7.3.2. Гіраторів

Гіратором називається електронний пристрій, що перетворює повний опір реактивних елементів. Звичайно це перетворювач ємкості в індуктивність, тобто еквівалент індуктивності. Іноді гіратори називають синтезаторами индуктивностей. Широке розповсюдження гіраторів в ІМС пояснюється великими труднощами виготовлення котушок индуктивностей за допомогою твердотільної технології. Використання гіраторів дозволяє отримати відносно велику індуктивність з хорошими массогабаритными показниками.

На малюнку 7.20 приведена електрична схема одного з варіантів гіратора, що є повторитель на ОУ, охоплений частотно-виборчою ПОС ( і ).

Оскільки із збільшенням частоти сигналу ємкісний опір конденсатора зменшується, та напруга в крапці а зростатиме. Разом з ним зростатиме напруга на виході ОУ. Збільшена напруга з виходу по ланцюгу ПОС поступає на неінвертуючий вхід, що приводить до подальшого зростання напруги в крапці а, причому тим інтенсивніше, чим вище частота. Таким чином, напруга в крапці а поводиться подібно до напруги на котушці індуктивності. Синтезована індуктивність визначається по формулі [12]:

.

Добротність гіратора визначається як [12]:

.

Одній з основних проблем при створенні гіраторів є трудність в отриманні еквівалента індуктивності, у якої обидва виводи не сполучено із загальною шиною. Такий гіратор виконується, як мінімум, на чотирьох ОУ. Іншою проблемою є відносно вузький діапазон робочих частот гіратора (до декількох кілогерц на ОУ широкого застосування).

7.3.3. Регуляторів тембру і еквалайзери

Для корекції АЧХ в підсилювачах низьких (звукових) частот (УНЧ) застосовують регулятори тембру. В даний час найчастіше застосовують активні регулятори тембру, що не вносять втрати в нейтральному положенні регулятора (рівномірна передача у всій смузі робочих частот). Як активні елементи найчастіше використовують ОУ. Принципова схема симетричного активного регулятора тембру і його АЧХ приведені на малюнку 7.21.

Неважко побачити, що ОУ тут охоплений ланцюгами ООС, що є частотнозависимые дільниками напруги нижних ( ) і верхніх ( ) частот. При діапазоні регулювання тембру не більш 20дБ елементи схеми можна визначити із співвідношень [9]:

,

,

,

,

,

,

де і - відповідно, нижня і верхня частоти регулювання.

Регулювання АЧХ УНЧ в декількох окремих ділянках частотного діапазону здійснюється за допомогою еквалайзерів, які переважно є активними регульовані ПФ другого порядку. Приклад побудови еквалайзера з паралельними ланцюгами ООС, ПФ, що є, з регульованим загасанням і налаштовані на частоти через октаву, починаючи з приведений на малюнку 7.22.

Докладніша інформація по регуляторах тембру і еквалайзерах міститься в [9].

7.4. Аналогові перемножители сигналів

Перемножение аналоговых сигналов, как и усиление, является одной из основных операций при обработке электрических сигналов. Для осуществления операции перемножения были разработаны специализированные ИМС - перемножители аналоговых сигналов (ПАС). ПАС должны обеспечивать точное перемножение в широком динамическом диапазоне входных сигналов и в возможно более широком частотном диапазоне. Если ПАС позволяют перемножать сигналы любых полярностей, то их называют четырехквадрантными, если один из сигналов может быть только одной полярности, двухквадрантными. Перемножители, умножающие однополярные сигналы, называются одноквадрантными. Известны разнообразные одно- и двухквадрантные ПАС на основе элементов с управляемым сопротивлением, переменной крутизной, использованием логарифматоров и антилогарифматоров. Например, регулятор с изменением режима работы элементов, изображенный на рисунке 7.7в, можно использовать в качестве перемножителя, если на дифференциальный вход подать напряжение , а вместо подать . Под воздействием меняется крутизна передаточной характеристики транзисторов, на базы которых подается второе перемножаемое напряжение . Можно показать, что выходное напряжение , снимаемое между коллекторами транзисторов ДК, при определяется по формуле [13]

,

де - коефіцієнт посилення по струму БТ, включеного по схемі з Про; - температурний потенціал .

