Схемотехника_АЭУ / САЭУ Конспект лекций / 12 Перемножители

12.3. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ НА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ КАСКАДАХ С УПРАВЛЯЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ

Работа перемножителей сигналов основана на электронном управлении коэффициентом усиления дифференциального каскада. Они так же выпускаются в виде серийных микросхем, ценовой управления коэффициентом усиления ДК является зависимость крутизны транзистора от его выходного тока (ток в ИРТ). Для биполярного транзистора это представляется в виде:

Четырехквадратный умножитель представляется в виде, изображенном ниже на рисунке.

Схема включает три ДК: ДК1 — выступает в роли генератора двух одинаковых, но противофазных сигнальных токов (i₁, i₂); ДК2 и ДКЗ - это каскады с управляемым коэффициентом передачи входного напряжения.

При получаем , , следовательно (идеальный ДК).

Этот перемножитель выполняет следующую функцию:

с последующим антилогарифмированием. Сигнал на выходе сумматора можно представить в следующем виде:

, где

- нормированное входное напряжение

- нормированное входное напряжение.

Подбирая коэффициент передачи сумматора , на выходе антилогарифматора получим:

,

где k — масштабный коэффициент.

Логарифмический перемножитель является:

• сравнительно узкополосным из-за необходимости введения сильной коррекции ОУ в логарифматорах;

• одноквадрантным.

Если вместо сумматора применить вычитатель, то можно получить делитель. Путем усложнения схем любой одноквадрантный перемножитель (делитель) можно преобразовать в двух- и даже четырех-квадрантные.

Известны и другие виды перемножителей:

1. Основан на использовании амплитудно-широтно-импульсной модуляции. Одно из перемножаемых напряжений задает амплитуду прямоугольных импульсов, а другое - их длительность. Следовательно, при постоянной частоте сглаженное напряжение импульсной последовательности дает величину, пропорциональную их произведению. (Самая высокая точность - 0,1%, но узкая полоса пропускания (десятки Гц)).

2. Параболические перемножители, реализующие, например, следующую функцию:

Квадраторы могут быть построены диодные на основе кусочно- линейной аппроксимации. Но эти перемножители сложны и дают большую погрешность при малых входных сигналах, так как согласно формуле- результат- это разность двух больших величин.

12.4. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ И ДЕЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Эти перемножители наиболее просты. Принцип их работы основан на законе Ома: U=RI. То есть, если иметь электронный прибор, в котором по одному его входу осуществлять управление протекающим током, а по второму входу - управление сопротивлением, то можно получить перемножители. Наиболее подходящими для этих целей являются полевые транзисторы: с управляющим p-n-переходом и изолированным затвором со встроенным каналом.

Начальные участки выходных ВАХ этих транзисторов проходят через начало координат. Наклон характеристик, определяющих сопротивление R_С-И, зависит от U_З-И и может изменять от 1/S до сопротивления запертого р-n-перехода, т.е. от сотен Ом до многих МОм. Однако эти характеристики достаточно линейны лишь при малых Uc-и ( В).

Для линеаризации начальных участков выходных ВАХ полевого транзистора его можно включить по следующей схеме. (R₁ и R₂ имеют одинаковые сопротивления, обычно сотни кОм).

Если U_С-И получает приращение, то половина этого приращения поступает к затвору, следовательно возрастает ток I_С, что и выражают кривые.

Использование транзисторов расширяет линейный участок выходной ВАХ полевого транзистора не менее чем в 10 раз по напряжению U_С-И.

Для деления одного напряжения на другое может быть использована следующая схема.

В этой схеме напряжения Ux и Uy подаются на инвертирующие входы ОУ через сопротивления Rc-и полевых транзисторов.

На ОУ А₂ выполнен инвертирующий усилитель, выходное напряжение которого равно:

затворы VT1 и VT2 соединены между собой, а напряжение на истоках равно нулю, следовательно

откуда можем получить

,

где , то есть это устройство при является делителем и, при - перемножителем: , где ,

Причем Uвых инверсно относительно Uy, которое может быть переменным.

Для идеального ОУ А1 - U_ВХ.Д=0, следовательно i_VT1 и i_R1 равны, a Ux и Uz должны подаваться взаимно противоположной полярностью. В этой схеме для исключения нелинейности Rс-и, транзисторы включаются с резисторами, как отмечено ранее.