Усилители с модуляцией–демодуляцией сигнала (усилители МДМ) реализуют преобразование медленно меняющегося входного напряжения в переменное напряжение, которое затем усиливается и снова преобразуется в медленно меняющееся (но уже усиленное) напряжение с помощью фазочувствительного демодулятора. Усилитель переменного напряжения в значительной степени уменьшает погрешности, связанные с дрейфом нуля.
Типичная структура усилителя МДМ показана на рис. 2.21. Кроме модулятора (M), усилителя переменного напряжения (У1), демодулятора (ДМ) и делителя обратной связи (β), в эту структуру входят еще фильтр нижних частот (ФНЧ) и усилитель постоянного напряжения (У2).
Фильтр ФНЧ необходим для сглаживания выбросов выходного напряжения, возникающих при коммутации ключей модулятора. Цель введения в структуру усилителя У2 – обеспечить низкое выходное сопротивление, большой выходной сигнал и увеличить общий коэффициент усиления. Если коэффициент усиления усилителя У1 достаточно велик, то дрейф нуля усилителя У2 практически не увеличивает нестабильности начального уровня усилителя в целом. Фильтр нижних частот и усилитель У2 могут быть объединены в один узел – активный фильтр. Модулятор и демодулятор управляются напряжением, вырабатываемым управляющим генератором (УГ). В современных усилителях МДМ модуляторы и демодуляторы строят, как правило, на основе ключевых схем, причем в качестве ключей используют полевые транзисторы. Отечественная промышленность выпускает предусилитель МДМ типа К140УД13, функциональная схема которого показана на рис. 2.22.
Модулятор этого усилителя выполнен на двух бесконтактных переключателях S1 и S2. Третий бесконтактный переключатель S3 включается в схему демодулятора. Для коммутации транзисторов и демодулятора используется управляющий генератор УГ – мультивибратор с одной времязадающей цепью. В состав микросхемы К140УД13 входит, кроме того, дифференциальный усилитель ДУ. Все элементы функциональной схемы усилителя выполнены на основе МОП–транзисторов. Для реализации МДМ–усилителя микросхему следует дополнить конденсатором Cг, входящим в схему УГ, разделительным конденсатором Cр, присоединяемым к выходу ДУ, и фильтром нижних частот Cф, Rф, сглаживающим пульсации сигнала, снимаемого с однополупериодного демодулятора. При Сг =1000 пФ частота импульсов, вырабатываемых управляющим генератором, равна примерно 1 кГц. Соответственно постоянная времени фильтра нижних частот должна быть не меньше нескольких миллисекунд. Благодаря периодическому изменению положения переключателей S1 и S2 полярность напряжения, приходящегося на вход ДУ, также периодически меняется. Таким образом осуществляется преобразование медленно изменяющегося напряжения Uвх в переменное прямоугольное напряжение, частота которого задается управляющим генератором. Переменное напряжение усиливается в дифференциальном усилителе ДУ и далее преобразуется демодулятором Ср, S3 в пульсирующее напряжение, среднее значение которого и представляет собой усиленный входной сигнал. Демодулятор работает следующим образом. В один полупериод управляющего напряжения, вырабатываемого УГ, ключ S3 замкнут, и конденсатор заряжается до амплитуды напряжения, существующего в это время на выходе ДУ. На входе ФНЧ напряжение при этом равно нулю. В следующий полупериод ключ S3 размыкается и на вход ФНЧ поступает напряжение с выхода ДУ, смещенное на постоянное напряжение, запомненное конденсатором Cр. Таким образом, на вход ФНЧ поступают импульсы, амплитуда которых равна размаху прямоугольного переменного напряжения, присутствующего на выходе ДУ. Полярность этих импульсов зависит от фазового соотношения (0 или 180°) между усиливаемым переменным напряжением и управляющим напряжением, поступающим с УГ. Температурный дрейф напряжения смещения усилителя К140УД13 определяется неидеальностью ключей модулятора и наличием термо–э.д.с. во входной цепи. Этот дрейф не превосходит 0,5 мкВ/°С. Коэффициент усиления предусилителя по схеме рис. 2.22 равен примерно 10, а максимальное выходное напряжение – примерно 0,5 В.
