7. Аналоговые перемножители

7.1. Аналоговые перемножители на дифференциальных каскадах

При создании современной радиоэлектронной аппаратуры широко применяются аналоговые перемножители и компараторы напряжений на основе дифференциальных каскадов. Перемножители для высококачественной обработки сигналов должны обладать широкими динамическим и частотным диапазонами линейного перемножения, а компараторы должны иметь высокую разрешающую способность. Существуют способы улучшения технических характеристик таких устройств путем введения дополнительных элементов и связей, а также использования новых схемотехнических решений.

Для выполнения аналогового перемножения сигналов могут быть использованы устройства различного типа. Лучшими техническими характеристиками обладают перемножители на основе ДК, например, выпускаемые отечественной промышленностью перемножители 140МА1, 525ПС1, 526ПС1 и зарубежными фирмами – АД531 и АД532.

ДК, показанный на рис. 7.1, может выполнять функцию перемножения напряжений двух сигналов, один из которых подается на дифференциальные входы 1 и 2 (U_d), а на другой – на вход 3 (U₃) токопитательного каскада. При равенстве сопротивлений колекторных резисторов (R1=R2=R_К) каскада его дифференциальное выходное напряжение:

. (7.1)

Р ис. 7.1. Принципиальная схема дифференциального каскада

При небольших значениях дифференциального входного напряжения Ud << T выражение (7.1) упрощается и принимает вид:

.

Из соотношения (7.1) видно, что перемножитель на основе ДК (см. рис. 7.1) имеет очень узкий диапазон линейного перемножения напряжений по дифференциальному входу. Так, например, уже при U_d =0,1_T  2,5 мВ погрешность линейности перемножения составляет около 10 %. По этой причине подобные перемножители могут применяться лишь в случаях, когда не предъявляются высокие требования к линейности перемножения.

Однако следует отметить одну важную особенность такого перемножителя – отсутствие в спектре выходного сигнала четных гармоник в случае, когда напряжение смещения U_см транзисторов дифференциальной пары VI, V2 (см. рис. 7.1) равно нулю.

Л учшими техническими характеристиками по сравнению с перемножителем на одиночном ДК обладают аналоговые перемножители, построенные на двух ДК (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Принципиальная схема перемножителя на двух ДК

Входы ДК на транзисторах VI, V2 и V3, V4 объединены симметрично-перекрестными связями. Первое перемножаемое напряжение Ux подается на общие входы ДК, а второе Uy – на входы транзисторов V5 и V6, которые путем перераспределения токов I7 и I8 в соответствии с изменением напряжения Uy осуществляют управление крутизной характеристики прямой передачи первого и второго ДК.

Выходной сигнал, снимаемый с общих выходов ДК:

Uвых=R₁(I₁+I₃)–R₂(I₂+I₄).

Если R₁=R₂=R_K, то можно показать, что:

. (7.2)

Из соотношения (7.2) видно, что выходное напряжение перемножителя связано нелинейной зависимостью с напряжением U_X поэтому он также имеет очень узкий динамический диапазон линейного перемножения напряжений, подаваемых на дифференциальный вход. По структуре, показанной на рис. 7.2, построен серийно выпускаемый отечественной промышленностью перемножитель на ИС типа 526ПС1. Этот перемножитель имеет достаточно широкий диапазон рабочих частот (до 80 МГц), но динамический диапазон линейного перемножения напряжений, подаваемых на вход U_X (рис. 7.2), очень мал (единицы милливольт).