Умножители

Устройство возведения сигнала в квадрат с фазовраща­телем. Устройство (рис. 15.1G), моделирующее возведение сигнала в квадрат, состоит из трех полевых транзисторов. Первый транзи­стор выполняет функции повторителя сигнала. В истоке и стоке этого транзистора присутствуют одинаковые по амплитуде противо­фазные сигналы. Эти сигналы подаются в затворы двух других транзисторов, имеющих общую нагрузку, на которой и выделяется квадратичный сигнал. Для получения удовлетворительного преобра­зования сигнала необходимо подобрать транзисторы с идентичными характеристиками. С помощью напряжения смещения, поступающе­го на VT2 и VT3 с потенциометров R8 и R9 от источника 5 В, ра­бочие точки транзисторов VT2 и VT3 устанавливаются на началь­ном участке входной характеристики.

Параллельная схема возведения сигнала в квадрат. Схема (рис. 15.17) использует противофазные сигналы. Полевые транзи­сторы должны быть подобраны по основным параметрам (крутиз­на и напряжение отсечки). Для подстройки режимов работы тран­зисторов необходимо подстроить резисторы R2 и R4. Частотный диапазон работы от 100 Гц до 500 кГц. Амплитуда входного сигна­ла 0,5 В.

Мостовая схема возведения сигнала в квадрат. Схема получе­ния квадрата входного сигнала (рис. 15.18) построена на полевых транзисторах VT3 и VT4 Управления полевыми транзисторами осу­ществляется двумя противофазными сигналами, пгпучаемими на коллекторах VT1 и VT2. С помощью резисторов R2 и R7 устанав­ливаются напряжения на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 Это необходимо в случае различия порогов отсечки. Для устране­ния несовпадения крутизны у транзисторов следует подобрать со­противление резистора R6. Устройство работает при входных сигна­лах до 5 В. При изменении входного сигнала от 1 до 5 В на выхо­де возникает составляющая первой гармоники, приблизительно рав­ная 10 % от выходного сигнала.

Рис. 15.17

Дифференциальная схема квадратора. Возведение сигнала в квадрат (рис. 15 19) осуществляется с помощью полевых транзи­сторов. Интегральная микросхема типа К122УД1 служит для уста­новки рабочего режима полевых транзисторов и усиления сигнала. Из-за разброса напряжений отсечки полевых транзисторов им тре­буются разные положительные потенциалы на затворе. Регулиров­ка этих напряжений осуществляется резистором R2, а общий уро­вень сигнала для обоих транзисторов регулируется резистором R3.

Рис. 15.18 Рис. 15.19 Рис. 15.20

Уменьшение разброса транзисторов по крутизне достигается изме­нением амплитуды выходного сигнала микросхемы DA с помощью резистора R8. Максимальная амплитуда входного сигнала 50 мВ, а выходная амплитуда более 150 мВ. Максимальная частота вход­ного сигнала около 100 кГц.

Квадратичный преобразователь. Преобразователь (рис. 15.20) использует ОС с кусочно-линейной аппроксимацией. Погрешность преобразования меньше ±1 %. Транзисторы выполняют функции пороговых элементов, которые при открывании подключают на вход ОУ токозадающие резисторы. Пороги открывания транзисто­ров устанавливаются с помощью делителя R6 — R10.

Квадратор. Приведенная схема (рис. 15.21) имеет квадратич­ную передаточную характеристику для входного сигнала с ампли­тудой до 5 В. Точность возведения сигнала в квадрат не хуже 3 %. Частота входного сигнала лежит в диапазоне от 100 Гц до 50 кГц. Для балансировки микросхемы DA1 используются два по­тенциометра. Потенциометр R14 устанавливает равные между со­бой напряжения на выводах 6 и 8 Регулировка уровня этих напря­жений осуществляется с помощью потенциометра R16.

