DC-versterkers - doel, typen, circuits en werkingsprincipe

DC-versterkers versterken, zoals de naam al doet vermoeden, de stroom niet per se, dat wil zeggen dat ze geen extra vermogen genereren. Deze elektronische apparaten worden gebruikt om elektrische trillingen in een bepaald frequentiebereik vanaf 0 Hz te beheersen. Maar kijkend naar de vorm van de signalen aan de ingang en uitgang van de DC-versterker, kan ondubbelzinnig worden gezegd dat er een versterkt ingangssignaal aan de uitgang is, maar de stroombronnen voor de ingangs- en uitgangssignalen zijn individueel.

Volgens het werkingsprincipe worden DC-versterkers ingedeeld in directe versterkers en convertorversterkers.

DC-conversieversterkers zetten DC om in AC, versterken en corrigeren vervolgens. Dit wordt versterking met modulatie en demodulatie genoemd - MDM.

Directe versterkercircuits bevatten geen reactieve elementen, zoals inductoren en condensatoren, waarvan de impedantie frequentieafhankelijk is. In plaats daarvan is er een directe galvanische verbinding van de uitgang (collector of anode) van het versterkerelement van een trap naar de ingang (basis of rooster) van de volgende trap.Om deze reden kan een versterker met directe versterking zelfs doorgeven (versterken). gelijkstroom… Dergelijke schema's zijn ook populair in de akoestiek.

Hoewel de directe galvanische verbinding zeer nauwkeurig overgaat tussen de spanningsval van de trappen en langzame stroomveranderingen, gaat een dergelijke oplossing gepaard met een onstabiele werking van de versterker, met moeilijkheden bij het vaststellen van de bedrijfsmodus van het versterkerelement.

Wanneer de spanning van de voedingen iets verandert, of de werkingsmodus van de versterkerelementen verandert, of hun parameters een beetje zweven, dan worden onmiddellijk langzame veranderingen in de stromen in het circuit waargenomen, die via galvanisch verbonden circuits het ingangssignaal binnenkomen en dienovereenkomstig de vorm van het signaal aan de uitgang vervormen. Vaak zijn deze onechte uitvoerveranderingen qua grootte vergelijkbaar met de prestatieveranderingen die worden veroorzaakt door een normaal invoersignaal.

Vervorming van de uitgangsspanning kan door verschillende factoren worden veroorzaakt. Allereerst via interne processen in de ketenelementen. Onstabiele spanning van voedingen, onstabiele parameters van passieve en actieve elementen van het circuit, vooral onder invloed van temperatuurdalingen, enz. Ze zijn mogelijk helemaal niet gerelateerd aan de ingangsspanning.

Veranderingen in de uitgangsspanning die door deze factoren worden veroorzaakt, worden null-drift van de versterker genoemd. De maximale verandering in de uitgangsspanning bij afwezigheid van een ingangssignaal naar de versterker (wanneer de ingang gesloten is) gedurende een bepaalde periode wordt de absolute drift genoemd.

De driftspanning die naar de ingang wordt verwezen, is gelijk aan de verhouding van de absolute drift tot de versterking van de gegeven versterker.Deze spanning bepaalt de gevoeligheid van de versterker omdat deze het minimaal detecteerbare ingangssignaal beperkt.

Om een ​​versterker goed te laten werken, mag de driftspanning een vooraf bepaalde minimale spanning van het te versterken signaal dat op de ingang wordt toegepast niet overschrijden. Als de uitgangsdrift in dezelfde orde van grootte is als of groter is dan het ingangssignaal, zal de vervorming de toegestane limiet voor de versterker overschrijden en zal het werkpunt buiten het geschikte werkbereik van de versterkerkarakteristieken worden verschoven ("zero drift") .

Om de nulafwijking te verminderen, worden de volgende methoden gebruikt. Eerst worden alle spannings- en stroombronnen die de versterkertrappen voeden, gestabiliseerd. Ten tweede gebruiken ze diepe negatieve feedback.Ten derde worden temperatuurafwijkingscompensatieschema's gebruikt door niet-lineaire elementen toe te voegen waarvan de parameters afhankelijk zijn van de temperatuur. Ten vierde worden balancerende brugcircuits gebruikt. Ten slotte wordt de gelijkstroom omgezet naar wisselstroom, waarna de wisselstroom wordt versterkt en gelijkgericht.

Bij het maken van een DC-versterkercircuit is het erg belangrijk om de potentialen aan de ingang van de versterker, aan de verbindingspunten van zijn trappen en aan de uitgang van de belasting af te stemmen. Het is ook noodzakelijk om de stabiliteit van de trappen in verschillende modi en zelfs in omstandigheden van zwevende circuitparameters te waarborgen.

DC-versterkers zijn single-ended en push-pull. One-shot directe versterkingscircuits accepteren de directe invoer van het uitgangssignaal van het ene element naar de ingang van het volgende.De collectorspanning van de eerste wordt samen met het uitgangssignaal van het eerste element (transistor) naar de ingang van de volgende transistor geleid.

Hierbij moeten de potentialen van de collector van de eerste en de basis van de tweede transistor op elkaar zijn afgestemd, waarbij de collectorspanning van de eerste transistor wordt gecompenseerd door een weerstand. Er wordt ook een weerstand toegevoegd aan het emittercircuit van de tweede transistor om de basisemitterspanning te compenseren. De potentialen op de collectoren van de transistoren van de volgende trappen moeten ook hoog zijn, wat ook wordt bereikt door het gebruik van bijpassende weerstanden.

In een parallel gebalanceerde push-trap vormen de weerstanden van de collectorcircuits en de interne weerstanden van de transistoren een vierarmige brug, waarvan één van de diagonalen (tussen de collector-emittercircuits) van voedingsspanning wordt voorzien, en de andere (tussen de collectoren) is aangesloten op de belasting. Het te versterken signaal wordt toegevoerd aan de bases van beide transistoren.

Bij gelijke collectorweerstanden en perfect identieke transistoren is het potentiaalverschil tussen de collectoren bij afwezigheid van een ingangssignaal nul. Als het ingangssignaal niet nul is, hebben de collectoren potentiaalstappen die even groot zijn maar tegengesteld van teken. De belasting tussen de collectoren zal wisselstroom verschijnen in de vorm van een zich herhalend ingangssignaal, maar met een grotere amplitude.

Dergelijke trappen worden vaak gebruikt als primaire trappen van meertrapsversterkers of als uitgangstrappen om gebalanceerde spanning en stroom te verkrijgen. Het voordeel van deze oplossingen is dat het effect van temperatuur op beide armen hun karakteristieken gelijkmatig verandert en dat de uitgangsspanning niet zweeft.