16.2. Усилители постоянного тока с преобразованиями сигнала
Характерной особенностью УПТ прямого усиления является наличие дрейфа нуля. Усилители прямого усиления с высокой чувствительностью в эксплуатационном отношении в ряде случаев неприменимы, так как они имеют большой дрейф нуля и отличаются сложностью настройки. Применение специальных схем стабилизации и стабилизации источников питания позволяют снизить приведенный ко входу дрейф до десятков милливольт в час. Поэтому для усиления сигналов с напряжением ниже сотен микровольт УПТ прямого усиления непригодны, и для усиления таких сигналов применяют усилители постоянного тока с преобразованием по следующей структурной схеме, рис. 16.3.
Рис 16.3. Структурная схема УПТ с преобразованием сигнала
Напряжение усиливаемого сигнала, имеющего спектр от 0 до , при помощи модулятора М преобразуется в переменное напряжение. На выходе модулятора появляются модулированные колебания несущей частоты со спектром ω±..
Эти колебания поступают на вход обычного усилителя переменного тока К, имеющего узкую полосу пропускания от ω+. до ω-. С выхода этого усилителя усиленные модулированные колебания подаются на демодулятор ДМ, который производит обратное преобразование, т.е. выделяет сигнал первоначальной формы.
Фильтр Ф не пропускает в нагрузку несущую частоту и ее гармоники. Следует отметить, что для неискаженного преобразования сигнала несущая частота должна быть в 5-10 раз больше частоты усиливаемых сигналов .в.
УПТ с преобразованием по сравнению с УПТ прямого усиления имеют следующие преимущества: малый уровень дрейфа выходного напряжения в течение длительной работы при высокой чувствительности; малая чувствительность к колебаниям питающих напряжений и температуры; возможность получения гальванически не связанных цепей входа и выхода; простота введения обратных связей; простота регулировки усиления в широких пределах; отсутствие необходимости корректировки нуля в процессе эксплуатации; относительная простота устройства, связанная с отсутствием необходимости применениея стабилизаторов напряжения.
16.3. Упт с использованием оптрона
В качестве модулятора в настоящее время используются оптроны. Оптрон - это полупроводниковый прибор, в едином корпусе которого находятся излучатель света, управляемый входным током, и фотоприемник. В качестве излучателя света используется светодиод, а фотоприемником служит фоторезистор, сопротивление которого зависит от силы облучающего света.
Оптрон обладает способностью усиливать напряжение до десятков раз, коэффициент усиления по току меньше единицы. К достоинствам оптрона относится полная электрическая развязка входной и выходной цепей, функциональная схема УПТ с использованием оптрона приведена на рис.16.4.
Рис. 16.4. Функциональная схема УПТ с использованием оптрона
Благодаря облучению фоторезистора пульсирующим световым потоком его сопротивление колеблется с частотой модуляции. При подаче на вход усиливаемого напряжения через R1 возникают ток и напряжение UR1 с частотой модуляции. Далее это напряжение усиливается усилителем переменного напряжения и поступает на балансный демодулятор, который выделяет полезный сигнал.