Запитання

1. Що таке підсилювач?

2. Яка класифікація підсилювачів?

3. Як визначається коефіцієнт підсилення для багатокаскадно-го підсилювача?

4. Як кількісно оцінюється зворотній зв’язок у підсилювачах?

5. Навести схему отримання зворотнього зв’язку за напругою в підсилювачах.

6. Навести схему отримання зворотнього зв’язку за струмом.

7. Який зворотній зв’язок називається позитивним?

8. Який зворотній зв’язок називається негативним?

9. Як поділяються підсилювачі змінного струму?

10. Що представляють собою імпульсні підсилювачі?

11. Які фізичні основи підсилювачів постійного струму?

12. Що розуміють під дрейфом нуля?

13. Як зменшується дрейф нуля?

14. Що представляє собою операційний підсилювач?

Лекція 9. Модулятори та демодулятои сигналів план

9. 1. Модулятори сигналів

   2. Демодулятори сигналів

9. 1. Модулятори сигналів

Якщо вимірювальний сигнал змінюється в часі за таким законом, при якому ускладнена його передача чи перетворення, то виникає необхідність модуляції, тобто утворення нового модульованого сигналу із заданим законом зміни (частотним спектром). Процес модуляції полягає в передачі інформації від вимірювального (модулюючого) сигналу до несучого. Несучим є деякий допоміжний сигнал, який має зручні для реалізації наступних операцій фізичну природу і закон зміни в часі. В ролі несучого найчастіше використовують синусоїдні або імпульсні сигнали. При використанні гармонічного несучого сигналу можливі три види модуляції: амплітудна, частотна і фазова. При імпульсному несучому сигналі можна змінювати такі параметри: амплітуду, частоту, фазу або тривалість імпульсів. При цьому мають, відповідно, амплітудно-імпульсну, частотно-імпульсну, фазо-імпульсну та час-імпульсну модуляції.

Демодуляція – це перетворення промодульованого сигналу на сигнал, пропорційний вимірювальному (модулюючому).

У вимірювальній техніці найширше застосовують амплітудно-імпульсну модуляцію (демодуляцію) із схемною реалізацією на елементах ключового типу.

Залежно від способу ввімкнення ключового елемента (ключа) відносно наступного вимірювального перетворювача з вхідним опором R_н бувають модулятори послідовного, паралельного та послідовно-паралельного типів (рис.9.1). Вибір тієї чи іншої схеми здійснюється залежно від співвідношення опорів джерела сигналу R_с i R_н. При R_н>>R_c застосовують схему, подану на рис. 9.1, а), а при R_н<<R_с - на рис.9.1,б). Якщо значення опорів R_н і R_с сумірні, то застосовують схему, подану на рис.9.1,в).

Рис. 9.1. Основні принципіальні схеми модуляторів

За інших рівних умов мінімальне значення похибки модуляції мають схеми з максимальним значенням перехідного опору R ключів у розімкненому стані і мінімальними значеннями перехідного опору r і залишкових (паразитних) напруг у замкненому стані.

Залежно від потрібних метрологічних характеристик при побудові модуляторів використовують ті чи інші ключові елементи. Практично застосовують електромеханічні (контактні) або безконтактні ключі. В останніх використовують біполярні і польові транзистори, діоди, оптоелектронні та ємнісні елементи.

Модулятори з електромеханічними ключами виконують з використанням віброперетворювачів або реле з магнітокерованими контактами. Такі ключі за своїми характеристиками наближаються до ідеальних. У них r<0,1 Ом, a R>10¹⁰ Ом. Залишкові напруги і їх нестабільності, які зумовлені в основному електричними і електромаг-нітними наведеннями, а також контактними термо-ЕРС, не перевищують одиниць мікровольт на градус. Основним недоліком контактних модуляторів є порівняно малий їх строк служби.

Модулятори з транзисторними ключами не мають цього недоліку, проте мають більшу нестабільність залишкових напруг. Для зменшення впливу цих нестабільностей застосовують спеціальні схеми компенсації з використанням польових транзисторів і транзисторів у інтегральному виконанні. Ці заходи дають змогу зменшити значення нестабільності залишкових напруг до кількох мікровольт на градус.

Застосування в схемах модуляторів напівпровідникових діодів як ключових елементів дає змогу будувати порівняно нескладні діодні модулятори. Для зменшення похибок таких модуляторів їх ключі треба виконувати на кремнієвих діодах за компенсаційними схемами. При вдало підібраній парі діодів нестабільність залишкових напруг становить 15–20 мкВ/°С.

Рис. 9.2. Принципова схема модулятора на варикапах

Рис. 9.3. Схеми напівпровідникових випрямних перетворювачів середнього значення

Модулятори на оптоелектронних елементах будують також за схемами, наведеними на рис.9.1, у яких як ключі використовують фоторезистори. Істотною перевагою таких модуляторів порівняно з іншими безконтактними є відсутність гальванічних зв'язків між колами модулюючого і несучого сигналів. Нестабільність залишкових напруг модуляторів на оптоелектронних елементах становить десятки мікровольт на градус.

Модулятори на ємнісних елементах побудовані на основі динамічного конденсатора. В цьому випадку модулююча напруга підводиться до обкладинок конденсатора, ємність якого змінюється періодично внаслідок коливань однієї з пластин під дією електромаг-нітного поля котушки збудження. Заряд конденсатора пропорційний модулюючому сигналу і залишається постійним, а напруга на ньому змінюється в такт із зміною ємності, тобто за законом зміни несучого сигналу. Високий поріг чутливості модуляторів з динамічним конденсатором (10^-47-10^-15А) досягають забезпеченням великого вхідного опору (10¹⁷ Ом).

Крім розглянутих ключових модуляторів є модулятори, виконані на варикапах. Схему такого модулятора подано на рис. 9.2. Особливістю таких схем є те, що їх коефіцієнт перетворення є більшим від одиниці. Подібні модулятори відомі під назвою параметричних. При вдало підібраних варикапах вдається побудувати модулятор з порогом чутливості до десятків мікровольт.