Реферати українською » Коммуникации и связь » Аналогові перемножителя і напруги


Реферат Аналогові перемножителя і напруги

Страница 1 из 5 | Следующая страница

зміст

Запровадження

1 Способи побудови аналоговихперемножителей

1.1Логарифмическое підсумовування

1.2Перемножители з урахуванням керованих опорів

1.3Перемножители на керованих диференційнихделителях

струму

2Перемножители з урахуванням підсилювачів з перемінної крутизною

2.1Схемотехнические способи зниження похибки

>перемножения

2.1.1 Використання негативною зворотний зв'язок

2.1.2 Використання принципів компенсації нелінійності

2.1.3 Мостові перетворювачі «>напряжение-ток»

3 Вплив об'ємних опорів транзисторів на похибка

>перемножителя

4 Компенсація температурної похибки

5 Керовані напругоючетирехквадрантниеперемножители

Висновки і

>Библиографический список

 


Запровадження

Аналоговіперемножители (АП) призначені для операціїперемножения двох аналогових величин – струмів чи напруг. На основі може бути побудовано схемиудвоителей частоти,балансних модуляторів, фазових детекторів, змішувачів, підсилювачів з електронною регулюванням посилення і ще радіотехнічні і електротехнічні схеми. У системах автоматичного регулювання можуть виконувати функціїперемножения і спорудження в квадрат, а що з операційними підсилювачами виконувати розподіл, вилучення коренів і виділеннятригонометрических функцій. Пообъемам випуску універсальних пристроїв аналоговіперемножители займають місце після операційних підсилювачів і стабілізаторів напруги, тому їх вдосконалення йде постійно, причому переслідується кількох проблем: підвищення лінійностіперемножения, поліпшення частотних властивостей, зниження енергоспоживання, розширення діапазону вхідних величин за незмінної напрузі харчування, і навіть побудова аналоговихперемножителей знизковольтним харчуванням без втрати основних якісних параметрів. Оскільки даний вид аналогових пристроїв універсальний, то тут для повнішої сумісності і взаємозамінності морально застарілихсхемотехнических конфігурацій більш новими слід дотримуватися такого параметра, якчетирехквадрантность. Це означає, що обидві вхідні величини можуть приймати відвідувачів як позитивні, і негативні значення. Отже, якщо одну вхідну величину відкласти по осі Хдекартовой системи координат, а другу – по осі У, топеремножитель повинен нормально функціонувати переважають у всіх чотирьох квадрантахполучившейся системи.

>Виполняемуюперемножителем функцію можна видати за


U>ВЫХ = >KUXUY,

де K – масштабний коефіцієнтперемножения, має розмірність [>1/В].

Ідеальнийперемножитель має нескінченне вхідний опір, нульовий вихідний опір ічастотно-независимий масштабний коефіцієнт, який залежить ні від UX, ні від UY. Його вихідний напруга одно нулю, коли хоча одне з вхідних напруг одно нулю, тобто. напруга усунення, дрейф і зчинили крик відсутні.

Реальніперемножители є лишеприближениями ідеального устрою, мають кінцеві (не нульові) значення напруги усунення, дрейфу та галасу, І що найважливіше – залежність масштабного коефіцієнта від вхідних напруг і частоти. Щоб похибкиперемножения, зумовлені неідеальністю масштабного коефіцієнта були прийнятні, зазвичай вибирають досить великі рівні вхідних напруг (до 10 У) на великих напругах харчування (± 15 У).

 


1 Способи побудови аналоговихперемножителей

До нашого часу розроблено велику число різних видів тварин і типівперемножителей сигналів. Відомі АП, використовують механічні і електромеханічні елементи (>потенциометри, електродвигуни), магнітні властивості матеріалів (ефект Голла,магниторезистори,магнитодиоди), електричні характеристики резисторів, діодів, транзисторів, електронних ламп.

З багатьох відомих способів побудови аналоговихперемножителей найбільш прийнятними є такі.

1.1Логарифмическое підсумовування

Структурна схемаперемножителя логарифмічного типу приведено малюнку 1.1. У цьому схемою використовуються логарифмічні іантилогарифмический підсилювачі. Схема забезпечуєлогарифмирование вхідних сигналів Х і У зі своїми наступним підсумовуванням іпотенцированием (>антилогарифмированием) цієї суми. Через війну за законамилогарифмирования виходить сигнал, пропорційний твору двох вхідних сигналів.

Для позначень, узвичаєних малюнку 1.1, маємо:

,

,

тоді


,

де >k – коефіцієнт, обумовлений особливостями роботилогарифматора; – кінцевий коефіцієнт, внесенийлогарифматорами іантилогарифматором.

