直流放大器常用于测量仪表。在高精度电位测量和生物电与物理电测量中(见生物医学核电子仪器),电信号往往很弱,而且变化缓慢,含有直流成分,经放大后才便于检测、记录和处理。此外,在许多情况下,被测信号源的内阻高,要求放大器具有高增益和高输入阻抗。具有这种特性的直流放大器也适合用作运算放大器。
直接耦合的晶体管或电子管放大器都可作为直流放大器。这类放大器也靠直流电源供电。当无信号输入时,理想的直流放大器的输出电位应该是零、或者是一个称之为放大器直流零点的参考电位。但是实际上,由于电源电压的波动和诸如温度等环境因素的改变,以及电子元件、器件的老化,这个参考电位会随放大器特性参数的改变而发生变化。这样,放大器的输出中就不可避免地含有一个称为零点漂移的不固定误差。在多级放大器直接耦合的情况下,前级的零点漂移会被后面各级渐次放大,结果便会与被放大的有用信号相混淆,影响放大器的性能。最大限度地克服零点漂移,是直流放大器设计中的一个重要目标。
直流放大器的类型很多。直接耦合的单管放大器是最简单的一种。这种放大器的缺点是零点漂移大。
双通道斩波式直流放大器的原理图(图1)。它由斩波通道、高频通道和主放大器三部分组成。被测信号中的直流分量(包括缓变分量)和高频分量,分别经斩波通道和高频通道处理后由主放大器相加。经过斩波通道的信号在被放大之前,先被“斩切”成方波,经交流放大以后再由解调器恢复为直流。交流放大器和低通滤波器不会产生零点漂移,只要斩波器的“通”、“断”不引入残存电压和漏电流,整个放大器基本上不会产生零点漂移。高频通道使信号频率较高的分量直接经主放大器输出,能起补偿和加宽频带的作用。斩波器的好坏对直流放大器的性能影响很大。早期的机械振子斩波器具有理想的开关特性,但工作频率只有几百赫,而且寿命短。现代的以场效应晶体管为主构成的斩波器具有良好的性能,得到了广泛的应用。
斩波式直流放大器作为运算放大器,曾在模拟计算机中发挥过重要作用,后来主要用于高精度的测试系统。集成式运算放大器可以直接用于线性直流放大,使用比较广泛。