Istosmjerna pojačala - namjena, vrste, sklopovi i princip rada

DC pojačala, kao što ime govori, sama po sebi ne pojačavaju struju, odnosno ne stvaraju dodatnu snagu. Ovi elektronički uređaji koriste se za kontrolu električnih vibracija u određenom frekvencijskom rasponu počevši od 0 Hz. No, gledajući oblik signala na ulazu i izlazu DC pojačala, može se nedvosmisleno reći da na izlazu postoji pojačani ulazni signal, ali su izvori napajanja za ulazne i izlazne signale individualni.

Prema principu rada, istosmjerna pojačala se dijele na izravna pojačala i konvertorska pojačala.

Pojačala za istosmjernu pretvorbu pretvaraju istosmjernu u izmjeničnu struju, zatim pojačavaju i ispravljaju. To se naziva pojačanje s modulacijom i demodulacijom — MDM.

Izravni krugovi pojačala ne sadrže reaktivne elemente, kao što su induktori i kondenzatori, čija je impedancija ovisna o frekvenciji. Umjesto toga, postoji izravna galvanska veza izlaza (kolektora ili anode) elementa pojačala jednog stupnja s ulazom (bazom ili mrežom) sljedećeg stupnja.Iz tog razloga, pojačalo s izravnim pojačanjem može proći (pojačati) čak D.C.… Takve sheme također su popularne u akustici.

Međutim, iako izravna galvanska veza vrlo precizno prenosi između pada napona stupnjeva i sporih promjena struje, ovakvo rješenje je povezano s nestabilnim radom pojačala, s teškoćama u uspostavljanju načina rada elementa pojačala.

Kada se napon napajanja neznatno promijeni, ili se promijeni način rada elemenata pojačala, ili njihovi parametri malo plutaju, tada se odmah uočavaju spore promjene struja u krugu, koje kroz galvanski povezane krugove ulaze u ulazni signal i shodno tome izobličiti oblik signala na izlazu. Često su ove lažne promjene izlaza slične veličine promjenama performansi uzrokovanih normalnim ulaznim signalom.

Izobličenje izlaznog napona može biti uzrokovano raznim čimbenicima. Prije svega kroz unutarnje procese u elementima lanca. Nestabilan napon napajanja, nestabilni parametri pasivnih i aktivnih elemenata kruga, osobito pod utjecajem padova temperature itd. Oni možda uopće nisu povezani s ulaznim naponom.

Promjene u izlaznom naponu uzrokovane ovim faktorima nazivaju se nulti pomak pojačala. Maksimalna promjena izlaznog napona u nedostatku ulaznog signala u pojačalo (kada je ulaz zatvoren) tijekom određenog vremenskog razdoblja naziva se apsolutni pomak.

Napon pomaka koji se odnosi na ulaz jednak je omjeru apsolutnog pomaka i pojačanja danog pojačala.Ovaj napon određuje osjetljivost pojačala jer ograničava minimalni detektabilni ulazni signal.

Da bi pojačalo ispravno radilo, napon pomaka ne smije premašiti unaprijed određeni minimalni napon signala koji se pojačava a koji se primjenjuje na njegov ulaz. Ako je izlazni pomak istog reda ili ga premašuje kao ulazni signal, izobličenje će premašiti dopuštenu granicu za pojačalo, a njegova radna točka bit će pomaknuta izvan odgovarajućeg radnog raspona karakteristika pojačala («nulti pomak») .

Za smanjenje nulte devijacije koriste se sljedeće metode. Prvo se stabiliziraju svi izvori napona i struje koji napajaju stupnjeve pojačala. Drugo, koriste duboku negativnu povratnu spregu.. Treće, sheme kompenzacije temperaturnog pomaka koriste se dodavanjem nelinearnih elemenata čiji parametri ovise o temperaturi. Četvrto, koriste se balansirajući mostni krugovi. Na kraju se istosmjerna struja pretvara u izmjeničnu, nakon čega se izmjenična struja pojačava i ispravlja.

Prilikom izrade kruga pojačala istosmjerne struje vrlo je važno uskladiti potencijale na ulazu pojačala, na mjestima spajanja njegovih stupnjeva, kao i na izlazu opterećenja. Također je potrebno osigurati stabilnost stupnjeva u različitim režimima, pa čak iu uvjetima plutajućih parametara kruga.

DC pojačala su single-ended i push-pull. Sklopovi s jednostrukim izravnim pojačanjem prihvaćaju izravno dovođenje izlaznog signala s jednog elementa na ulaz sljedećeg.Kolektorski napon prvog dovodi se na ulaz sljedećeg tranzistora zajedno s izlaznim signalom iz prvog elementa (tranzistora).

Ovdje se moraju uskladiti potencijali kolektora prvog i baze drugog tranzistora, za što se napon kolektora prvog tranzistora kompenzira otpornikom. Otpornik je također dodan u krug emitera drugog tranzistora da pomakne napon baznog emitera. Potencijali na kolektorima tranzistora sljedećih stupnjeva također moraju biti visoki, što se također postiže primjenom odgovarajućih otpornika.

U paralelno uravnoteženom potisnom stupnju, otpornici kolektorskih krugova i unutarnji otpori tranzistora tvore četverokraki most, čija se jedna dijagonala (između krugova kolektor-emiter) napaja naponom napajanja, a drugi (između kolektora) je spojen na opterećenje. Signal koji treba pojačati primjenjuje se na baze oba tranzistora.

S jednakim kolektorskim otpornicima i savršeno identičnim tranzistorima, potencijalna razlika između kolektora, u nedostatku ulaznog signala, jednaka je nuli. Ako je ulazni signal različit od nule, tada će kolektori imati potencijalne korake jednake veličine, ali suprotnog predznaka. Opterećenje između kolektora pojavit će se izmjeničnom strujom u obliku ponavljajućeg ulaznog signala, ali s većom amplitudom.

Takvi stupnjevi se često koriste kao primarni stupnjevi višestupanjskih pojačala ili kao izlazni stupnjevi za postizanje uravnoteženog napona i struje. Prednost ovih rješenja je u tome što utjecaj temperature na oba kraka jednako mijenja njihove karakteristike i izlazni napon ne lebdi.