Умножители аналоговых сигналов

Умножители аналоговых сигналов можно подразделить на четырех квадрантные умножители (идеальные) и балансные модуляторы [51−57].

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

На рис. 4.27 показан характерный вид произведения медленно изменяющегося гармонического сигнала на быстро изменяющийся и исходный медленный сигнал (огибающая линия). Это результат модуляции сигнала. На рис. 4.28 показан результат демодуляции, т. е. обратного действия. Это результат достигается, если сигнал, показанный на рис. 4.27, умножить на исходный высокочастотный сигнал повторно.

Рис. 4.27. Результат моделирования модуляции 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. 4.29.

Балансные модуляторы, как правило, нс предполагают применение 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. 4.28. Результат моделирования модуляции сигнала с помощью аналогового ум ножи геля.

Рис. 4.29. 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. 4.30 показан пример двух исходных сигналов, которые могут быть перемножены на таком умножителе, а на рис. 4.31 приведен результат умножения.

Рис. 4.30. Два сигнала, которые могут быть перемножены на четырехквадрантном умножителе.

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.

Примеры балансных модуляторов: К140МЛ1, К174ПС1, К174ПС4, К526ПС1. Как правило, предполагается, что низкочастотная часть спектра выходного сигнала нс представляет большого интереса, предусматривается включение разделительного конденсатора на входах и выходе. Эти микросхемы могут использоваться для операции перемножения сигналов произвольной формы, однако при этом достигается не очень высокое качество перемножения низкочастотных сигналов. Один из входов — ВЧ — может быть нелинейным (логарифмирующим). Дрейф, приведенный ко входу, может быть значительным.

Примером четырехквадрантных перемножителей являются К525ПС1. К525ПС2, К525ПСЗ.

Рис. 4.31. Результат умножения двух сигналов, показанных на рис. 4.30, на четырехквадрантном умножителе.

Примеры схем с применением аналоговых перемножителей приведены на рис. 4.32 и 4.33. Проблемы применения: существенные дрейфы, приведенные ко входу, наличие большого количества навесных элементов для регулировки смещения рабочей точки (в К525ПСЗ применяются внутренние сопротивления с лазерной подгонкой), зависимость выходного напряжения от напряжения питания.

Рис. 4.32. Аналоговый перемножитель с ФНЧ на выходе для демодуляции низкочастотного (до 50 кГц) сигнала.

Тенденции развития этих устройств: устранение этих недостатков, проникновение в СВЧ-диапазон, операции идеального четырехквадрантного.

Рис. 4.33. Аналоговый перемножитель с ФНЧ на выходе для демодуляции высокочастотного (до 80 МГц) сигнала.

Рис. 4.34. Широкополосный полный четырехквадрантный аналоговый перемножитель А0835 (схема включения) перемножения (/Ш607, АО608, АО630, Л0831, Л/Э835). Эти микросхемы практически не требуют навесных элементов и выполняют функции аналогового перемножения в широкой полосе. Пример такого перемножителя приведен на рис. 4.34.