Короткі теоретичні відомості

Аналогові перемножувачі є основною таких перетворювачів сигналів, як балансні, амплітудні та односмугові модулятори; АМ-, ЧМ-, ФМ-демодулятори, помножувачі та подільники частоти; квадратичні детектори тощо.

У лабораторному макеті реалізується такий спосіб множення сигналів (рис 10.1). Співмножники у вигляді напруг U_х, U_у поступають на входи логарифматорів ЛП1, ЛП2. Вихідна напруга lnU_х, lnU_у складаються (суматор Σ) та поступають на антилогарифматор Ан.ЛП. Вихідна напруга підсилювача Ан.ЛП прямо пропорційний добутку U_х U_у.

Рисунок 10.1 – Перемножувач сигналів

Основні структурні ланки перемножувала (рис. 10.1) – це логарифматор та антилогарифматор.

У колі ЗЗ ОП логарифматора (рис. 10.2) запроваджені нелінійні елементи з логарифмічною ВАХ.

Рисунок 10.2 - Логарифматор

Відомо, що струм І_Д і напруга U_g напівпровідникового діода зв’язані такими співвідношеннями:

І_g ≈ І₀

де І₀ – зворотний струм закритого p-n переходу; φ_т – температурний потенціал (φ_т = 26 мВ при 25 ^оС).

Якщо напруга: U_вх має позиивний знак, відкривається діод VD1, якщо U_вх має негативний знак – діод VD2.

В обох випадках струм через діоди

напруга на діодах

U_g ≈ U_вих.

Отже,

≈ І₀ , U_вих ≈

Антилогарифмічну ланку можна побудувати, якщо резистор R та діоди VD1, VD2 у схемі (рис .10.2) поміняти місцями. У підсилювачі (рис. 10.3) при надходженні позитивної за знаком напруги U_вх відкривається діод VD1, негативної – VD2. Провівши аналіз так, як це зроблено вище, приходимо до висновку, що вихідна і вхідна напруга в антилогарифматорі зв’язані співвідношеннями

U_вих ≈ R І₀ .

Підсилювачі, які використовуються в роботі, мають недоліки: порівняно велику похибку перетворення, малий динамічний діапазон вхідної напруги, температурну залежність вихідної напруги. Більш складні схеми позбавлені цих вад.

Рисунок 10.3 - Антилогарифматор

Логарифматори та антилогарифматори, крім аналогових перемножувачів, застосовуються також у пристроях компресії та декомпресії сигналів, інших нелінійних перетворювачах.

Для зменшення похибки множення застосовують спеціалізовані ІМС. У лабораторному макеті використана одна з подібних ІМС – КІ40МАІ.

Балансні модулятори (рис. 10.4), які побудовані на ідеальному перемножувачі, мають вхідні напруги:

U_x = U_x cos 2πf₁t,

U_y = U_ycos 2πf₂t.

Рисунок 10.4 – Аналоговий перемножувач

Тоді вихідна напруга

U_z = kU_xU_y = 0,5kU_xU_y[cos2π(f₂ – f₁)t + cos2π(f₂­ +f₁)t].

З останнього бачимо, що напруга U_z – сума двох гармонічних складових з сумарною та різницевою частотами. У випадку частотно-залежного навантаження (коливальний ІС – контур, RC - коло) одна з гармонічних складових може бути подавлена.

У режимі квадратора (рис. 10.5) реалізується широкосмугове подвоєння частоти. Дійсно,

U_x = U_y = Ucos 2πft; U_z = kU_xU_y = 0,5kU²[1+cos 4πft].

Після фільтрації постійної складової

U_вих = 0,5kU²сos 2πf_вих t; f_вих = 2f.

Рисунок 10.5 - Квадратор

Важливою перевагою ідеального аналогового перемножувала є його здатність подавляти на виході сигнали прямого проходження, тобто сигнали з частотами напруг U_x , U_y.

Перемножуваи на ІМС КІ40МАІ за своїми властивостями наближається до ідеального. Його недоліком є малий динамічний діапазон вхідних напруг.