Демодуляторы на биполярных и полевых транзисторах. Остаточные параметры «биполярных» и «полевых» ключей

Вопрос 65 Демодуляторы на биполярных и полевых транзисторах. Остаточные параметры «биполярных» и «полевых» ключей.

Усиление малых сигналов (микровольтового уровня) сложно осуществить с высокой точностью усилителем постоянного тока, так как УПТ усиливает не только полезный сигнал, но и соизмеримый с ним сигнал ошибки, обусловленный временным и температурным дрейфом параметров усилителя (например, температурным дрейфом напряжения смещения – dUсм/dt). Такую ошибку нельзя исключить ручной подстройкой.

Радикальным методом уменьшения Uсм до десятков микровольт, а дрейфа – до 0.1 мкВ/°С при усилении малых сигналов стало применение структуры модулятор-демодулятор (МДМ) . Уменьшение влияния напряжения ошибки, его температурного и временного дрейфа при таком способе усиления достигается тем, что в тракте МДМ используется усилитель не постоянного, а переменного тока. Такой усилитель не пропускает постоянную и передаёт на свой выход только переменную составляющую усиливаемого сигнала. В результате в выходном сигнале усилителя отсутствует сигнал ошибки, обусловленный смещением и температурным дрейфом смещения каскадов усилителя.

Рассмотрим подробнее назначение и работу блоков тракта МДМ.

Структурная схема тракта МДМ показана на рис.1.

Рис.1 Усилитель с трактом модулятор-демодулятор

Устройство управления УУ вырабатывает импульсный сигнал частоты fм=1/Т (Т – период модулирующих колебаний). Этот сигнал управляет синхронной работой ключей модулятора М и демодулятора ДМ. Частота модуляции fм должна намного превышать частоту входного напряжения модулятора Uвх (обычно fм³10×fвх.макс).

Модулятор преобразует постоянный входной сигнал в переменный. Основная причина ошибки при усилении малых сигналов – высокий относительный уровень дрейфа нуля, вызванный температурной и временной нестабильностью электронных компонентов, – устраняется введением после модулятора усилителя переменного тока У. Демодулятор преобразует переменный усиленный сигнал в постоянный. Фильтр Ф необходим для выделения среднего значения из выходного сигнала демодулятора, а также для сглаживания высокочастотной составляющей, обусловленной проникновением через паразитные ёмкости ключей модулятора и демодулятора высших гармоник от импульсных управляющих напряжений в информационный канал схемы.

Ключи релейного демодулятора работают синхронно с ключами модулятора. Использование пассивного демодулятора приводит к прохождению на выход демодулятора только половины периода сигнала, усиленного усилителем переменного тока (рис.4).

выходного напряжения тракта МДМ

Фильтр служит для получения напряжения Uср, пропорционального осредненным за период Т вольт-секундным площадям выходного сигнала демодулятора. Поэтому коэффициент передачи КдмКф последовательно включенных блоков демодулятора и фильтра при tм®¥ можно считать равным ½  (отношение среднего значения выходного сигнала фильтра к амплитуде входного импульсного сигнала демодулятора). Таким образом, в рассмотренной схеме коэффициент передачи тракта модулятор-демодулятор составляет не более:

Кмдм=КмКусКдмКф=Кус/4.

Способ усиления малых сигналов по схеме МДМ реализован по интегральной технологии в микросхеме К140УД13 [1, с.39]. Эта микросхема содержит модулятор, демодулятор, усилитель переменного тока, основной усилитель и фильтры. В микросхеме перед усилением входной сигнал разделяется на высокочастотную и низкочастотную составляющие. Низкочастотная составляющая модулируется, а затем модулированный сигнал усиливается усилителем переменного тока. С выхода усилителя переменного тока сигнал поступает на демодулятор, который восстанавливает усиленную низкочастотную составляющую входного сигнала. После демодулятора сигнал проходит через фильтр низкой частоты и подается на сумматор, где складывается с усиленной основным усилителем высокочастотной составляющей входного сигнала. Недостатком схемы МДМ является проникновение части импульсного управляющего напряжения в информационный канал через паразитные емкости ключевых элементов модулятора и демодулятора, ведущие к погрешности. Кроме этого, динамические свойства тракта МДМ ухудшают быстродействие всего усилителя.