Gleichstromverstärker – Zweck, Typen, Schaltungen und Funktionsprinzip

Gleichstromverstärker verstärken, wie der Name schon sagt, keinen Strom per se, das heißt, sie erzeugen keine zusätzliche Leistung. Mit diesen elektronischen Geräten werden elektrische Schwingungen in einem bestimmten Frequenzbereich ab 0 Hz gesteuert. Betrachtet man jedoch die Form der Signale am Ein- und Ausgang des Gleichstromverstärkers, kann man eindeutig sagen, dass am Ausgang ein verstärktes Eingangssignal vorliegt, die Stromquellen für die Ein- und Ausgangssignale jedoch individuell sind.

Nach dem Funktionsprinzip werden Gleichstromverstärker in Direktverstärker und Wandlerverstärker eingeteilt.

Gleichstromumwandlungsverstärker wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um, verstärken und richten ihn dann gleich. Dies wird als Verstärkung mit Modulation und Demodulation – MDM – bezeichnet.

Direktverstärkerschaltungen enthalten keine reaktiven Elemente wie Induktivitäten und Kondensatoren, deren Impedanz frequenzabhängig ist. Stattdessen besteht eine direkte galvanische Verbindung des Ausgangs (Kollektor oder Anode) des Verstärkerelements einer Stufe mit dem Eingang (Basis oder Gitter) der nächsten Stufe.Aus diesem Grund ist ein Direktverstärkungsverstärker in der Lage, gleichmäßig durchzulassen (zu verstärken). D.C.… Solche Schemata sind auch in der Akustik beliebt.

Obwohl die direkte galvanische Verbindung den Spannungsabfall der Stufen und langsame Stromänderungen sehr genau überträgt, ist eine solche Lösung mit einem instabilen Betrieb des Verstärkers und Schwierigkeiten bei der Festlegung des Betriebsmodus des Verstärkerelements verbunden.

Wenn sich die Spannung der Netzteile geringfügig ändert oder sich die Funktionsweise der Verstärkerelemente ändert oder deren Parameter ein wenig schwanken, werden sofort langsame Änderungen der Ströme im Stromkreis beobachtet, die über galvanisch verbundene Stromkreise in das Eingangssignal gelangen und verzerren dementsprechend die Form des Signals am Ausgang. Oft ähneln diese unerwünschten Ausgangsänderungen in ihrem Ausmaß den Leistungsänderungen, die durch ein normales Eingangssignal verursacht werden.

Eine Verzerrung der Ausgangsspannung kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden. Erstens durch interne Prozesse in den Kettenelementen. Instabile Spannung von Netzteilen, instabile Parameter passiver und aktiver Elemente der Schaltung, insbesondere unter dem Einfluss von Temperaturabfällen usw. Sie hängen möglicherweise überhaupt nicht mit der Eingangsspannung zusammen.

Durch diese Faktoren verursachte Änderungen der Ausgangsspannung werden als Nullpunktdrift des Verstärkers bezeichnet. Die maximale Änderung der Ausgangsspannung in Abwesenheit eines Eingangssignals zum Verstärker (wenn der Eingang geschlossen ist) über einen bestimmten Zeitraum wird als absolute Drift bezeichnet.

Die auf den Eingang bezogene Driftspannung ist gleich dem Verhältnis der absoluten Drift zur Verstärkung des gegebenen Verstärkers.Diese Spannung bestimmt die Empfindlichkeit des Verstärkers, da sie das minimal erkennbare Eingangssignal begrenzt.

Damit ein Verstärker ordnungsgemäß funktioniert, darf die Driftspannung eine vorgegebene Mindestspannung des an seinem Eingang anliegenden zu verstärkenden Signals nicht überschreiten. Wenn die Ausgangsdrift in der gleichen Größenordnung wie das Eingangssignal liegt oder dieses überschreitet, überschreitet die Verzerrung den zulässigen Grenzwert für den Verstärker und sein Arbeitspunkt wird aus dem geeigneten Betriebsbereich der Verstärkereigenschaften verschoben („Nulldrift“). .

Um die Nullpunktabweichung zu reduzieren, werden die folgenden Methoden verwendet. Zunächst werden alle Spannungs- und Stromquellen, die die Verstärkerstufen versorgen, stabilisiert. Zweitens nutzen sie eine tiefe negative Rückkopplung. Drittens werden Temperaturdrift-Kompensationsschemata verwendet, indem nichtlineare Elemente hinzugefügt werden, deren Parameter von der Temperatur abhängen. Viertens werden ausgleichende Brückenschaltungen verwendet. Schließlich wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, anschließend wird der Wechselstrom verstärkt und gleichgerichtet.

Beim Aufbau einer DC-Verstärkerschaltung ist es sehr wichtig, die Potentiale am Eingang des Verstärkers, an den Verbindungspunkten seiner Stufen sowie am Ausgang der Last anzupassen. Es ist auch notwendig, die Stabilität der Stufen in verschiedenen Modi und sogar bei schwebenden Schaltungsparametern sicherzustellen.

Gleichstromverstärker sind Single-Ended- und Push-Pull-Verstärker. One-Shot-Direktverstärkungsschaltungen akzeptieren die direkte Einspeisung des Ausgangssignals von einem Element zum Eingang des nächsten.Die Kollektorspannung des ersten wird zusammen mit dem Ausgangssignal des ersten Elements (Transistors) dem Eingang des nächsten Transistors zugeführt.

Dabei müssen die Potentiale des Kollektors des ersten und der Basis des zweiten Transistors angepasst werden, wofür die Kollektorspannung des ersten Transistors durch einen Widerstand kompensiert wird. Außerdem wird dem Emitterkreis des zweiten Transistors ein Widerstand hinzugefügt, um die Basis-Emitter-Spannung auszugleichen. Auch die Potentiale an den Kollektoren der Transistoren der nachfolgenden Stufen müssen hoch sein, was ebenfalls durch den Einsatz von Anpassungswiderständen erreicht wird.

Bei einer parallel symmetrischen Push-Stufe bilden die Widerstände der Kollektorkreise und die Innenwiderstände der Transistoren eine vierarmige Brücke, von der eine der Diagonalen (zwischen den Kollektor-Emitter-Kreisen) mit einer Versorgungsspannung versorgt wird und die Der andere (zwischen den Kollektoren) ist mit der Last verbunden. Das zu verstärkende Signal wird an die Basen beider Transistoren angelegt.

Bei gleichen Kollektorwiderständen und vollkommen identischen Transistoren ist die Potentialdifferenz zwischen den Kollektoren bei fehlendem Eingangssignal Null. Wenn das Eingangssignal ungleich Null ist, haben die Kollektoren Potentialschritte mit gleicher Größe, aber entgegengesetztem Vorzeichen. Der Last zwischen den Kollektoren erscheint Wechselstrom in Form eines sich wiederholenden Eingangssignals, jedoch mit einer größeren Amplitude.

Solche Stufen werden häufig als Primärstufen mehrstufiger Verstärker oder als Ausgangsstufen verwendet, um ausgeglichene Spannung und Strom zu erhalten. Der Vorteil dieser Lösungen besteht darin, dass der Einfluss der Temperatur auf beide Arme ihre Eigenschaften gleichermaßen verändert und die Ausgangsspannung nicht schwankt.