Аналоговые перемножители сигналов и устройства на их основе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Аналоговые перемножители сигналов и устройства на их основе

Схемотехника интегральных перемножителей

Перемножение двух аналоговых сигналов можно выполнить как прямыми, так и косвенными (непрямыми) способами. К перемножителям непрямого действия относятся параболические и логарифмические перемножители, а к перемножителям прямого действия - перемножители с управляемыми сопротивлениями и с управляемыми делителями тока. Последние являются наиболее точными, они выпускаются в виде интегральных схем.

В схеме перемножителя, показанной на рис. 7.1, сомножителями являются напряжение и ток . Найдем выражение выходного напряжения как функции независимых переменных и в предположении, что параметры транзисторов и идентичны (; ; ). Воспользовавшись выражениями (1.1) и (1.2), а также очевидными соотношениями

,

получим

. (7.1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема на рис. 7.1 способна выполнять операцию перемножения только в случае, когда перемножаемые величины отвечают условиям

.

В этом случае, как следует из (7.1), выражение выходного напряжения принимает вид

.

Основным недостатком перемножителя по схеме рис. 7.1 является его неспособность работать в четырех квадрантах, поскольку ток может быть только одного знака. Для устранения этого недостатка используется параллельное соединение двух двухквадрантных перемножителей, один из которых инвертирующий, а другой неинвертирующий.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В схеме рис. 7.2 двухквадрантные перемножители выполнены на транзисторах и , а элементы и неуправляемые генераторы тока образуют преобразователь напряжение-ток по входу y (). Выходное напряжение четырехквадрантного перемножителя является суммой выходных напряжений составляющих его двухквадрантных перемножителей:

,

где

; ;

.

Напряжение связано с током соотношением

.

Возможность пренебречь разностью объясняется тем, что при малых напряжения практически равны (транзисторы идентичны), а при больших токах выполняется условие

.

Учитывая сказанное, выражение выходного напряжения схемы рис. 7.2 можно записать в виде

, (7.2)

откуда видно, что схема рис. 7.2, как и схема рис. 7.1, является нелинейной по входу x, к тому же ее выходное напряжение зависит от температуры (поскольку от температуры зависит ).

Размещено на http://www.allbest.ru/

С целью устранения этих недостатков у перемножителя 525ПС1 на входе x включено корректирующее устройство (рис. 7.3) с преобразователем напряжение-ток, выполненным на элементах . Транзисторы в диодном включении обеспечивают необходимые предыскажения входного сигнала , а резистор служит для согласования по постоянному току выхода корректирующего устройства и входа собственно перемножителя (рис. 7.2). Выходное напряжение корректирующего устройства - это разность падений напряжений на диодах : . Поскольку

,

выражение выходного напряжения корректирующего устройства имеет вид

. (7.3)

Произведя подстановку (7.3) в (7.2) и учтя, что , получим выражение выходного напряжения перемножителя, на входе которого включено корректирующее устройство:

, (7.4)

где - масштабный коэффициент с размерностью 1/В.

Чтобы получить несимметричный низкоомный выход, в микросхеме 525ПС2 добавлен дифференциальный усилитель, как показано на рис. 7.4,а. Выходное напряжение описывается выражением, аналогичным (7.4):

(масштабный коэффициент у перемножителя 525ПС2 1/В).

Микросхема 525ПС2 позволяет путем перекоммутации выводов (рис.7.4,б) реализовать делитель двух напряжений, что можно показать, преобразовав выражение выходного напряжения операционного усилителя

с учетом того, что , а напряжение есть выходное напряжение операционного усилителя:

.

Исходя из условия устойчивости, напряжение должно быть больше нуля. Если при этом выполняется неравенство , то выражение выходного напряжения примет вид, соответствующий выражению делителя напряжений:

. (7.5)

Таким образом, схема рис. 7.4,б способна выполнять операцию деления на только при положительных и не слишком малых значениях . Если требуется, чтобы схема работала при отрицательных значениях , то это напряжение необходимо подавать на инвертирующий вход x.

Основным параметром, характеризующим качество перемножителя, является погрешность перемножения

,

где ; - измеренное выходное напряжение; - максимальное расчетное выходное напряжение (близкое к питающим напряжениям). У перемножителя 525ПС2 погрешность перемножения не хуже , а В.

Погрешность перемножения вызвана разбалансировкой балансных каскадов (из-за наличия напряжения смещения и тока сдвига), а также нелинейностью амплитудных характеристик каналов x и y. Нелинейность амплитудных характеристик каналов x и y объясняется нелинейностью преобразователей напряжение-ток, а также невозможностью полной компенсации искажений в канале x, проявляющихся при относительно больших напряжениях . Разбаланс балансных каскадов сказывается в основном при малых входных сигналах и проявляется в наличии остаточных напряжений по входам x и y (). Остаточные напряжения измеряются при нулевом напряжении на одном входе и максимальном напряжении на другом (у перемножителя 525ПС2 ).

Остальные параметры перемножителей аналогичны соответствующим параметрам операционных усилителей. Они измеряются по каждому из двух входов при подаче на другой вход максимального постоянного напряжения.

интегральный перемножитель транзистор диод

Размещено на Allbest.ru