Лекция 24

АналогоВые перемножители

1. Введение

Подобно операционному усилителю (ОУ) электронный аналоговый умножитель представляет собой универсальное устройство, с помощью которого осуществляется ряд операций в области вычислительной техники, радиотехники и измерительной темнике. В вычислительной технике аналоговый перемножитель (АП) используется в качестве самостоятельного устройства для выполнения математических операций умножения и возведения в квадрат, а совместно с ОУ – для операций деления, извлечения квадратного корня и определения среднеквадратического значения. В радиотехники АП находит ши­рокое применение как: смеситель, преобразователь частоты, модулятор, удвоитель частоты, амплитудный, частотный или фазовый детектор, для автоматического регулирования усиления и т.д.

В сущности АП представляет собой двухвходное активное устройство, выходное напряжение которого пропорционально произведению двух его входных аналоговых сигналов.

Современные интегральные АП и ОУ дополняют друг друга, а их комбинации позволяют реализовать практически любые операции над аналоговыми сигналами.

Существующие типы АП можно разделить на две группы:

– балансные модуляторы, предназначенные для работы в широкой полосе частот (40 МГц и выше)при малых уровнях входных сигналов (до 0,5 В). Это, например, ИС526ПС1.

– аналоговые перемножители, предназначенные для работы б узком диапазоне частот при больших уровнях входных сигналов (до 10 В). Это, например, ИС525ПС1.

2. Основные способы построения апс

   1. Перемножители на основе управляемого сопротивления

Перемножители на основе управляемого сопротивления наиболее просты. Если сопротивление пропорционально управляющему напряжению, то ток через это сопротивление пропорционален произведению или частному входного и управляющего сигналов.

Данный тип перемножителей-делителей целесообразно использовать в тех случаях, когда для двух квадрантов необходимо получить максимальное быстродействие и не требуется высокая точность вычисления.

2. Умножители на логарифмических усилителях

Умножители на логарифмические усилителях наиболее очевидны для построения и просты для расчета. Алгоритм их синтеза сводится к выполнению последовательности следующих операций:

1) ln U_x , InU_y

2) U_o =k₁(lnU_x+ lnU_y)=k₂ ln(U_xU_y)

3) U_вых =k₃antilnU_o=k₃antiln (ln (U_xU_y) )) =kU_хU_у

Структурная схема изображена на рис.1

Рис. 1

Достоинства данного АПС:

1) широкий динамический диапазон

2) довольно высокая точность

3) высокая температурная стабильность

3. Параболические перемножители

К параболическим перемножителям относятся схемы, в которых произведение U_х U_у образуется как сумма или разность входных сигналовU_хиU_у возведенных в квадрат. В настоящее время члены, содержащие квадрат переменных, получают при помощи диодных функцио­нальных преобразователей, работающих в режиме кусочно-ломаной ап­проксимации. Диодные квадраторы с десятью точками излома переходной характеристики могут аппроксимировать функциюI_д =kU²с погрешностью не более 0,01% от полной шкалы измерений.

Известны различные формы параболических АПС, например, двухчленные:

U_хU_у =0,25((U_х +U_у)²− (U_х −U_y)²); (*)

U_хU_у = 0,25((a + U_х + U_у)² − (a − U_х + U_у)²) , a = const

Структурные схемы таких перемножителей построены с использованием уравнения (*) . ОУ выполняет роль суммирующих и вычитающих устройств. Затем следуют устройства вычисления абсолютного значения (модуля) суммы и разности входных сигналов, после которых, включены квадраторы. Выходной каскад, осуществляет суммирование с отрицательным знаком (или вычитание) квадратов суммы и разности вводным сигналов. Структурные схемы двухчленным перемножителей приведены на рис. 2 и рис. 3 .

Достоинство:

• достаточно широкополосны.

Недостатки:

• схемы сложны, дороги;

• напряжения погрешности при малых входных сигналах играют значительную роль;

• высокие требования к генераторам параболических функций.

Рис. 2 Рис. 3