Amplificatori CC: scopo, tipi, circuiti e principio di funzionamento

Gli amplificatori CC, come suggerisce il nome, non amplificano la corrente di per sé, cioè non generano potenza aggiuntiva. Questi dispositivi elettronici vengono utilizzati per controllare le vibrazioni elettriche in un determinato intervallo di frequenza a partire da 0 Hz. Ma guardando la forma dei segnali all'ingresso e all'uscita dell'amplificatore CC, si può dire inequivocabilmente che c'è un segnale di ingresso amplificato all'uscita, ma le fonti di alimentazione per i segnali di ingresso e uscita sono individuali.

Secondo il principio di funzionamento, gli amplificatori CC sono classificati in amplificatori diretti e amplificatori convertitori.

Gli amplificatori di conversione CC convertono CC in CA, quindi amplificano e rettificano. Questo si chiama guadagno con modulazione e demodulazione - MDM.

I circuiti dell'amplificatore diretto non contengono elementi reattivi, come induttori e condensatori, la cui impedenza dipende dalla frequenza. Esiste invece un collegamento galvanico diretto dell'uscita (collettore o anodo) dell'elemento amplificatore di uno stadio all'ingresso (base o griglia) dello stadio successivo.Per questo motivo un amplificatore a guadagno diretto è in grado di passare (amplificare) anche DC… Tali schemi sono anche popolari in acustica.

Tuttavia, sebbene il collegamento galvanico diretto trasferisca molto accuratamente tra la caduta di tensione degli stadi e le lente variazioni di corrente, tale soluzione è associata a un funzionamento instabile dell'amplificatore, con difficoltà nello stabilire la modalità operativa dell'elemento amplificatore.

Quando la tensione degli alimentatori cambia leggermente, o la modalità di funzionamento degli elementi dell'amplificatore cambia, oi loro parametri fluttuano leggermente, si osservano immediatamente cambiamenti lenti nelle correnti nel circuito, che attraverso circuiti collegati galvanicamente entrano nel segnale di ingresso e di conseguenza distorcere la forma del segnale in uscita. Spesso questi cambiamenti di uscita spuri sono di grandezza simile ai cambiamenti di prestazioni causati da un normale segnale di ingresso.

La distorsione della tensione di uscita può essere causata da una varietà di fattori. Prima di tutto, attraverso processi interni agli elementi della catena. Tensione instabile degli alimentatori, parametri instabili degli elementi passivi e attivi del circuito, specialmente sotto l'influenza di cadute di temperatura, ecc. Potrebbero non essere affatto correlati alla tensione di ingresso.

Le variazioni della tensione di uscita causate da questi fattori sono chiamate deriva nulla dell'amplificatore. La variazione massima della tensione di uscita in assenza di un segnale di ingresso all'amplificatore (quando l'ingresso è chiuso) in un periodo di tempo è chiamata deriva assoluta.

La tensione di deriva riferita all'ingresso è pari al rapporto tra la deriva assoluta e il guadagno del dato amplificatore.Questa tensione determina la sensibilità dell'amplificatore in quanto limita il minimo segnale di ingresso rilevabile.

Affinché un amplificatore funzioni correttamente, la tensione di deriva non deve superare una tensione minima predeterminata del segnale da amplificare che viene applicata al suo ingresso. Se la deriva di uscita è dello stesso ordine o supera il segnale di ingresso, la distorsione supererà il limite consentito per l'amplificatore e il suo punto operativo sarà spostato al di fuori dell'intervallo operativo adeguato delle caratteristiche dell'amplificatore («zero drift») .

Per ridurre la deviazione zero, vengono utilizzati i seguenti metodi. Innanzitutto, tutte le sorgenti di tensione e corrente che alimentano gli stadi dell'amplificatore vengono stabilizzate. In secondo luogo, utilizzano un profondo feedback negativo.In terzo luogo, gli schemi di compensazione della deriva della temperatura vengono utilizzati aggiungendo elementi non lineari i cui parametri dipendono dalla temperatura. In quarto luogo, vengono utilizzati circuiti a ponte di bilanciamento. Infine, la corrente continua viene convertita in corrente alternata, dopodiché la corrente alternata viene amplificata e rettificata.

Quando si crea un circuito amplificatore CC, è molto importante abbinare i potenziali all'ingresso dell'amplificatore, nei punti di connessione dei suoi stadi, nonché all'uscita del carico. È inoltre necessario garantire la stabilità degli stadi in diverse modalità e anche in condizioni di parametri del circuito flottanti.

Gli amplificatori CC sono single-ended e push-pull. I circuiti a guadagno diretto one-shot accettano l'alimentazione diretta del segnale di uscita da un elemento all'ingresso del successivo.La tensione del collettore del primo viene inviata all'ingresso del transistor successivo insieme al segnale di uscita dal primo elemento (transistor).

Qui i potenziali del collettore del primo e della base del secondo transistor devono essere abbinati, per cui la tensione del collettore del primo transistor è compensata da un resistore. Un resistore viene anche aggiunto al circuito dell'emettitore del secondo transistor per compensare la tensione dell'emettitore di base. Anche i potenziali sui collettori dei transistor degli stadi successivi devono essere elevati, il che si ottiene anche utilizzando resistori di adattamento.

In uno stadio di spinta bilanciato in parallelo, i resistori dei circuiti collettore e le resistenze interne dei transistor formano un ponte a quattro bracci, una delle diagonali del quale (tra i circuiti collettore-emettitore) è alimentata con una tensione di alimentazione, e il altro (tra i collettori) è collegato al carico. Il segnale da amplificare viene applicato alle basi di entrambi i transistor.

Con resistori di collettore uguali e transistor perfettamente identici, la differenza di potenziale tra i collettori, in assenza di un segnale di ingresso, è zero. Se il segnale di ingresso è diverso da zero, i collettori avranno passi potenziali uguali in grandezza ma di segno opposto. Il carico tra i collettori apparirà corrente alternata sotto forma di un segnale di ingresso ripetuto, ma con un'ampiezza maggiore.

Tali stadi sono spesso utilizzati come stadi primari di amplificatori multistadio o come stadi di uscita per ottenere tensioni e correnti bilanciate. Il vantaggio di queste soluzioni è che l'effetto della temperatura su entrambi i bracci modifica le loro caratteristiche allo stesso modo e la tensione di uscita non fluttua.