>Рис. 1.1.Логарифмическое підсумовування

Конкретнасхемотехническая реалізація АП такого типу не розглядається, оскільки відома з технічного літератури [1, 2].

Зазначимо лише недоліки цьогоперемножителей, до котрих віднести низька швидкодія, відповідно, низьку робочу частоту, як і того, що вхідні напруги неможливо знайтиразнополярними. З іншого боку, зазвичай прилогарифмировании використовується логарифмічні властивостіp-n переходів кремнієвих біполярних транзисторів, де вони зберігаються буде в діапазоні більше двох декад зміни струму, тож треба або знижувати динамічний діапазон по вхідним сигналам, або миритися з порівняно великою похибкою перетворення.

1.2Перемножители з урахуванням керованих опорів

Аналоговіперемножители, побудовані з урахуванням керованих опорів, мають загальний принцип побудови: одне із сигналів подається на вхід операційного підсилювача, у ланцюги зворотний зв'язок якої перебуваєтермистор,фоторезистор чи керовану опірсток-исток польового транзистора, управління опором якої відбувається другим сигналом (рис. 1.2).

>Рис. 1.2. Принцип побудови аналоговихперемножителей з урахуванням керованих опорів

Отже, відбувається зміна коефіцієнта посилення вхідного напруги залежно від рівня другого сигналу, управляючого опором резистораR2, тобто. перемножування вхідного і керує сигналів. Якщо опір резистораR2 окреслюється

,

де >k1 – коефіцієнт, описує залежність опору резистора від управляючого впливу, то перемножування здійснюється так.

Оскільки коефіцієнт посилення операційного підсилювача, охопленого глибокої зворотної зв'язком, можна з'ясувати, як

,


тоді

.

Отже, вихідний напруга залежить від твори сигналів:

.

Якщо ролі керованого опору використовуєтьсятерморезистор, то інерційність системи буде така, що робочі частоти лежатимуть у районі часткою герца. З використаннямфоторезистора діапазон робочих частот зміщується до області одиниць – десятків герц.

Що стосується подачі негативних значень вхідного сигналу по входам управління можливо відомі випадки:

- якщо за керованого опору використовуєтьсятерморезистор, то вхідні сигнали будуть братися по модулю;

- якщо за керованого опору використовуєтьсяфото-резистор, то властивістьперемножителя залежить джерела світла:

- якщо це лампа розжарювання, то результат буде взято по модулю, і якщо це світлодіод, то негативні значення вхідногонапря-жения прирівнюються нанівець.

Застосування як керованих опорів польових транзисторів дає кілька кращі результати.

Схема АП з урахуванням керованого опорусток-исток польових транзисторів представлена малюнку 1.3 [2].

>Виходное напруга операційного підсилювачаDA1 можна як:


, (1.1)

де – опірсток-исток польового транзистораVT1; U>ОТС – напруга відсічення польового транзистора; I>С0 – початковий струм стоку польового транзистора.

З рівняння (1.1) слід, що вихідний напруга аналоговогоперемножителя залежить від внутрішнього опору польового транзистора RСІ. Одночасно опір RСІ функціонально залежить від вихідного напруги U1 другого операційного підсилювачаDA2, яке через опору R8 і R9 прикладається до затворам польових транзисторівVT1 іVT2. Натомість вхідний напруга y(>t) і опорне напруга UВП визначають значення вихідного напруги U1 операційного підсилювачаDA2. Нормальне функціонування польового транзистора зр-каналом можливо, коли UВП>0 і y(>t)<0.

>Рис. 1.3. Схема АП з польовими транзисторами як керованих опорів


За умов, що вхідними струмами операційних підсилювачів можна знехтувати, струм через транзисторVT2 (через опір R>СИ2) дорівнює току через опір R3. Охоплений негативно зворотної зв'язком операційний підсилювачDA2 наинвертирующем вході має нульової потенціал. За таких двох тверджень, можна записати:

,

,

де

.

Спільне розв'язання цих рівнянь дає визначення функціональної залежності опорусток-исток польового транзистора від вхідного напруги y(>t):

.

>Температурная і тимчасова стабільність, максимальна точність аналоговогоперемножителя досягаються лише за умови ідентичності інтегральної пари польових транзисторів. За умови R>СИ1=R>СИ2. Тоді вихідний напруга аналоговогоперемножителя:

. (1.2)


Якщо, що R1=R2, R4=R5, R3=R10, то рівняння (1.2) наводиться до виду:

.