При работе с малыми амплитудами входного сигнала следует подбирать резисторы, подключаемые к выводам 5, 9 и 3, 11. К этим входам микросхемы должны быть подключены равные со­противления. Подбором этих резисторов можно также скомпенси­ровать напряжение смещения нуля микросхемы.

Выходной дифференциальный сигнал преобразователя (DA1) поступает на ОУ DA2. С помощью ОУ DA2 значительно ослабля­ются синфазные помехи, которые приходят по цепям цитания на выход интегральной Микросхемы DAI Синфазные помехи могут возникнуть и в самой микросхеме, если она не сбалансирована. С помощью потенциометра R19 устанавливается нулевой сигнал на выходе при отсутствии входного сигнала. Для стабилизации ОУ К140УД5 к выводу 4 подключается корректирующая емкость 510 пФ.

Умножитель. Умножитель (рис. 15 22) собран на девяти микро­схемах типа К.159НТ1, каждая из которых представляет собой два выполненных по единой технологии и близких по параметрам тран­зистора. Операция перемножения осуществляется в микросхемах DA4 и DA5. На выходе перемножителя стоят два повторителя с общим источником тока в эмиттерных цепях. Этот каскад снижает уровень синфазных помех, которые проходят на выход перемножи­теля по цепям питания. На входе схемы помещен усилитель с кол­лекторной нелинейной нагрузкой, имеющей логарифмическую харак­теристику. Сигнал со Входа 1 проходит через этот каскад, который выполнен на DA1 и DA2, что позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов. Микросхемы DA3 и DA7 выполняют функции термокомпенсированных генераторов тока. Поскольку в логарифмическом и перемножающем каскадах транзисторы подоб­раны по параметрам, то точность перемножения двух сигналов с частотами от 0,1 Гц до 100 кГц не хуже 1 %. Амплитуды входных сигналов могут меняться от 1 мВ до 1 В.

Рис. 15.21

Рис. 15.22

Рис. 15.23

Перемножитель. Перемножитель сигналов, достроенный _На ин­тегральной микросхеме К.140МА1 (рис. 15.23, с) позволяет работать на частотах до 15 МГц. С применением на входе устройства мик­росхем К140УД1 для согласования по постоянной составляющей полоса частот уменьшается до 1 МГц. Поскольку по опорному сиг­налу интегральная микросхема DA4 имеет экспоненциальную зави­симость коэффициента передачи, то на выводы 5 и 9 этой микросхе­мы подается сигнал, предварительно логарифмируемый микросхемой DA3. Операция логарифмирования микросхемой осуществляет­ся на нелинейной нагрузке, выполненной в виде транзисторов VT1 и VT2 в диодном включении.

В микросхеме DA3 для увеличения динамического диапазона по управляющему входу разность потенциалов между входами опорного сигнала подбирается в процессе настройки с помощью ре­зистора R10. Это напряжение должно лежать в пределах 100 — 200 мВ. Для получения идентичности транзисторы желательно применять подобранными или использовать микросхему К.101КТ1.

Выходные парафазные сигналы микросхемы DA4 объединяются через микросхему DA5. Для входных сигналов от — 0,5 до +1,5 В погрешность составляет менее 0,5 %. Минимальный сигнал, при ко­тором схема удовлетворительно работает, равен 5 мВ. Работа схе­мы проиллюстрирована графика­ми рис. 15.23,6.

Извлечение корня. Извлече­ние корня из входного сигнала в схеме (рис. 1524) осуществляет­ся за счет сравнения двух сигна­лов, входного сигнала и сигнала выхода ОУ DA1. На выходе этого ОУ формируется квадратичный сигнал. Квадрат напряжения на выходе микросхемы образуется за счет нелинейной ОС, напряжение которой снимается с диода VD1 Вольт-амперная характеристика диода не является идеально квадратичной. Регулировка формы характеристики схемы на ОУ DAI под «квадратичность> осуществляется резисторами R3 и R5. При точной настройке погрешность схемы около 1% для входного сигнала от 0 до 10 В.

Рис. 15.24