Усилитель постоянного тока

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Усили́тель постоя́нного то́ка (УПТ) — усилитель электрических сигналов, обычно электронный усилитель, диапазон усиливаемых частот которого включает нулевую частоту («постоянный» ток).

На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких частот. Таким образом, термин «УПТ» можно применять к любому усилителю, способному усиливать сигналы постоянного тока.

Дрейф нуля УПТ[править | править вики-текст]

Особенностью многокаскадных УПТ, не использующих модулятор на входе и демодулятор на выходе — это УПТ типа М-ДМ, является непосредственная связь между каскадами, то есть между каскадами не включаются разделительные конденсаторы или трансформаторы, не пропускающие сигналы с низкими частотами, в частности, сигналы постоянного тока. Для таких УПТ характерен «дрейф нуля» — медленное систематическое или медленное хаотическое изменение выходного сигнала при неизменном входном сигнале.

Количественно дрейф нуля принято выражать приведённым ко входу усилителя, то есть дрейфу выходного сигнала делённому на коэффициент усиления усилителя. Часто указывается дрейф от влияющего фактора, например, от температуры, в этом случае приведённый ко входу дрейф относят к единице измерения влияющего фактора, например, мкВ/К (температурный дрейф), мкВ/сутки (временной дрейф) и т. д.

Дрейф нуля принципиально неустраним в УПТ с непосредственными связями, разными мерами можно только его уменьшить. Причинами, вызывающими дрейф нуля являются:

  • Изменения температуры (температурный дрейф) и влажности окружающей среды.
  • Нестабильности источников питания.
  • Старение электронных компонентов, вызывающее изменение их электрических параметров.
  • Низкочастотные собственные шумы усилителя.

Для снижения дрейфа нуля стремятся исключить влияние внешних факторов — герметизацией, термостатированием, использования стабильного питания, применения искусственно состаренных компонентов и др. Наиболее весомый вклад в дрейф обычно температурный.

Основной вклад в дрейф нуля вносит входной каскад, вклад последующих каскадов в дрейф нуля обычно мал. Для снижения дрейфа входного каскада часто применяют дифференциальные (балансные) входные каскады. Дифференциальное включение активных компонентов позволяет существенно снизить влияние температуры и других влияющих на дрейф факторов, так как при равенстве величины и знака изменения параметров активных компонентов в дифференциальной схеме уход параметров взаимно компенсируется, так как влияют на выходной сигнал с разными знаками и в идеале — равными по модулю.

Температурный дрейф современных прецизионных УПТ с непосредственными связями, например прецизионных операционных усилителей порядка единиц — десятков мкВ/К.

Очень эффективный способ борьбы с дрейфом нуля является применение УПТ построенных по схеме модулятор — усилитель переменного сигнала — демодулятор сокращенно называемые УПТ типа МДМ или М-ДМ.

УПТ типа модулятор — демодулятор[править | править вики-текст]

Усиление сигнала в таких УПТ производится с помощью усилителя переменного сигнала, который принципиально не имеет дрейфа нуля. Для преобразования входного сигнала постоянного тока (напряжения) в переменный на входе усилителя переменного сигнала устанавливается модулятор — устройство, которое с помощью ключей, коммутируемых с частотой много большей максимальной частоты в спектре усиливаемого сигнала преобразует входной постоянный сигнал в относительно высокочастотное напряжение, причем амплитуда этого переменного сигнала прямо пропорциональна входному постоянному сигналу. Простейший модулятор — ключ, периодически отключающий источник сигнала от входа усилителя переменного сигнала. При замкнутом состоянии ключа на вход усилителя переменного сигнала подается напряжение входного сигнала постоянного тока, при разомкнутом состоянии ключа входной сигнал этого усилителя нулевой.

Управление ключом или ключами модулятора производится вспомогательным генератором.

Переменное напряжение от модулятора усиливается усилителем переменного сигнала (напряжения) до необходимого уровня. На выходе усилителя переменного сигнала присутствует переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна входному сигналу. Переменное напряжение преобразуется снова в постоянное выходное напряжение с помощью демодулятора. В качестве демодулятора применяют какой-либо выпрямитель переменного сигнала, например, диодный. Но часто выпрямитель выполняют в виде синхронного детектора — ключа или нескольких ключей, коммутируемых синхронно с ключом модулятора и управляемых от того же генератора. Простейший синхронный детектор — ключ между выходом усилителя и нагрузкой, который замкнут при, например, каждой положительной полуволне переменного напряжения выхода усилителя и разомкнут в остальное время.

В качестве ключей в УПТ с МДМ ранее использовались электромеханические ключи — обычные контактные пары, например, вибропреобразователи. Сейчас электромеханические ключи практически полностью вытеснены бесконтактными полупроводниковыми ключами, обычно полевыми транзисторами.

В УПТ МДМ основной вклад в дрейф вносит модулятор, вклад остальных устройств невелик. Например, в электромеханических модуляторах дрейф составляет — единицы  мкВ, в бесконтактных модуляторах — доли мкВ.

Терминология[править | править вики-текст]

В подавляющем большинстве случаев УПТ является усилителем не тока (как следует из названия), а напряжения. Неоднозначность названия обусловлена тем, что термин «ток» часто употребляется для описания любых электрических сигналов вообще.

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]