Материалы по всему курсу схемотехники (необработанное) (1.3.2.5.1.2.4 Аналоговые перемножители сигналов на дифференциальных транзисторных парах)

Посмотреть архив целиком

Аналоговые перемножители сигналов на дифференциальных транзисторных парах

ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМОГО НАПРЯЖЕНИЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДЕЛИТЕЛЯ ТОКА

Наибольшее распространение получили перемножители построенные на дифференциальных транзисторных парах с перекрестными коллекторными связями .


Рис. 1 Управляемый напряжением дифференциальный делитель тока

В основе этого метода лежит основное соотношение для транзисторной структуры:, где .

Дифференциальная транзисторная пара представлена на Рис. 1. Для коллекторных токов выполняется следующее соотношение:

, где

тогда выражение для токов коллектора можно записать в виде:

и

При этом выходное напряжение UZ определяется следующим образом:

Разложим гиперболический тангенс th(x) в степенной ряд и возьмем 0 и 1 члены этого ряда:

тогда получим:

в случае если UX<< T получаем:

Таким образом, выходное напряжение UZ пропорционально произведению входного напряжения UX и тока IY. Если сделать ток IY пропорциональный напряжению UY, то мы имеем перемножитель двух сигналов. Т.е. для построения перемножителя необходимо иметь высокоточный преобразователь напряжение - ток.

Основные недостатки:

1. Большая нелинейность по отношению к параметру UX: если UX изменяется от 0 до T то нелинейность по X составит 8%

  1. Имеем двухквандрантный перемножитель, т.к. IY только одной полярности

  2. Масштабный коэффициент K сильно зависит от t;

Для построения четырехквадрантных перемножителей была использована схема с 3-мя дифференциальными транзисторными. парами с перекрестными коллекторными связями ( рис. 3)

Рис. 2 Четырехквадрантный перемножитель на управляемых напряжением дифференциальных делителях токов

Как и в случае с предыдущей схемой при использовании такого перемножителя возникает две трудности:

1. Масштабный коэффициент перемножения зависит от квадрата значения абсолютной температуры.

2. Линейность из-за гиперболической зависимости ограничена малым уровнем входных сигналов UX и UY ( для обеспечения погрешности перемножения менее 1% уровни входных сигналов соизмеримы с напряжением смещения нуля дифференциального усилителя )

Основное преимущество схемы - перемножитель умножает во всех 4-х квадрантах. Несмотря на недостатки эта схема находит широкое распространение там, где не нужны высокие требования к точности перемножения, либо схема работает в ключевом режиме.

Данная схема лежит в основе схемотехники интегральных балансных модуляторов К526ПС1 и К174ПС1. Эти микросхемы используются в преобразователях частоты.


УПРАВЛЯЕМЫЙ ТОКОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ ТОКА

Для улучшения линейности и температурной стабильности для построения АПС используют схему дифференциального делителя тока, управляемого током (Рис. 3).

Рис. 3 Управляемый током дифференциальный делитель тока

Для этой схемы (считая что все интегральные транзисторы идентичны и пренебрегая базовыми токами) определим y-параметр деления токов I1 и I2 :

А выходной ток будет определяться следующим выражением:

I2 = I1-I2 = (2y-1) I0

Подставив значение y в последнюю формулу получим значение для выходного тока:

Для этой схемы перемножителя принято что параметр Х пропорционален току I0, параметр Y пропорционален разности токов IY1 и IY2 и кроме того сумма токов IY2 и IY1 равна току источника тока IB. С учетом этого получим следующее значение для выходного тока:

т.е. мы имеем схему реализующую линейное двухквадрантное умножение (Ток IX не может иметь отрицательное значение) с температурно независимым масштабным коэффициентом .

Построение четырехквадрантного перемножителя осуществляется на двух управляемых током делителях тока (Рис. 4). И если сделать ток IX пропорциональный разности (IX1-IX2), то мы имеем четырехквадрантное перемножение.

Рис. 4 Множительное ядро четырехквадрантного АПС на двух управляемых током делителях тока

Эта схема наиболее пригодна для аналогового умножения. Однако непосредственное применение затруднительно из-за необходимости токового управления. Поэтому целесообразно дополнить эту схему двумя линейными преобразователями "напряжение-ток", которые вырабатывали бы токи IX и IY пропорционально напряжениям UX и UY


ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ "НАПРЯЖЕНИЕ - ТОК"

Простейший преобразователь "напряжение-ток" на линеаризированном дифференциальном усилителе с последовательной отрицательной обратной связью по току изображен на рис.

Рис. 5 Схема линейного преобразователя “напряжение-ток”

Предполагая, что транзисторы одинаковы можно записать:

или в другом виде:

.

Можно записать это выражения в виде удобном для анализа:

Решая это уравнение для IX в предположении, что IX << I0 получим следующее выражения:

Как видно из последней формулы, эта схема осуществляет линейное преобразование “напряжение-ток”. И если схему четырехквадрантного перемножителя на дифференциальных транзисторных парах управляемых током, представленную на Рис. 4, дополнить схемами линейного преобразователя “напряжение-ток”, то получим схему интегральной микросхемы 525ПС1(см. Рис. 6). Так как данная схема имеет симметричный выход, то необходимо на выходе включить усилитель с дифференциальным входом. На этой схеме:

Т1,Т3,Т6,Т9 и Т10,Т13,Т18,Т20 - линейный преобразователь “напряжение-ток”;

R5,R6 - резисторы обратной связи для линейных преобразователей “напряжение-ток”;

Т4,Т7,Т8 и Т12,Т14,Т17 - источники тока “токовое зеркало” для линейного преобразователя “напряжение-ток”;

R4,R3 и R7 - задают рабочие режимы источников тока;

Т2,Т5,Т11,Т15,Т16,Т19 - множительное ядро четырехквадрантного АПС (см. Рис. 4);

R1,R2,R16 - балансировочные резисторы для настройки АПС на минимальную погрешность;

R9,R12 - прецизионные нагрузочные сопротивления, служат для преобразования выходного тока в симметричное напряжение;

R13,R8 - задают рабочие режимы АПС;

R15,R17,R10,R11,R14 и ОУ - усилитель с симметричным входом;

Рис. 6 Принципиальная схема 525ПС1 с асимметрирующим каскадом на ОУ 140УД6



Случайные файлы

Файл
diplom.doc
166617.rtf
11432.rtf
161933.rtf
fitoterapiya.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.