книги / Применение аналоговых микросхем

противления Rx и Ry. Дифференциальное выходное напряжение на сопротивле­ нии Ra прямо пропорционально произведению входных напряжений Ux> Uy.

Передаточную функцию умножителя можно определить, анализируя соот­ ношения между напряжениями и токами в отдельных каскадах и основную ло­ гарифмическую зависимость между напряжением и током в биполярном тран­ зисторе ^ эб= Фт ^п (^к//ко), где /к — коллекторный ток транзистора; /ко — тепловой ток перехода коллектор — база.

При совпадении параметров парных транзисторов, что в наибольшей степе­ ни достигается в полупроводниковых микросхемах, можно получить выражение для выходного напряжения

£/»н*=2/МС/*1-С/х2) ( U n - U v 2 ) / ( h R x R Y ) ,

из которого следует, что коэффициент передачи умножителя K=2RO/(IXRXRY) прямо пропорционален сопротивлению Ro н обратно пропорционален регули­ рующим сопротивлениям Rx> Ry и току 1Х. Ток 1х, как правило, можно отрегу­ лировать с помощью внешнего резистора. Диапазон входных напряжений, нели­ нейность передаточнойхарактеристики и симметричность входов можно оптими­ зировать, используя добавочные резисторы, как описано в п. 6.1.5.

6.1.3. ИМПУЛЬСНЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Импульсные умножители (на основе импульсной модуляции) наиболее точ­ ные среди аналоговых умножителей. Их недостатком является сравнительно узкий частотный диапазон, т. е. пригодность для обработки только медленных квазистационарных сигналов. Импульсный умножитель с внешним генератором треугольных импульсов (ГИ) состоит из трех блоков (рис. 6.5): импульсно­ цифрового модулятора (ИЦМ) с входами аналоговых сигналов Uz, Uz и тре­ угольных импульсов £/т, импульсно-амплитудного модулятора (ИАМ) и фильтра

U^UzVy/Uz.

При использовании описанного метода погрешность умножения от ±0,01 до

±0,1 %.

6.1.4. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Многофункциональные преобразователи представляют собой простые сравни­ тельно точные многоцелевые аналоговые преобразователи, позволяющие реали­ зовывать функции вида UBux=Ur(Uz/Ux)m, где UXt UYt Uz — входные напря­ жения; m — константа.

нальный преобразователь для однополярных сигналов, в котором при использо­ вании резисторов с допуском 0,2 % т—0,2 5. Многофункциональные преоб­ разователи применяются для умножения, деления, возведения в степень, извле­ чения корней, вычисления тригонометрических и экспоненциальных функций, длины вектора и т. д. В схеме многофункционального преобразователя необходимо предусмотреть защитные диоды, включенные в обратном направле­ нии параллельно переходам эмиттер — база всех транзисторов'.

На основе многофункционального преобразователя довольно просто по­ строить аналоговые умножители и делители сигналов. Чтобы получить одно­ квадрантный умножитель, необходимо включить многофункциональный преобра­ зователь, как в случае m= 1 (рис. 6.8). При этом 1/* = 10 В, а диапазон изме­ нения напряжений Uz и Uy от 10 мВ до 10 В. Для точной установки выходного напряжения применяется потенциометр.

Одноквадрантный делитель можно реализовать, включив многофункциональ­ ный преобразователь, как и в предыдущем случае, если установить UY= 10 В (рис. 6.9).

6.1.5.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫ Е УМНОЖИТЕЛИ

Полупроводниковые умножители общего применения обычно являются регу­ лируемыми напряжением четырехквадрантными устройствами со схемами, ана­ логичными показанной на рис. 6.4. В них, как правило, предусматривается под­ ключение внешних резисторов к коллекторам умножающих транзисторов, а так­ же подстройка коэффициента передачи с помощью источника постоянного тока. В некоторыеумножители встраиваются стабилизаторы напряжения и выходные преобразователи. В табл. П6.1 приведены основные параметры наиболее распро­ страненных полупроводниковых умножителей.

На рис. 6.10 показана схема включения умножителя К525ПС1, выходное напряжение которого определяется соотношением U*ux=KUxUYt где =2R2/(hRxRY)- Потенциометром /?п можно точно установить оптимальное зна­ чение тока / з=1 мА. Сопротивление резисторов Rx, RYt RI определяются по формулам

Rx—Uxmax/Ixmax—36/^тах/2/з; Rï—^Ктах/7утах= ЗС/утах/2/з;

Rl= (Un*—13,7)/2- 10s.