Вочевидь, що цей схему в обмеженому діапазоні напруг можна використовувати як дільник напруги. Похибкаперемножениядвухквадрантного аналоговогоперемножителя вбирається у 1 % за 23-24-відсоткового рівня вхідних сигналів до 5 У при напрузі харчування ±15 У.Ширина смуги пропускання визначається, з одного боку, застосовуваними операційними підсилювачами, з другого – частотними властивостями польових транзисторів.

1.3Перемножители на керованих диференційнихделителях струму

Нині під час проектування АП найбільшого поширення отрималиперемножители, побудовані на диференційних транзисторних парах. Іноді йогоперемножения називають «методом перемінної крутизни». Він грунтується на використанніекспоненциальних властивостей біполярних транзисторів: зміна вхідного напруги на базах диференціальної пари транзисторів призводить до експонентному зміни струмів колекторів і пропорційне зміна крутизни.

Сутність цього методу у тому, що вихідний диференціальний струм керованого лінійного дільника струму пропорційний твору вхідних величин. З малюнка 1.4 слід, що вихідні струми та його різницю відповідно рівні


I1 =xI0;

I2 = (>1-x)I0;

I1- I2 = (>2x – 1)I0.

Якщо, що X = >kX(2x-1), а Y = >kYI0, то

Z =kZ(I1 – I2) = (>kZ/>kX>kY)>XY.

 

>Рис. 1.4. Керований напругою диференціальний дільник струму

Керованіделители струму добре працюють на високих частотах, ще, щодо просто реалізуються в інтегральному виконанні, тому аналізовані далі аналоговіперемножители напруги обіцяє саме у керованихделителях струму.


2Перемножители з урахуванням підсилювачів з перемінної крутістю

Найпростіший спосіб втілення керованого напругою дільника струму залежить від використанні симетричного диференціального каскаду.

Приклад схеми АП з урахуванням підсилювача з перемінної крутістю наведено малюнку 2.1.

>Рис. 2.1. Найпростіший АП з урахуванням диференціального каскаду

З власного дії диференціальний каскад на транзисторахVT1 іVT2 (рис. 2.1) подібний до підсилювачу із загальнимемиттером, лише струмиемиттеров зазначених транзисторів не залежить від вхідних напруг. Цілком ймовірно, що різницю струмів колекторів транзисторівVT1 іVT2 пропорційна як вхідному диференціальному напрузі UX, а й токуемиттера транзистораVT3 - I>Э3. Струм I>Э3 можна регулювати подачею напруги між базами транзисторівVT3 іVT4. ЯкщорезисториR1 іR2 рівні, ту напругу на опір RМ то, можливо представлено так:


, (2.1)

де jТ – температурний потенціал.

З висловлювання (2.1) слід, що залежність вихідного напруги від вхідних сигналів істотно нелінійна. Розклавши гіперболічний тангенс до кількох і обмежившись першим членом розкладання, одержимо [1]:

 (2.2)

Умова лінійності з кожного з входів то, можливо записано як:

 (2.3)

деd – припустимий коефіцієнт нелінійності амплітудної характеристикиперемножителя.

Зокрема, при заданої нелінійності ± 1 % оцінена з висловлювання (2.3) відносна амплітуда вхідного сигналу U X,Y /2jT має перевищувати 0,34, що він практично дозволяє застосовувати такі АП лише як змішувача чибалансного модулятора.Допустимие значення вхідних напруг при заданої нелінійності наведені у таблиці 2.1.Линеаризовать діапазон по входу Y можна включенням резисторів вемиттери транзисторівVT3 іVT4, про що буде сказано пізніше.


Таблиця 2.1

Діапазон допустимих вхідних напруг

, %

Значення U>ВХ при різної температурі, проЗ

–60 +25 +60 +125
1 0,34 6,1 8,7 9,8 11,7
5 0,8 14,1 20,6 23 27,5
10 1,16 21 30 33,3 4,
15 1,48 26,7 38 42,5 51
20 1,78 32 45,6 51 60

Іншим істотним недоліком найпростіших схем і те, що з зміні струму I>Э.3 змінюється падіння напруги нарезисторахR1 іR2. За наявності технологічного розкиду параметрів цих резисторів з'являється додаткова похибка перетворення, обумовлена зміною постійної складової в вихідному сигналі.

Перевагою аналізованої схеми і те, що полярність вихідного напруги у ній визначається полярністю різниці вхідних сигналів DUX і DUY, які можна як позитивними, і негативними, тобто. забезпечуєтьсячетирехквадрантное перемножування. У той самий час існує протиріччя між припустимимисинфазними сигналами по входам X і Y –синфазное напруга на входах Х має бути завжди вище, ніж входах Y, що звужує сферу застосування такихперемножителей. Зокрема, якщо вхід Х може охоплювати всинфазний сигнал 0 У, то тут для входу Y припустимийсинфазний сигнал може бути менше нуля.

