Усилители с преобразованием постоянного тока в переменный

В УПТ с непосредственными связями нельзя добиться идеальной температурной стабилизации. Кроме того, минимальный уровень усиленного сигнала ограничен низкочастотными шумами, проходящими на выход. В связи с этим при усилении слабых сигналов применяются УПТ с преобразованием постоянного тока в переменный, которые имеют меньший дрейф нуля, больший коэффициент усиления на низких частотах, не нуждаются в частой установке нуля.

Процесс преобразования сигнала постоянного или медленно меняющегося тока представлен на рис. 8.66.

Рис. 8.66

Входной сигнал (постоянный или медленно изменяющийся) подается на модулятор, с помощью которого преобразуется в импульсы, которые затем усиливаются бездрейфовым (импульсным) усилителем переменного сигнала; после усиления с помощью демодулятора снова преобразуются в постоянный или медленно меняющийся сигнал. Генератор несущей необходим для работы как модулятора, так и демодулятора.

При нулевом входном напряжении выходное практически равно нулю, так как усилитель переменного тока практически не имеет дрейфа, его нижняя граничная частота отлична от нуля и поэтому низкочастотные шумы самого усилительного элемента не попадают на выход. Дрейф всего усилителя определяется дрейфом преобразователя, который при тщательной экранировке прерывателя можно снизить до нескольких микровольт. В качестве прерывателей могут использоваться электромеханические вибраторы с частотой не выше 200-400 Гц. Однако срок службы электромеханического преобразователя ограничен, т.к. при работе его контактная схема быстро изнашивается.

Прерыватель для преобразования постоянного тока в сигналы переменного можно построить на одном транзисторе. Известно, что транзистор может работать в режиме отсечки и в режиме насыщения, если подавать на вход коммутирующий сигнал Е_б достаточной величины (рис. 8.67).

Рис. 8.67

Однако такая схема подвержена температурному дрейфу. Температурный

дрейф можно снизить, применяя балансный прерыватель на двух

транзисторах (рис. 8.68).

Рис. 8.68

Модулирующее напряжение прямоугольной формы через трансформатор прикладывается к базам транзисторов VT1 и VT2, отпирая или запирая их. При открытом первом и закрытом втором транзисторах ток протекающий через нагрузку зависит от величины входного сигнала. При закрытом первом и открытом втором такое явление отсутствует. На выходе при этом появляется переменный сигнал, пропорциональный входному напряжению (рис. 8.69):

Рис. 8.69

Демодуляцию также можно осуществить по схеме, собранной на двух транзисторах. Для этих целей выпускаются, например, коммутаторы КТ118А, Б.

Эта схема позволяет получить постоянный коэффициент передачи в широком диапазоне напряжений сигнала. В качестве модуляторов и демодуляторов можно использовать схемы, построенные на других элементах: полевых транзисторах, интегральных коммутаторах и т.д.

8.12.3. Операционные усилители с автоматической

стабилизацией нулевого уровня

УПТ с преобразованием имеют довольно узкую полосу. Их можно использовать в медленно действующих регуляторах. Однако усилители с компенсацией дрейфа находят применение в качестве составного блока операционных усилителей. УПТ с автоматической стабилизацией нулевого уровня с помощью цепи обратной связи и дополнительного бездрейфового усилителя без значительного сужения полосы пропускания имеет следующий вид (рис. 8.70).

Рис. 8.70

В этом усилителе постоянная составляющая или медленное изменение сигнала могут усиливаться двумя каналами: по каналу Вх 1 основного УПТ с усилением К1 и по второму каналу, который состоит из УПТ с преобразованием и коэффициентом усиления К2 и основного УПТ с коэффициентом усиления К1. Переменные составляющие входного сигнала усиливаются лишь основным УПТ с коэффициентом усиления К1. Смешение переменной и постоянной составляющих производится в основном УПТ, входной каскад которого выполняется суммирующим по схеме дифференциального усилителя. Δе является ЭДС низкочастотных помех. Цепь обратной связи значительно снижает дрейф выходного напряжения, возникающей вследствие возмущения Δе. Например, при нулевом входе за счет дрейфа нуля основного УПТ изменяется выходное напряжение (увеличение). Затем это изменение через цепь обратной связи (R1-R2) передается в точку А. Это изменение усиливается бездрейфовым усилителем и подается на суммирующий каскад основного УПТ. Количество каскадов бездрейфового УПТ выбирается так, чтобы его выходное напряжение было противофазно дрейфовому. Из-за такой обратной связи приведенный ко входу дрейф уменьшается примерно в К2 раз. В операционных усилителях К2 выбирают равным . Обычно при работе сумматора достаточно иметь К1 ( )≥ в полосе частот от 0 до 50 Гц, для работы в режиме интегратора К1( )≥ в полосе частот от 0 до 5 Гц. Бездрейфовый УПТ должен иметь большое входное и выходное сопротивление, устойчиво работать и быстро восстанавливать рабочий режим после перегрузки. Эти решения используются в ОУ К140УД13.