Усилитель постоянного тока с преобразованием

Недостатком схем УПТ прямого усиления является сравнительно большое значение напряжения дрейфа - порядка единиц микровольт на градус - и уровня низкочастотного шума.

На практике измерений бывает необходимо усиливать малые токи порядка единиц наноампер и напряжения порядка единиц микро­вольт. Такая задача часто встречается при измерении неэлектрических величин, например температуры, давления, фототоков, токов иониза­ции, а также при измерении пьезоэлектрических

эффектов и т.п. Широ­кое применение усилители малых токов и напряжений получили в технике для целей автоматического контроля и управления, в цифровых измерительных приборах. В этом случае применяют УПТ с преобразо­ванием входного напряжения, достоинством которых являются малое значение температурного дрейфа (0,01...0,1 мкВ/К° и малая чувстви­тельность к изменениям напряжения источника питания и температуры окружающей среды.

В УПТ с преобразованием используется принцип модуляции-демодуляции. Указанный принцип заключается в том, что сигнал постоянного тока преобразуется в, затем усиливается и снова преобразуется с помощью демодулятора в сигнал постоянного тока. Поэтому такие усилители с промежуточ­ной модуляцией (М) входного сигнала и с последующей демодуляци­ей (ДМ) усиленного выходного сигнала называют усилителями типа МДМ.

Рисунок 1.59 – Структурная схема усилителя МДМ

Входное усиливаемое напряжение поступает на вход модулятора, который преобразует входное постоянное или медленно изменяющее напряжение в периодическую последовательность импульсов. В качестве напряжения несущей частоты используется сигнал синусоидальной или прямоугольной формы, частота которого определяется частотой генератора. Выходное напряжение модулятора усиливается усилителем переменного напряжения. Гальваническая развязка вход­ной и выходной цепей усилителя осуществляется, как и в обычном усилителе переменного напряжения, с помощью RC-связей.

Усиленный модулированный дискретный сигнал поступает на де­модулятор, в котором осуществляется синхронное детектирование. Для синхронного детектирования опорное напряжение с выхода гене­ратора поступает на демодулятор. Синхронное детектирование позво­ляет сохранить соответствующую полярность выходного напряжения. На выходе демодулятора ставится фильтр нижних частот, который от­фильтровывает несущую частоту и высшие гармоники. В результате получают напряжение той же формы, что и на входе усилителя.

Описанная схема УПТ с преобразованием, в частности, применяет­ся в качестве входного усилителя в цифровом вольтметре типа В7-23. Таким образом, дрейф нуля в схемах УПТ с преобразованием определяется дрейфом нуля на выходе модулятора и составляет сотые доли микровольта в минуту, изменения

131 напряжения дрейфа снижа­ются до тысячных долей микровольта.

Недостатком усилителей типа МДМ является ограничение верх­ней граничной частоты

(не более 0,1….0,2 частоты модуляции), а так­же необходимость использования источника модулирующего напряжения - генератора.

Усилители с преобразованием сигнала на дискретных элементах оказались громоздкими и ненадёжными, поэтому они не нашли широ­кого применения. Между тем, изготовить такие усилители по интегральной технологии на кристалле стандартных размеров нетрудно. Данное обстоятельство способствовало тому, что современные УПТ с

преобра­зованием представляют собой интегральные усилители.