Jednosmerné zosilňovače - účel, typy, obvody a princíp činnosti

Jednosmerné zosilňovače, ako už názov napovedá, nezosilňujú prúd samy o sebe, to znamená, že nevytvárajú dodatočnú energiu. Tieto elektronické zariadenia sa používajú na riadenie elektrických vibrácií v určitom frekvenčnom rozsahu od 0 Hz. Ale pri pohľade na tvar signálov na vstupe a výstupe jednosmerného zosilňovača sa dá jednoznačne povedať, že na výstupe je zosilnený vstupný signál, ale zdroje energie pre vstupný a výstupný signál sú individuálne.

Podľa princípu činnosti sa jednosmerné zosilňovače delia na priame zosilňovače a konvertorové zosilňovače.

Jednosmerné konverzné zosilňovače konvertujú jednosmerný prúd na striedavý, potom zosilňujú a usmerňujú. Toto sa nazýva zisk s moduláciou a demoduláciou — MDM.

Obvody priameho zosilňovača neobsahujú reaktívne prvky, ako sú induktory a kondenzátory, ktorých impedancia je frekvenčne závislá. Namiesto toho je tu priame galvanické prepojenie výstupu (kolektor alebo anóda) zosilňovacieho prvku jedného stupňa so vstupom (základňa alebo mriežka) nasledujúceho stupňa.Z tohto dôvodu je zosilňovač s priamym ziskom schopný prejsť (zosilniť) dokonca D.C.… Takéto schémy sú obľúbené aj v akustike.

Aj keď sa priame galvanické spojenie prenáša veľmi presne medzi poklesom napätia stupňov a pomalými zmenami prúdu, takéto riešenie je spojené s nestabilnou prevádzkou zosilňovača, s ťažkosťami pri nastavovaní pracovného režimu zosilňovacieho prvku.

Keď sa napätie napájacích zdrojov mierne zmení alebo sa zmení režim činnosti prvkov zosilňovača alebo ich parametre trochu plávajú, okamžite sa pozorujú pomalé zmeny prúdov v obvode, ktoré cez galvanicky spojené obvody vstupujú do vstupného signálu a podľa toho skresľujú tvar signálu na výstupe. Tieto rušivé výstupné zmeny majú často podobný rozsah ako zmeny výkonu spôsobené normálnym vstupným signálom.

Skreslenie výstupného napätia môže byť spôsobené rôznymi faktormi. V prvom rade prostredníctvom vnútorných procesov v prvkoch reťazca. Nestabilné napätie napájacích zdrojov, nestabilné parametre pasívnych a aktívnych prvkov obvodu, najmä pod vplyvom teplotných poklesov a pod. Nemusí vôbec súvisieť so vstupným napätím.

Zmeny výstupného napätia spôsobené týmito faktormi sa nazývajú nulový drift zosilňovača. Maximálna zmena výstupného napätia v neprítomnosti vstupného signálu do zosilňovača (keď je vstup zatvorený) za určité časové obdobie sa nazýva absolútny drift.

Napätie driftu vztiahnuté na vstup sa rovná pomeru absolútneho driftu k zosilneniu daného zosilňovača.Toto napätie určuje citlivosť zosilňovača, pretože obmedzuje minimálny detekovateľný vstupný signál.

Aby zosilňovač správne fungoval, driftové napätie nesmie presiahnuť vopred určené minimálne napätie signálu, ktorý sa má zosilniť a ktorý sa privádza na jeho vstup. Ak je výstupný drift rovnakého rádu ako vstupný signál alebo ho prekračuje, skreslenie presiahne povolenú hranicu pre zosilňovač a jeho pracovný bod sa posunie mimo adekvátny prevádzkový rozsah charakteristík zosilňovača („nulový drift“). .

Na zníženie nulovej odchýlky sa používajú nasledujúce metódy. Najprv sa stabilizujú všetky zdroje napätia a prúdu napájajúce zosilňovacie stupne. Po druhé, používajú hlbokú negatívnu spätnú väzbu Po tretie, schémy kompenzácie teplotného posunu sa používajú pridaním nelineárnych prvkov, ktorých parametre závisia od teploty. Po štvrté, používajú sa vyvažovacie mostíkové obvody. Nakoniec sa jednosmerný prúd premení na striedavý prúd, po ktorom sa striedavý prúd zosilní a usmerní.

Pri vytváraní obvodu zosilňovača jednosmerného prúdu je veľmi dôležité zosúladiť potenciály na vstupe zosilňovača, v miestach pripojenia jeho stupňov, ako aj na výstupe záťaže. Je tiež potrebné zabezpečiť stabilitu stupňov v rôznych režimoch a dokonca aj v podmienkach parametrov plávajúceho okruhu.

Jednosmerné zosilňovače sú jednostranné a push-pull. Jednorázové obvody priameho zosilnenia akceptujú priame privádzanie výstupného signálu z jedného prvku na vstup ďalšieho.Kolektorové napätie prvého je privedené na vstup ďalšieho tranzistora spolu s výstupným signálom z prvého prvku (tranzistora).

Potenciály kolektora prvého tranzistora a bázy druhého tranzistora sa tu musia zosúladiť, na čo je napätie kolektora prvého tranzistora kompenzované odporom. Do emitorového obvodu druhého tranzistora je tiež pridaný odpor na kompenzáciu základného napätia emitora. Potenciály na kolektoroch tranzistorov nasledujúcich stupňov musia byť tiež vysoké, čo sa dosiahne aj použitím zodpovedajúcich odporov.

V paralelnom vyváženom push stupni tvoria rezistory kolektorových obvodov a vnútorné odpory tranzistorov štvorramenný mostík, ktorého jedna z uhlopriečok (medzi obvodmi kolektor-emitor) je napájaná napájacím napätím, resp. ostatné (medzi kolektormi) je pripojené k záťaži . Signál, ktorý sa má zosilniť, je privedený na bázy oboch tranzistorov.

Pri rovnakých kolektorových odporoch a dokonale identických tranzistoroch je potenciálny rozdiel medzi kolektormi pri absencii vstupného signálu nulový. Ak je vstupný signál nenulový, potom budú mať kolektory potenciálne kroky rovnakú veľkosť, ale opačné znamienko. V záťaži medzi kolektormi sa objaví striedavý prúd vo forme opakujúceho sa vstupného signálu, ale s väčšou amplitúdou.

Takéto stupne sa často používajú ako primárne stupne viacstupňových zosilňovačov alebo ako výstupné stupne na získanie vyváženého napätia a prúdu. Výhodou týchto riešení je, že vplyvom teploty na obe ramená sa rovnako menia ich charakteristiky a výstupné napätie nepláva.