Усилители постоянного тока с преобразованием

January 22, 2012 by admin Комментировать »

С точки зрения применения в особо чувствительных измерительных приборах дрейф даже дифференциального усилителя может оказаться слишком большим. В таких случаях используется принципиально иной подход. Он состоит в преобразовании сигнала постоянного тока в переменный сигнал посредством прерываний (модуляции. — Примеч. перев.), в усилении последнего усилителем переменного сигнала с присущим ему нулевым дрейфом и в последующем выпрямлении, чтобы вернуться к сигналу по постоянному току. Такая система показана на рис. 8.15.

Рис. 8.15. Блок-схема усилителя постоянного тока с преобразованием. Ради наглядности прерыватель изображен как электромеханическое устройство.

Первоначально прерыватели были электромеханическими, а частота прерываний была ограничена несколькими сотнями герц; но это существенно сказывалось на частотной характеристике в области высоких частот: согласно общему правилу, максимально допустимая частота входного сигнала равна примерно одной четверти от частоты прерываний. Современные электронные ключи могут, конечно, осуществлять прерывания с частотой, равной многим мегагерцам.

Если применять простой диодный выпрямитель, показанный на рис. 8.15, то на выходе будет получаться положительный сигнал как при положительном, так и при отрицательном входном сигнале. В некоторых приложениях это может быть достоинством, когда необходимо воспроизводить модуль входного сигнала, как, например, в усилителе самописца. Однако в большинстве случаев полярность сигнала должна быть сохранена на выходе усилителя. Для этого применяют синхронные прерывания на входе и на выходе, так, чтобы переключения входного и выходного сигналов происходили одновременно и мгновенная полярность входного сигнала переносилась на выход; такое устройство представлено на рис. 8.16 (его называют также усилителем с модуляцией и синхронным детектированием. — Примеч. перев.)

Рис. 8.16. Усилитель с синхронными прерываниями на входе и на выходе.

Ограничения в отношении высоких частот, характерные для усилителей с преобразованием, можно преодолеть, сохранив в то же время пренебрежимо малый дрейф, если усилитель с преобразованием объединить с обычным усилителем постоянного тока; такая конструкция называется усилителем постоянного тока с коррекцией дрейфа. Ее называют также усилителем Голдберга по имени ее автора. Существует несколько разновидностей таких усилителей с коррекцией дрейфа; одна типичная схема такого усилителя изображена на рис. 8.17. Средние и высокие частоты проходят через разделительный конденсатор С и усиливаются напрямую обычным усилителем (2), а сигналы низких частот и постоянного тока не пропускаются конденсатором С и вынуждены проходить через усилитель с преобразованием (1), где они подвергаются дополнительному усилению по напряжению в Ах раз перед тем, как вместе со средними и высокими частотами поступают на вход усилителя (2).

Если теперь принять разумное предположение, что усилитель с преобразованием (1) свободен от дрейфа, то наблюдаемый дрейф выходного сигнала, скажем ео, должен весь возникать в усилителе (2) и выражаться дрейфом величины еог на входе усилителя (2). Он обязан быть малым по сравнению с полезным сигналом постоянного тока в этой точке, поскольку последний уже усилен в Л, раз. Другими словами, если рассматривать весь усилитель в целом, то дрейф, отнесенный к входу, а именно эту величину мы считаем самым естественным выражением дрейфа, будет равен всего лишь ео1Аг Если бы усилитель (1) отсутствовал и входной сигнал постоянного тока прямо подавался на усилитель (2), то отнесенный к входу дрейф

Рис. 8.17. Усилитель с коррекцией дрейфа.

равнялся бы eo!Av Таким образом, применение вспомогательного усилителя, свободного от дрейфа, уменьшает отнесенный к входу дрейф в число раз, равное коэффициенту усиления Ах этого усилителя. Ясно, конечно, что коэффициент усиления на средних и высоких частотах у нашей схемы без обратной связи равен только А2, тогда как коэффициент усиления по постоянному току и на низких частотах равен АХА2. Однако в случае, когда усилитель в целом охватывается, как обычно, отрицательной обратной связью, усиление получается равномерным во всем диапазоне частот, так что действие вспомогательного усилителя не проявляется ни в чем, за исключением очень ценного ослабления дрейфа.

Усилители постоянного тока с коррекцией дрейфа играют важную роль в любой измерительной системе, где требуется очень малый долговременный дрейф, например при измерениях с использованием тензодатчиков. Иногда такой усилитель объединяют в одной интегральной микросхеме с аналого-цифровым преобразователем.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты