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.