Структура и принцип работы усилителей мдм

Модулятор – каскад, преобразующий постоянный ток в переменный или управляемый напряжением генератор.

В простейшем случае модулятор – электронный ключ, который с тактовой частотой периодически замыкает входной сигнал на землю.

Сигнал переменного тока после М усиливается обычным усилением (ОЭ) до необходимой величины.

С помощью ДМ усиленный сигнал преобразуется в однополярный сигнал. В простейшем случае с помощью выпрямителя.

Для сохранения знака U_вх обычно М и ДМ управляется синхронно от задающего генератора с частотой модуляции f_Т.

Частота модуляции ограничивается сверху максимальную усиливаемую частоту:

f^max_вх £ 2f_T

Для получения сигнала постоянного тока на выходе используется ФНЧ (фильтр НЧ – сглаживающая цепь), который устраняет в выходном сигнале переменный сигнал с частотой модуляции. В простейшем случае ФНЧ – это интегрирующая RC – цепь.

В качестве М и ДМ используются ключевые элементы на БТ и ПТ.

Диаграмма сигналов в основных точках усилителя

Синхронный режим работы ключей в М и ДМ позволяет выделить на выходе знак входного сигнала.

U_др ~ (0,1¸1)мкВ/час – достоинство

Недостаток – малая полоса пропускания

f_Т ~ 10 кГц (обычно)

Для получения усиления в широкой полосе частот с хорошими свойствами на постоянном токе используют комбинирование усилителя МДМ + простого усилителя.

У₁, например, типа МДМ, высокоточный, усиливает сигнал постоянного тока и низких частот, параллельно ему включается усилитель У₂ переменного тока, который усиливает ВЧ сигнал. Сигналы с усилителей суммируются на выходе. В результате обеспечивается как точность на постоянном токе, так и широкая полоса пропускания.

Дифференциальные усилители (ду)

U_вых = К_д(е_вх1 – е_вх2) = К_де_д

Идеальный ДУ усиливает только разностный дифференциальный сигнал. Дифференциальный сигнал (вход) – это сигнал между входами 1 и 2, где К_д – дифференциальный коэффициент усиления.

U_вых = К_с*е_с = 0, К_с = 0.

Идеальный ДУ не усиливает синфазный сигнал.

Синфазный сигнал: е_с = ½(е_вх1 + е_вх2) – общий сигнал относительно земли

Реальный ДУ: U_вых = К_се_с + К_де_д

К_осс = К_д/К_с

Степень идеальности ДУ определяется коэффициентом ослабления синфазного сигнала.

К_осс^дб ~ 60 дб (простые усилители)

~ 120 дб (хорошие усилители).

ДУ на БТ

Его свойства

Если VT₁ º VT₂ и находится в одинаковых условиях, а это достигается при интегральном изготовлении таких транзисторов (расположены вплотную и имеют одинаковые размеры), тогда

b₁ = b₂

Если R_k1 =R_k2 , то i_э1 = i_э2

Если U_вх1 = U_вх2, то i_к1 = i_к2

U_вых = U_k1 – U_k2 = i_k1*R_k1 – i_k2*R_k2 = 0

При дрейфе, если Di_k1 = Di_k2, то DU_вых = 0

При согласованных транзисторах, несмотря на то, что каждый из них в отдельности изменяет свой режим работы, как при изменении питания, так и при изменении температуры, а разница выходных сигналов VT₁ и VT₂ остается постоянной, т. е. дрейфы транзисторов вычитаются. Это и есть основное свойство ДУ, которое используется при построении УПТ.

В усилителях постоянного тока в качестве входного каскада используют ДУ, как на БТ, так и на ПТ. В реальных схемах не удается достичь точного согласования характеристик транзистора, т. е. простой ДУ все равно имеет какой-то дрейф. Для уменьшения этого дрейфа современные ДУ 4-го поколения содержат 10-15 транзисторов.