При построении высокочувствительных УПТ с преобразованием на диапазон частот серьезные трудности вызывает создание стабильно работающих модуляторов с высокой несущей. Усилители же с контактными преобразователями из-за низкой допустимой частоты коммутации шеют узкую частотную полосу (большое разрешающее время - 10 10 сек). Ясно, что ограничение, накладываемое частотой преобразования на полосу, в таких устройствах в сильной степени сужает возможности их практического прхгменения. Точнее, основной причиной, ограничивающей возможности применения усилителей типа М-ДМ для передачи сигналов сложного частотного состава, является их низкая граничная частота пропускания, которая зависит от верхней частоты устойчивой работы данного типа преобразователя. Именно поэтому при построении усилителей постоянного тока на широкий диапазон частот усилителям с преобразованием отводилась вспомогательная роль [28, 30, 61].

Благодаря высокой чувствительности и стабильности устройства этого типа находят применение в различного рода прецизионной измерительной аппаратуре.

1.4. УСИЛИТЕЛИ С НЕПРЕРЫВНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ НАЧАЛЬНОГО УРОВНЯ

Отмеченные выше обстоятельства в большой мере способствовали созданию схем, в которых бы наилучшим образом реализовались преимущества усилителей прямого действия (практически идеальная частотная характеристика) и усилителей с преобразованием (стабильность нулевого отсчета). Такие устройства, получившие название УПТ с автоматической стабилизацией начального уровня выходного напряжения (нуля), широко используются в моделирующих установках постоянного тока.

Обычно схемы с автоматической стабилизацией нуля наряду с УПТ прямого действия содержат усилитель с преобразованием, на вход которого в одних случаях подаются низкочастотные составляющие входного сигнала, в других - только сложный сигнал, возникающий на выходе усилителя прямого действия, или одновременно оба эти напряжения (см. гл. X).

Иногда вместо УПТ прямого действия используется широкополосный усилитель переменного тока, назначение которого состоит в передаче высокочастотной составляющей входного сигнала, в то время как часть сигнала нулевой и близкой к нулю частоты передается усилителем с преобразованием. Их выходные напряжения суммируются.

Другим вариантом подобных устройств являются описанные выше усилители прерывистого действия, в которых, однако, автоматическая компенсация дрейфа осуществляется периодически во времени н без использования вспомогательного усилителя с преобразованием. Особенности схем усилителей с непрерывной автоматической стабилизацией нуля рассмотрены в гл. X.

1.5. ЧЕТЫРЕ ГРУППЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМ

Учитывая изложенное выше, представляется удобным разделить УПТ или иные системы постоянного тока в соответствии с использованием в них преобразования спектра сигнала на такие группы:

1) УПТ без преобразования;

2) УПТ с преобразованием всего спектра входного сигнала;

3) УПТ с преобразованием части спектра входного сигна.ла;

4) УПТ с преобразованием низкочастотной помехи (дрейфа) на их выходе.

Первая группа устройств наибо.лее изучена. Их теории и конструированию посвящен ряд специальных работ [9, 10. 33].

Усилители двух последних групп реализуются на базе УПТ с гальваническими связями или широкополосных усилителей переменного тока и собственно усилителей с преобразованием. Здесь возникают трудности при согласовании их работы. Что же касается процессов, связанных с преобразованием сигнала, то они остаются такими, как и в усилителях второй группы.

1.6. ПРЕДМЕТ И ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Предметом настоящего исследования является анализ и синтез усилителей с двукратным преобразованием всего спектра частот сигнала. Их обычно называют усилителями с преобразованием или усилителями типа М - ДМ.

Эти усилители и различного рода функциональные зстрой-ства, создаваемые на их основе, постоянно обсуждаются в отечественной и. зарубежной литературе. Однако исследованию их общих свойств - изучению полосы пропускания, сравнительному анализу частотных характеристик, определению передаточных функций и др.- посвящено небольшое число работ [1, 26, 34, 43, 69, 70, 71].

Особый интерес представляют работы [26, 70], в которых исследуются возможности построения усилителей с преобразованием на диапазон частот.

в работе [70] рассмотрены передаточные характеристики различных схем усилителей в установившемся режиме при идеальном фильтре нижних частот на выходе. Для диапазона

частот входного сигнала О ч-(mq-частота преобразова-

ния) изучены особенности фазовых и частотных характеристик усилительных устройств с одно- и двухиолупериодным преобразованием.

В работе [26] исследованы ограничения частотной полосы, налагаемые процессами модуляции и демодуляции. Показано, что в случае двукратного двухполупериодного преобразования при использовании неискажаюш;его промежуточного усилителя полоса пропускания УПТ теоретически не зависит от частоты работы прерывателей. В реальных схемах, где в качестве промежуточного применяется усилитель переменного тока, полоса пропускания ограничена вследствие ослабления усилителем нижних частот, и поэтому верхняя граничная частота оказывается близкой к COq.

Расширение полосы пропускания требует повышения частоты преобразования. Удовлетворить это требование при высокой стабильности работы преобразователя в настоящее время не представляется возможным. Поэтому при построении высокочувствительных усилителей постоянного тока на широкий диапазон частот, а именно, схем с автоматической стабилизацией нуля, усилители с преобразованием используются в качестве вспомогательных устройств.

Низкая граничная частота пропускания, которая зависит от частоты работы данного типа преобразователя, является основной причиной, ограничивающей возможности усилительных устройств с преобразованием всего спектра входного сигнала при усилении сигналов сложного частотного состава.

Основная цель настоящего исследования состоит, во-первых, в том, чтобы дать всесторонний анализ работы усилителей типа М-ДМ с учетом побочных продуктов преобразования с тем, чтобы выявить новые важные особенности этих устройств с точки зрения возможности их использования для усиления сигналов сложного спектрального состава; во-вторых, чтобы на основанх1и результатов анализа рассмотреть способы синтеза усилителей с преобразованием, частотная полоса которых не ограничивается частотой преобразования, а искажения сигнала за счет переходных процессов в области больших времен исключаются.