Напряжение 13,7 В (см. выражение для Ri) необходимо установить на вы­ воде /, чтобы через резистор R1 протекал ток 1,2 мА. Потециометрами R4 и R3

6.2.2. УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СПЕКТРА СИГНАЛОВ

На основе умножителей напряжений можно построить амплитудные и ба­ лансные модуляторы, фазовые детекторы, удвоители частоты и другие нелиней­ ные устройства.

Амплитудный модулятор. Сигнал несущей частоты определяется выражением

«о(0 = ^о COS (ùot,

где Uо — амплитуда, ©о— частота несущего сигнала.

Модулирующий низкочастотный сигнал можно представить в виде

Un(t)=Um cos (ùmt,

где Um— амплитуда, ©w — частота модулирующего сигнала, который является носителем информации. Как правило, выполняется неравенство CÛO> 2сот .

Умножитель функционирует как амплитудный модулятор, если на вход X подать модулирующий сигнал, а на вход У — сигнал несущей частоты (рис. 6.14). При отсутствии сигнала на входе У выходное напряжение умно­ жителя

Um(t) =UBaK-\-UmC0S С|)т*=1/вых(1-И0 COS ©нА

где С/вых — постоянная составляющая выходного сигнала; tn=Um/UBux — глуби­ на модуляции,

При воздействии сигнала несущей частоты выходное напряжение

«вьтх(0 = u,n(t)ua(t) = £/„ых(1 +rn)cos (ùju0cos ®оt —

= U0cos rnmt -f- cos(m„ — Cûm)< + mU*blx cos((ù0+ mm)

Вид этого сигнала показан на рис. 6.14,6. Спектр сигнала состоит из трех составляющих: на несущей частоте ©о и на двух боковых ©о±©ш, симмет­ рично расположенных относительно несущей.

Недостатком амплитудного модулятора является большая потеря мощности в спектре рабочих частот, причем наибольшая мощность теряется на частоте несущего сигнала, который не содержит никакой информации, а мощности сиг-

Рис. 6.14. Схема амплитудного модулятора на умножителе (а) и его выходной сигнал (б)

С помощью ФНЧ, подключенного к выходу умножителя, можно отфильтровать сигнал частотой 2а. Тогда на выходе ФНЧ получим постоянный сигнал £ 0=» —U\U2cos ф/2. Значение этого сигнала определяется фазовым сдвигом между входными сигналами <p=arccos(2£ 0/i/iC/2).

6.2.3.ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Впередающей измерительной и регулирующей аппаратуре часто использу­ ются устройства, выполняющие нелинейные операции над аналоговыми сигна* лами: компрессоры, экспандеры, ограничители, регуляторы уровня, схемы выде­ ления среднеквадратических значений сигналов и т. д.

Среднеквадратическое значение определяется по формуле

«ь»(О = у Y J K x(0JJ dt,

т. e. для его вычисления необходимо последовательно выполнить следующие математические операции: возведение в квадрат входного сигнала, усреднение полученного значения на протяжении периода Т посредством интегрирования в извлечение квадратного корня.

Это метод прямого вычисления среднекв.адратического значения, который реализуется по схеме на рис. 6.18. В схеме последовательно включены устрой­ ство возведения в квадрат на умножителе У1, интегратор на усилителе Al и схема выделения квадратного корня на умножителе У2 и усилителе А2. Ее недостатком является сложность и ограниченный динамический диапазон, д<ь стоинством — высокая точность.

На основе аналогового умножителя можно получить усилитель с регу­ лируемым усилением, если на один его вход подать регулируемый сигнал, а на другой — регулирующее напряжение. В некоторых типах низкочастотных устройств, где требуется большой диапазон регулирования усиления, малые зна­ чения напряжения смещения и нелинейных искажений можно применить специ­ альную схему регулируемого напряжением усилителя на ОУ (рис. 6.19). Эта схема построена на основе логарифмического и антилогарифмического инверти­ рующих усилителей. Усилитель А1 работает в режиме логарифмического уси­ лителя с сопротивлением обратной связи R l\ которое зависит от режима рабо-

К2