Від багатьох перелічених недоліків вільна схема АП, наведена малюнку 2.2 [2, 3].


>Рис. 2.2.Перемножитель з урахуванням здвоєних диференційних каскадів з перехресними зв'язками

>Сдвоенний диференціальний каскад з перехресними зв'язками виконано на транзисторахVT7,VT10,VT11,VT14 і харчується від двох генераторів струму на транзисторахVT8,VT12, які, своєю чергою, також утворюють диференціальний каскад з розділеними генераторами струмів на транзисторахVT9,VT13. Така схема включення дозволяє за будь-яких змінах струмів колекторів транзисторівVT8 іVT12 зберегти незмінними падіння напруги нарезисторахR2 іR3.

Включення резистора RY дозволяє розширити лінійний діапазон по входу Y АП. І тут різницю вихідних струмів диференціального каскаду на транзисторахVT8 іVT12 можна з'ясувати, як

 (2.4)

де >rЕге = jТ/IЕге – диференціальний опір переходубаза-емиттер.


Якщо виконується умова RY >> >rЕге, тоді вираз (4) спрощується:

, (2.5)

а вираз (2.1) для даногоперемножителя набуває вигляду:

, (2.6)

де – різницю вхідних напруг між базами транзисторівVT7 іVT10.

Проте слід зазначити, що у цьому випадку лінійне напруга на вході Y обмежиться максимальним струмом I0:

.

Оскільки прохідна характеристика здвоєного диференціального каскаду усе ще залишається нелінійної, длялинеаризации входу Х служить диференціальний каскад на транзисторахVT2,VT3,VT5 іVT6.Линеаризация різниці вихідних струмів у ньому здійснюється, аналогічно каналу Y, установкою резистора RX:

 (2.7)

>Нагрузкой диференціального каскаду є транзисториVT1 іVT4 вдиодном включенні. Струми колекторів транзисторівVT2 іVT5, протікаючи черезp-n переходи транзисторівVT1 іVT4, створюють ними падіння напруги, різницю якого є вхідним напругою здвоєного диференціального каскаду:

 (2.8)

де I0 – початковий струм диференціального каскаду (передбачається, що транзисториVT1 іVT4 абсолютно ідентичні та його струми насичення IP.S назад усунутогоp-n переходу однакові); IX – прирощення струму, обумовлене збільшенням вхідного напруги.

Підставляючи (2.8) в (2.6), одержимо передатну функціюперемножителя наступного вигляді:

 (2.9)

де масштабний коефіцієнт, має розмірність напруги.

Схема, наведена малюнку 2.2, є більшість випущених вітчизняної і закордонної промисловістю АП. Більшість сучасних інтегральних мікросхем АП, побудованих з урахуванням диференційних транзисторних пар з керованої крутістю перетворення, похибкаперемножения лежать у межах 0,5-2 % [4–6]. Джерелами статичної похибки в АП є неузгодженість характеристик транзисторів вмножительном ядрі з допомогою технологічного розкиду і температурних градієнтів по кристалу, нелінійний вхідних перетворювачів «>ток-напряжение» (ВНТ) тощо. [4]. У [6] показано, що значний внесок у нелінійний АП вносять ВНТ, а за незначного зниження похибки лінійності ВНТ до 0,1-0,05 % необхідно враховувати внесок у похибкаперемножения, внесений об'ємними опорами баз транзисторів розмножувального ядра ілогарифмирующих діодів [6].

2.1 >Схемотехнические способи зниження похибкиперемножения

 

Джерелами похибкиперемножения вчетирехквадрантном АП (рис. 2.2) є:

- напруга усунення керованих струмом диференційних каскадів;

- напруги усунення ВНТ;

- похибка установки масштабного коефіцієнта;

- вплив коефіцієнта посилення струму бази транзисторів;

- впливтокосуммирующего вихідного каскаду (під час використання одиночного виходу АП);

- нелінійний ВНТ;

- вплив об'ємних опорів баз транзисторів.

Похибки, зумовлені першими п'ятьма чинниками, грають істотну роль, але може бути знижено з допомогою ретельногосимметрирования схеми з допомогою техноло-гічних можливостей інтегральної технології, соціальній та процесі експлуатаційної настройки інтегральної схеми АП [4].

У [6] показано, що результуюча похибка АП, обумовленанелинейностью ВНТ в каналах X і Y можна знайти як зважена сума похибки кожного ВНТ:

,


де X і Y – відносні зміни струмів у кожному каналі.

Складові похибки, зумовленінелинейностью ВНТ і об'ємними опорами, необхідно знижуватисхемотехническими прийомами, що й надалі розглянуто.

Спрощена

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація