VIII.4. Усилители постоянного тока с преобразованием
(УПТ на несущей частоте).
Применение балансных и компенсационных схем и стабилизация источников питания позволяют снизить напряжение дрейфа, приведенное к входу УПТ прямого усиления, до нескольких сотен, в лучшем случае, десятков микровольт в час. Колебания напряжения дрейфа, вызываемые эффектом мерцания, при этом могут оставаться порядка ста микровольт. Поэтому для усиления сигналов с напряжением ниже сотен микровольт УПТ прямого усиления непригодны, так как величина входного сигнала становится соизмеримой с величиной флуктуационных помех (эффект «мерцания» эмитирующих электродов). Для этой цели приходится использовать УПТ с преобразованием частоты усиливаемых сигналов, принцип действия которых поясняется рис.8.6.
Рис. 8.6. Усилитель постоянного тока с преобразованием.
В таких УПТ напряжение усиливаемых сигналов, имеющих спектр от 0 до , при помощи балансного модулятора (БМ) модулирует по амплитуде напряжение генератора (Г) несущей частоты . В результате на выходе модулятора получают модулированные колебания несущей частоты со спектром боковых частот . Эти колебания подают на вход УПТ, рассчитанного на пропускание полосы частот . После усиления модулированные колебания детектируются балансным демодулятором (фазовым детектором), выделяющим из этих колебаний усиленный сигнал первоначальной формы. После фильтрации остатков несущей частоты и её гармоник фильтром (Ф) сигнал поступает в нагрузку (Н). Для неискажённого усиления несущая частота должна превышать в 100 1000 раз наивысшую частоту В усиливаемых сигналов.
Дрейф УПТ с преобразованием в основном определяется дрейфом балансного модулятора. Некоторые схемы балансных модуляторов позволяют получить дрейф усилителя порядка сотых долей мкВ в минуту и даже ниже. Флуктуационные колебания напряжения дрейфа, отнесённые ко входу, в УПТ с преобразованием могут быть снижены до тысячных долей мкВ.
Достоинства УПТ с преобразованием:
Малый уровень дрейфа;
Отсутствие необходимости стабилизации источников питания;
Простота введения ООС и регулировки усиления.
Недостаток УПТ с преобразованием: Сложность схемы.
Другой способ преобразования постоянного напряжения в переменное заключается в том, что постоянное напряжение на входе преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых определяется амплитудой и полярностью постоянного напряжения в данный момент времени, т.е. производится широтно-импульсная модуляция (ШИМ) входного сигнала. Преобразование осуществляется с помощью электромеханических или электронных коммутаторов, синхронно коммутирующих входное и выходное напряжения. Постоянное напряжение на входе преобразуется в т.н. «прямоугольную волну». После усиления сигнала производится обратное преобразование «прямоугольной волны» в постоянное напряжение.
Для неискажённой передачи входного сигнала постоянного напряжения необходимо, чтобы частота коммутации не менее чем в два раза превышала максимальную частоту входного сигнала, что технически трудно осуществимо при достаточно высокой частоте сигнала. Другим недостатком данного метода является возможность появления наводок, весьма заметных при коммутации малых входных напряжений.