Ενισχυτές DC - σκοπός, τύποι, κυκλώματα και αρχή λειτουργίας

Οι ενισχυτές DC, όπως υποδηλώνει το όνομα, δεν ενισχύουν το ρεύμα από μόνοι τους, δηλαδή δεν παράγουν πρόσθετη ισχύ. Αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των ηλεκτρικών δονήσεων σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων που ξεκινά από 0 Hz. Αλλά κοιτάζοντας το σχήμα των σημάτων στην είσοδο και την έξοδο του ενισχυτή DC, μπορεί να ειπωθεί κατηγορηματικά ότι υπάρχει ένα ενισχυμένο σήμα εισόδου στην έξοδο, αλλά οι πηγές ισχύος για τα σήματα εισόδου και εξόδου είναι μεμονωμένες.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι ενισχυτές DC ταξινομούνται σε άμεσους ενισχυτές και ενισχυτές μετατροπέων.

Οι ενισχυτές μετατροπής DC μετατρέπουν το DC σε AC, στη συνέχεια ενισχύουν και διορθώνουν. Αυτό ονομάζεται κέρδος με διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση — MDM.

Τα κυκλώματα άμεσου ενισχυτή δεν περιέχουν αντιδραστικά στοιχεία, όπως επαγωγείς και πυκνωτές, των οποίων η σύνθετη αντίσταση εξαρτάται από τη συχνότητα. Αντίθετα, υπάρχει απευθείας γαλβανική σύνδεση της εξόδου (συλλέκτης ή ανόδου) του στοιχείου ενισχυτή ενός σταδίου με την είσοδο (βάση ή πλέγμα) του επόμενου σταδίου.Για το λόγο αυτό, ένας ενισχυτής άμεσου κέρδους μπορεί να περάσει (ενισχύει) ομοιόμορφα D.C.… Τέτοια σχέδια είναι επίσης δημοφιλή στην ακουστική.

Ωστόσο, αν και η απευθείας γαλβανική σύνδεση μεταφέρεται με μεγάλη ακρίβεια μεταξύ της πτώσης τάσης των σταδίων και των αργών μεταβολών του ρεύματος, μια τέτοια λύση σχετίζεται με ασταθή λειτουργία του ενισχυτή, με δυσκολίες στον καθορισμό του τρόπου λειτουργίας του στοιχείου ενισχυτή.

Όταν η τάση των τροφοδοτικών αλλάζει ελαφρά ή ο τρόπος λειτουργίας των στοιχείων του ενισχυτή αλλάζει ή οι παράμετροί τους επιπλέουν λίγο, τότε παρατηρούνται αμέσως αργές αλλαγές στα ρεύματα στο κύκλωμα, τα οποία μέσω γαλβανικά συνδεδεμένων κυκλωμάτων εισέρχονται στο σήμα εισόδου και συνεπώς παραμορφώνουν το σχήμα του σήματος στην έξοδο. Συχνά αυτές οι ψευδείς αλλαγές εξόδου είναι παρόμοιες σε μέγεθος με τις αλλαγές απόδοσης που προκαλούνται από ένα κανονικό σήμα εισόδου.

Η παραμόρφωση της τάσης εξόδου μπορεί να προκληθεί από διάφορους παράγοντες. Πρώτα απ 'όλα, μέσω εσωτερικών διεργασιών στα στοιχεία της αλυσίδας. Ασταθής τάση τροφοδοτικών, ασταθείς παράμετροι παθητικών και ενεργών στοιχείων του κυκλώματος, ειδικά υπό την επίδραση πτώσεων θερμοκρασίας κ.λπ. Μπορεί να μην σχετίζονται καθόλου με την τάση εισόδου.

Οι αλλαγές στην τάση εξόδου που προκαλούνται από αυτούς τους παράγοντες ονομάζονται μηδενική μετατόπιση του ενισχυτή. Η μέγιστη αλλαγή στην τάση εξόδου απουσία σήματος εισόδου στον ενισχυτή (όταν η είσοδος είναι κλειστή) σε μια χρονική περίοδο ονομάζεται απόλυτη μετατόπιση.

Η τάση μετατόπισης που αναφέρεται στην είσοδο είναι ίση με τον λόγο της απόλυτης μετατόπισης προς το κέρδος του δεδομένου ενισχυτή.Αυτή η τάση καθορίζει την ευαισθησία του ενισχυτή καθώς περιορίζει το ελάχιστο ανιχνεύσιμο σήμα εισόδου.

