Умножители аналоговых сигналов

Умножители аналоговых сигналов можно подразделить на четырехквадрантные умножители (идеальные) и балансные модуляторы [5—15].

Балансные модуляторы (БМ) предназначены для перемножения медленно меняющегося сигнала на высокочастотный сигнал. Они применяются для амплитудной модуляции и демодуляции, преобразования спектров, в синхронных детекторах (СД), системах автоматической регулировки уровня (АРУ), а также частотной и фазовой автоподстройки (ЧАП и ФАЛ).

На рис. 5.9 показан характерный вид произведения медленно изменяющегося гармонического сигнала на быстро изменяющийся, там же показан исходный медленный сигнал (огибающая линия). Это результат модуляции сигнала. На рис. 5.10 показан результат демодуляции, т. е. обратного действия. Этот результат достигается, если сигнал, показанный на рис. 5.9, умножить на исходный высокочастотный сигнал повторно.

Рис. 5.9. Результат моделирования модуляции сигнала с помощью аналогового умножителя.

Рис. 5.10. Результат моделирования демодуляции сигнала с помощью аналогового умножителя.

Для восстановления исходного сигнала достаточно применить фильтр низких частот. При этом фильтрация вносит фазовый сдвиг. Результат такой фильтрации на одном и двух каскадах показан на рис. 5.11.

Балансные модуляторы, как правило, не предполагают применения низкочастотных сигналов на обоих входах, поэтому они хотя и могут использоваться для перемножения сигналов произвольной формы, но при этом качество перемножения НЧ-сигналов не очень высоко. Один из входов (ВЧ) может быть нелинейным (логарифмирующим). Дрейф (неконтролируемое изменение выходного уровня) может быть значительным.

Рис. 5.11. Результат фильтрации демодулированного сигнала с одного и двух каскадов фильтров.

Четырехквадрантные умножители допускают входные сигналы от нулевых частот до ВЧ. Они применяются в АРУ, СД, ЧАП, ФАПЧ. У них лучше коэффициент линейности, ниже НЧ-дрейфы, но худшие частотные свойства. На рис. 5.12 показан пример двух исходных сигналов, которые могут быть перемножены на таком умножителе, а на рис. 5.13 приведен результат умножения.

Естественно, при перемножении сигналов результат умножения соответствует произведению исходных сигналов лишь с точностью до некоторого постоянного коэффициента, поскольку необходимо, чтобы выходной сигнал не превышал значения максимально допустимого значения выходного напряжения для данного типа микросхем.

Проблема применения БМ и умножителей — существенные дрейфы (приведенные к входу). Другой проблемой является зависимость выходного напряжения от напряжения питания.

В схемах на умножителях отечественного производства требуется большое количество навесных элементов для регулировки смещения рабочей точки. Современные тенденции развития этой техники — устранение этих недостатков, проникновение в СВЧ-диапазон, операции идеального перемножения.

Рис. 5.12. Два сигнала, которые могут быть умножены на четырехквадрантном умножителе.

Рис. 5.13. Результат умножения двух сигналов, показанных на рис. 5.12, на четырехквадрантном умножителе.