strømændringer, er en sådan løsning forbundet med ustabil drift af forstærkeren, med vanskeligheder med at etablere driftstilstanden for forstærkerelementet.

Når strømforsyningens spænding ændres lidt, eller forstærkerelementernes driftsmåde ændres, eller deres parametre flyder lidt, så observeres der straks langsomme ændringer i strømmene i kredsløbet, som gennem galvanisk forbundne kredsløb kommer ind i indgangssignalet og dermed forvrænge formen af ​​signalet ved udgangen. Ofte svarer disse falske outputændringer i størrelse til de præstationsændringer, der forårsages af et normalt inputsignal.

Udgangsspændingsforvrængning kan være forårsaget af en række forskellige faktorer. Først og fremmest gennem interne processer i kædeelementerne. Ustabil spænding af strømforsyninger, ustabile parametre for passive og aktive elementer i kredsløbet, især under påvirkning af temperaturfald osv. De er muligvis ikke relateret til indgangsspændingen overhovedet.

Ændringer i udgangsspændingen forårsaget af disse faktorer kaldes forstærkerens nuldrift. Den maksimale ændring i udgangsspændingen i fravær af et indgangssignal til forstærkeren (når indgangen er lukket) over en periode kaldes den absolutte drift.

Driftsspændingen henvist til input er lig med forholdet mellem den absolutte drift og forstærkningen af ​​den givne forstærker.Denne spænding bestemmer forstærkerens følsomhed, da den begrænser det mindste detekterbare indgangssignal.

For at en forstærker skal fungere korrekt, må driftspændingen ikke overstige en forudbestemt minimumspænding af det signal, der skal forstærkes, og som tilføres dens indgang. Hvis udgangsdriften er af samme størrelsesorden som eller overstiger indgangssignalet, vil forvrængningen overskride den tilladte grænse for forstærkeren, og dens driftspunkt vil blive flyttet ud af det passende driftsområde for forstærkerens karakteristika («nuldrift») .

For at reducere nul-afvigelsen anvendes følgende metoder. For det første stabiliseres alle spændings- og strømkilder, der forsyner forstærkertrinene. For det andet bruger de dyb negativ feedback. For det tredje bruges temperaturdriftskompensationsordninger ved at tilføje ikke-lineære elementer, hvis parametre afhænger af temperaturen. For det fjerde anvendes balanceringsbrokredsløb. Til sidst konverteres jævnstrømmen til vekselstrøm, hvorefter vekselstrømmen forstærkes og ensrettes.

Når du opretter et DC-forstærkerkredsløb, er det meget vigtigt at matche potentialerne ved forstærkerens indgang, ved forbindelsespunkterne på dens trin såvel som ved belastningens udgang. Det er også nødvendigt at sikre stabiliteten af ​​trinene i forskellige tilstande og endda under forhold med flydende kredsløbsparametre.

DC-forstærkere er single-ended og push-pull. One-shot direkte forstærkningskredsløb accepterer den direkte tilførsel af udgangssignalet fra et element til indgangen på det næste.Den førstes kollektorspænding føres til indgangen på den næste transistor sammen med udgangssignalet fra det første element (transistor).

Her skal potentialerne for kollektoren af ​​den første og bunden af ​​den anden transistor matches, for hvilken kollektorspændingen af ​​den første transistor kompenseres af en modstand. En modstand er også tilføjet til emitterkredsløbet på den anden transistor for at udligne basisemitterspændingen. Potentialerne på kollektorerne af transistorerne i de efterfølgende trin skal også være høje, hvilket også opnås ved at bruge matchende modstande.

I et parallelbalanceret tryktrin danner kollektorkredsløbenes modstande og transistorernes indre modstande en firearmsbro, hvis en af ​​diagonalerne (mellem kollektor-emitterkredsløbene) forsynes med en forsyningsspænding, og andet (mellem solfangerne) er forbundet til belastningen . Signalet, der skal forstærkes, tilføres baserne af begge transistorer.

Med ens kollektormodstande og helt identiske transistorer er potentialforskellen mellem kollektorerne, i mangel af et indgangssignal, nul. Hvis indgangssignalet ikke er nul, vil kollektorerne have potentielle trin af samme størrelse, men modsat fortegn. Belastningen mellem solfangerne vil fremstå vekselstrøm i form af et gentaget indgangssignal, men med en større amplitude.

Sådanne trin bruges ofte som primære trin i flertrinsforstærkere eller som udgangstrin for at opnå afbalanceret spænding og strøm. Fordelen ved disse løsninger er, at effekten af ​​temperaturen på begge arme ændrer deres karakteristika lige meget, og udgangsspændingen flyder ikke.