Για να λειτουργεί σωστά ένας ενισχυτής, η τάση μετατόπισης δεν πρέπει να υπερβαίνει μια προκαθορισμένη ελάχιστη τάση του προς ενίσχυση σήματος που εφαρμόζεται στην είσοδό του. Εάν η μετατόπιση εξόδου είναι της ίδιας τάξης ή υπερβαίνει το σήμα εισόδου, η παραμόρφωση θα υπερβεί το επιτρεπόμενο όριο για τον ενισχυτή και το σημείο λειτουργίας του θα μετατοπιστεί εκτός του επαρκούς εύρους λειτουργίας των χαρακτηριστικών του ενισχυτή («μηδενική μετατόπιση») .

Για τη μείωση της μηδενικής απόκλισης, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι. Πρώτον, όλες οι πηγές τάσης και ρεύματος που τροφοδοτούν τα στάδια του ενισχυτή σταθεροποιούνται. Δεύτερον, χρησιμοποιούν βαθιά αρνητική ανάδραση Τρίτον, τα σχήματα αντιστάθμισης μετατόπισης θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται με την προσθήκη μη γραμμικών στοιχείων των οποίων οι παράμετροι εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Τέταρτον, χρησιμοποιούνται κυκλώματα γέφυρας εξισορρόπησης. Τέλος, το συνεχές ρεύμα μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα, μετά το οποίο το εναλλασσόμενο ρεύμα ενισχύεται και διορθώνεται.

Κατά τη δημιουργία ενός κυκλώματος ενισχυτή DC, είναι πολύ σημαντικό να ταιριάζουν τα δυναμικά στην είσοδο του ενισχυτή, στα σημεία σύνδεσης των σταδίων του, καθώς και στην έξοδο του φορτίου. Είναι επίσης απαραίτητο να εξασφαλιστεί η σταθερότητα των σταδίων σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας και ακόμη και σε συνθήκες παραμέτρων πλωτού κυκλώματος.

Οι ενισχυτές DC είναι μονού άκρου και push-pull. Τα κυκλώματα άμεσης απολαβής μιας βολής δέχονται την άμεση τροφοδοσία του σήματος εξόδου από το ένα στοιχείο στην είσοδο του επόμενου.Η τάση συλλέκτη του πρώτου τροφοδοτείται στην είσοδο του επόμενου τρανζίστορ μαζί με το σήμα εξόδου από το πρώτο στοιχείο (τρανζίστορ).

Εδώ πρέπει να ταιριάζουν τα δυναμικά του συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ και της βάσης του δεύτερου τρανζίστορ, για τα οποία η τάση συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ αντισταθμίζεται από μια αντίσταση. Μια αντίσταση προστίθεται επίσης στο κύκλωμα εκπομπού του δεύτερου τρανζίστορ για να αντισταθμίσει την τάση του εκπομπού βάσης. Τα δυναμικά στους συλλέκτες των τρανζίστορ των επόμενων σταδίων πρέπει επίσης να είναι υψηλά, κάτι που επιτυγχάνεται επίσης με τη χρήση ταιριασμένων αντιστάσεων.

Σε ένα στάδιο παράλληλης ισορροπημένης ώθησης, οι αντιστάσεις των κυκλωμάτων συλλέκτη και οι εσωτερικές αντιστάσεις των τρανζίστορ σχηματίζουν μια γέφυρα τεσσάρων βραχιόνων, μία από τις διαγώνιες της οποίας (μεταξύ των κυκλωμάτων συλλέκτη-εκπομπού) τροφοδοτείται με τάση τροφοδοσίας και η άλλο (μεταξύ των συλλεκτών) συνδέεται με το φορτίο . Το σήμα που θα ενισχυθεί εφαρμόζεται στις βάσεις και των δύο τρανζίστορ.

Με ίσες αντιστάσεις συλλέκτη και απολύτως πανομοιότυπα τρανζίστορ, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των συλλεκτών, ελλείψει σήματος εισόδου, είναι μηδέν. Εάν το σήμα εισόδου είναι μη μηδενικό, τότε οι συλλέκτες θα έχουν δυναμικά βήματα ίσα σε μέγεθος αλλά αντίθετα σε πρόσημο. Το φορτίο μεταξύ των συλλεκτών θα εμφανίζεται εναλλασσόμενο ρεύμα με τη μορφή επαναλαμβανόμενου σήματος εισόδου, αλλά με μεγαλύτερο πλάτος.

Τέτοια στάδια χρησιμοποιούνται συχνά ως πρωτεύοντα στάδια ενισχυτών πολλαπλών σταδίων ή ως στάδια εξόδου για τη λήψη ισορροπημένης τάσης και ρεύματος. Το πλεονέκτημα αυτών των λύσεων είναι ότι η επίδραση της θερμοκρασίας και στους δύο βραχίονες αλλάζει τα χαρακτηριστικά τους εξίσου και η τάση εξόδου δεν επιπλέει.