DC усилватели — предназначение, видове, схеми и принцип на действие

DC усилвателите, както подсказва името, не усилват тока сами по себе си, тоест не генерират допълнителна мощност. Тези електронни устройства се използват за управление на електрически вибрации в определен честотен диапазон, започвайки от 0 Hz. Но разглеждайки формата на сигналите на входа и изхода на DC усилвателя, може недвусмислено да се каже, че на изхода има усилен входен сигнал, но източниците на енергия за входните и изходните сигнали са индивидуални.

Според принципа на работа DC усилвателите се класифицират в директни усилватели и преобразуващи усилватели.

DC усилвателите с преобразуване преобразуват DC в AC, след което се усилват и коригират. Това се нарича усилване с модулация и демодулация — MDM.

Веригите с директен усилвател не съдържат реактивни елементи, като индуктори и кондензатори, чийто импеданс е честотно зависим. Вместо това има директна галванична връзка на изхода (колектор или анод) на усилващия елемент на един етап с входа (база или решетка) на следващия етап. Поради тази причина усилвателят с директно усилване е в състояние да премине (усили) дори D.C.… Такива схеми са популярни и в акустиката.

Въпреки това, въпреки че директната галванична връзка се прехвърля много точно между спадане на напрежението на етапите и бавни промени на тока, такова решение е свързано с нестабилна работа на усилвателя, с трудности при установяване на режима на работа на усилващия елемент.

Когато напрежението на захранващите устройства се промени леко, или се промени режимът на работа на усилващите елементи, или параметрите им плават малко, тогава веднага се наблюдават бавни промени в токовете във веригата, които чрез галванично свързани вериги влизат във входния сигнал и съответно изкривява формата на сигнала на изхода. Често тези фалшиви промени на изхода са сходни по размер с промените в работата, причинени от нормален входен сигнал.

Изкривяването на изходното напрежение може да бъде причинено от различни фактори. На първо място, чрез вътрешни процеси в елементите на веригата. Нестабилно напрежение на захранванията, нестабилни параметри на пасивни и активни елементи на веригата, особено под въздействието на температурни падания и пр. Те може изобщо да не са свързани с входното напрежение.

Промените в изходното напрежение, причинени от тези фактори, се наричат ​​дрейф на нула на усилвателя. Максималната промяна в изходното напрежение при липса на входен сигнал към усилвателя (когато входът е затворен) за определен период от време се нарича абсолютен дрейф.

Дрейфовото напрежение, посочено към входа, е равно на отношението на абсолютния дрейф към усилването на дадения усилвател. Това напрежение определя чувствителността на усилвателя, тъй като ограничава минималния откриваем входен сигнал.

За да работи усилвателят правилно, напрежението на дрейфа не трябва да надвишава предварително определено минимално напрежение на сигнала, който трябва да се усили, което се прилага към неговия вход. Ако изходният дрейф е от същия порядък или надвишава входния сигнал, изкривяването ще надхвърли допустимата граница за усилвателя, а работната му точка ще бъде изместена извън адекватния работен диапазон на характеристиките на усилвателя («нулев дрейф») .

За да се намали отклонението на нулата, се използват следните методи. Първо, всички източници на напрежение и ток, захранващи усилвателните стъпала, се стабилизират. Второ, те използват дълбока отрицателна обратна връзка.Трето, схемите за компенсиране на температурния дрейф се използват чрез добавяне на нелинейни елементи, чиито параметри зависят от температурата. Четвърто, се използват балансиращи мостови вериги. И накрая, постоянният ток се преобразува в променлив ток, след което променливият ток се усилва и коригира.

При създаването на схема на DC усилвател е много важно да се съпоставят потенциалите на входа на усилвателя, в точките на свързване на неговите етапи, както и на изхода на натоварване. Необходимо е също така да се осигури стабилност на етапите в различни режими и дори в условия на плаващи параметри на веригата.

Усилвателите с постоянен ток са единични и бутащи. Еднократните схеми за директно усилване приемат директното подаване на изходния сигнал от един елемент към входа на следващия. Колекторното напрежение на първия се подава към входа на следващия транзистор заедно с изходния сигнал от първия елемент (транзистор).

Тук трябва да се съпоставят потенциалите на колектора на първия и основата на втория транзистор, за което напрежението на колектора на първия транзистор се компенсира с резистор. Към емитерната верига на втория транзистор се добавя и резистор, за да се измести напрежението на основния емитер. Потенциалите върху колекторите на транзисторите на следващите етапи също трябва да бъдат високи, което също се постига чрез използване на съвпадащи резистори.

В паралелно балансиран етап с натискане, резисторите на колекторните вериги и вътрешните съпротивления на транзисторите образуват мост с четири рамена, един от диагоналите на който (между веригите колектор-емитер) се захранва с захранващо напрежение, а другият (между колекторите) е свързан към товара. Сигналът, който трябва да се усили, се прилага към основите на двата транзистора.

При равни колекторни резистори и напълно идентични транзистори, потенциалната разлика между колекторите, при липса на входен сигнал, е нула. Ако входният сигнал не е равен на нула, тогава колекторите ще имат потенциални стъпки, равни по величина, но противоположни по знак. Натоварването между колекторите ще се появи променлив ток под формата на повтарящ се входен сигнал, но с по -голяма амплитуда.

Такива етапи често се използват като първични етапи на многостепенни усилватели или като изходни стъпала за получаване на балансирано напрежение и ток. Предимството на тези решения е, че въздействието на температурата върху двете рамена променя техните характеристики еднакво и изходното напрежение не плава.