Amplificadores DC - finalidade, tipos, circuitos e princípio de operação

Os amplificadores DC, como o nome sugere, não amplificam a corrente per se, ou seja, não geram potência adicional. Esses dispositivos eletrônicos são usados ​​para controlar as vibrações elétricas em uma determinada faixa de frequência a partir de 0 Hz. Mas olhando para a forma dos sinais na entrada e saída do amplificador DC, pode-se dizer inequivocamente que há um sinal de entrada amplificado na saída, mas as fontes de energia para os sinais de entrada e saída são individuais.

De acordo com o princípio de operação, os amplificadores DC são classificados em amplificadores diretos e amplificadores conversores.

Amplificadores de conversão DC convertem DC em AC, então amplificam e retificam. Isso é chamado de ganho com modulação e demodulação - MDM.

Os circuitos amplificadores diretos não contêm elementos reativos, como indutores e capacitores, cuja impedância depende da frequência. Em vez disso, há uma conexão galvânica direta da saída (coletor ou ânodo) do elemento amplificador de um estágio para a entrada (base ou grade) do próximo estágio.Por esta razão, um amplificador de ganho direto é capaz de passar (amplificar) mesmo DC… Esses esquemas também são populares em acústica.

No entanto, embora a conexão galvânica direta transfira com muita precisão entre a queda de tensão dos estágios e as mudanças lentas de corrente, tal solução está associada a um funcionamento instável do amplificador, com dificuldades em estabelecer o modo de operação do elemento amplificador.

Quando a tensão das fontes de alimentação muda ligeiramente, ou o modo de operação dos elementos do amplificador muda, ou seus parâmetros flutuam um pouco, são imediatamente observadas mudanças lentas nas correntes no circuito, que através de circuitos conectados galvanicamente entram no sinal de entrada e consequentemente distorcem a forma do sinal na saída. Freqüentemente, essas mudanças de saída espúrias são semelhantes em magnitude às mudanças de desempenho causadas por um sinal de entrada normal.

A distorção da tensão de saída pode ser causada por vários fatores. Em primeiro lugar, através de processos internos nos elementos da cadeia. Tensão instável das fontes de alimentação, parâmetros instáveis ​​dos elementos passivos e ativos do circuito, especialmente sob a influência de quedas de temperatura, etc. Eles podem não estar relacionados à tensão de entrada.

Mudanças na tensão de saída causadas por esses fatores são chamadas de desvio nulo do amplificador. A variação máxima na tensão de saída na ausência de um sinal de entrada para o amplificador (quando a entrada está fechada) durante um período de tempo é chamada de desvio absoluto.

A tensão de desvio referida à entrada é igual à razão entre o desvio absoluto e o ganho do amplificador em questão.Essa tensão determina a sensibilidade do amplificador, pois limita o sinal de entrada detectável mínimo.

Para que um amplificador funcione corretamente, a tensão de deriva não deve exceder uma tensão mínima predeterminada do sinal a ser amplificado que é aplicado à sua entrada. Se o desvio de saída for da mesma ordem ou exceder o sinal de entrada, a distorção excederá o limite permitido para o amplificador e seu ponto de operação será deslocado para fora da faixa de operação adequada das características do amplificador («zero drift»). .

Para reduzir o desvio zero, os seguintes métodos são usados. Primeiro, todas as fontes de tensão e corrente que alimentam os estágios do amplificador são estabilizadas. Em segundo lugar, eles usam realimentação negativa profunda.Em terceiro lugar, os esquemas de compensação de desvio de temperatura são usados ​​pela adição de elementos não lineares cujos parâmetros dependem da temperatura. Em quarto lugar, são usados ​​circuitos de ponte de balanceamento. Finalmente, a corrente contínua é convertida em corrente alternada, após o que a corrente alternada é amplificada e retificada.

Ao criar um circuito amplificador DC, é muito importante casar os potenciais na entrada do amplificador, nos pontos de conexão de seus estágios, bem como na saída da carga. Também é necessário garantir a estabilidade dos estágios em diferentes modos e mesmo em condições de flutuação dos parâmetros do circuito.

Amplificadores DC são single-ended e push-pull. Os circuitos de ganho direto de disparo único aceitam a alimentação direta do sinal de saída de um elemento para a entrada do próximo.A tensão do coletor do primeiro é alimentada na entrada do próximo transistor junto com o sinal de saída do primeiro elemento (transistor).

Aqui os potenciais do coletor do primeiro e da base do segundo transistor devem ser combinados, para os quais a tensão do coletor do primeiro transistor é compensada por um resistor. Um resistor também é adicionado ao circuito emissor do segundo transistor para compensar a tensão base do emissor. Os potenciais nos coletores dos transistores dos estágios subseqüentes também devem ser altos, o que também é obtido usando resistores correspondentes.

Em um estágio push balanceado paralelo, os resistores dos circuitos coletores e as resistências internas dos transistores formam uma ponte de quatro braços, uma das diagonais da qual (entre os circuitos coletor-emissor) é fornecida com uma tensão de alimentação e a outro (entre os coletores) está conectado à carga. O sinal a ser amplificado é aplicado nas bases de ambos os transistores.

Com resistores coletores iguais e transistores perfeitamente idênticos, a diferença de potencial entre os coletores, na ausência de um sinal de entrada, é zero. Se o sinal de entrada for diferente de zero, os coletores terão etapas de potencial iguais em magnitude, mas opostas em sinal. A carga entre os coletores aparecerá em corrente alternada na forma de um sinal de entrada repetido, mas com uma amplitude maior.

Esses estágios são frequentemente usados ​​como estágios primários de amplificadores de vários estágios ou como estágios de saída para obter tensão e corrente balanceadas. A vantagem dessas soluções é que o efeito da temperatura em ambos os braços altera suas características igualmente e a tensão de saída não flutua.