Якщо той вираз для можна спростити:

.

Недоліком розглянутого простого перемножителя на одиночному ДК є вельми малий динамічний діапазон вхідних сигналів, в якому забезпечується прийнятна точність перемножування. Наприклад, вже при погрішність перемножування досягає 10%.

Ширший динамічний діапазон перемножуваної напруги при меншій погрішності забезпечують логарифмічні перемножители побудовані за принципом "логарифмування - антилогарифмування". Схема подібного ПАС приведена на малюнку 7.23.

Тут ОУ і проводять логарифмування вхідної напруги, а використовується як суматор, на виході якого напруга рівна:

.

За допомогою ОУ проводять антилогарифмування

Слід відмітити, що в даних виразах використовується напруга, що нормується щодо одного вольта. Коефіцієнти пропорційності

Принцип логарифмування і антилогарифмування використовується в найбільш поширеному способі побудови чотирьохквадрантних ПАС з нормуванням струмів, які володіють якнайкращою сукупністю таких параметрів, як лінійність, широкосмугова, температурна стабільність. Зазвичай вони мають диференціальні входи, що розширює їх функціональні можливості. Перемножітелі з нормуванням струмів виконуються за інтегральною напівпровідниковою технологією.

Спрощена принципова схема ІМС ПАС з нормуванням струмів типу 525ПС1 приведена на малюнку 7.24.

Устройство содержит сложный дифференциальный каскад на транзисторах ,…, . Перекрестные связи коллекторов этих транзисторов обеспечивают инверсию сигналов, необходимую для четырехквадрантного умножения. Входные каскады на транзисторах ,…, и ,…, преобразуют входные напряжения и в токи. С помощью транзисторов в диодном включении и происходит логарифмирование токового сигнала по входу Y. Антилогарифмирование сигнала Y и умножение его на сигнал X осуществляется усилителем на транзисторах ,…, .

У даному пристрої зв'язок між вхідними і вихідними сигналами може бути представлена у вигляді відношення струмів. Вихідний струм перемножителя визначається співвідношенням [12]

,

де і - струми, що протікають через резистори і ; і - робочі струми в каналах X і Y.

Вихідна напруга, що знімається з одного з опорів навантаження, рівна [12]

,

де - масштабний коефіцієнт.

Всі приведені на малюнку 7.24 резисторів, окрім і є зовнішніми. Їх вибір залежить від конкретних вимог до ПАС.

Для отримання на виході ПАС нульової напруги при рівних нулю вхідній напрузі передбачено підстроювання за допомогою змінних резисторів і . Якщо перемножитель працює тільки при одній полярності одного з вхідних сигналів, то він називається зміщеним. Для перетворення чотирьохквадрантного ПАС в зміщений достатньо на один з входів подати такий постійний зсув, при якому сигнали на цьому вході завжди виявляються менше напруги зсуву.

Возможности реализации разнообразных устройств электронной аппаратуры на перемножителях иллюстрирует рисунок 7.25.

Принцип роботи цих пристроїв ясний з приведених схем і розрахункових співвідношень, пояснення, мабуть, вимагає лише схема подвоювача частоти (малюнок 7.25в). Якщо на обидва входи перемножителя подають напругу однієї і тієї ж частоти, то на виході ПАС напругу підкоряється наступній тригонометричній тотожності

.

З приведеного виразу видно, що будь-яка вхідна частота f подвоюватиметься при проходженні через пристрій зведення в квадрат, або ділитися на два при проходженні через извлекатель кореня квадратного (малюнок 7.25г). Докладніша інформація об ПАС міститься в [12].