|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы использовать полевые транзисторы (рис. ЗЛ). На начальном участке вольт-амперной характеристики полевой транзистор по существу является резистором с сопротивлением, управляемым по цепи затвора. Действие температурного дрейфа нелинейной зависимости этого сопротивления от управляющего напряжения на точность умножения значительно уменьшается включением полевого транзистора в цепь ОС усилителя А2. При идентичных по параметрам полевых транзисторах t/вых = = - t/;t/?e/c.h(l +/?i/4), где /-си - сопротивление между стоком и истоком полевых транзисторов. Сопротивление Гс.н транзистора VTI зависит от выходного НагфЯжений А2, которое определяется, В сВою очередь, напряжениями Vy-Vi Uz. Чтобы обеспечить выполнение транзистором VT2 функции переменного сопротивления, необходимо установить f/y<0, и> 0. Если входной ток А2 пренебрежимо мал по сравнению с током, протекающим по цепи транзистора VT2 и резистора R3, то будет справедливо равенство Uy/R3=Uz/rc.u{l + + /?2 ?4). Определив из последнего равенства значение Гс.„ и затем подставив его в выражение для Увых, получим зависимость Выходного напряжения от сопротивлений резисторов Uвых = - UxVyReX X{i + R2/R4)/UzR3{\+R\/R4). Как видно из последнего выражения, при кб = Рз и R,=Rs ивых= (JxUy/Uz. Чтобы уменьшить влияние нелинейности и неидентичностн зависимостей сопротивлений сток-исток Полевых транзисторов, необходимо выбрать сопротивления R, - Rs значительно больше Гс.„. Например, при типовом Гси*=ь0,5 кОм точность умножения около 2% можно получить, установив /?,=/?2=1 МОм, /?з = /?б = 0.1, R, = 0,2 МОм, /?б = = 20 кОм. Полоса пропускания этой схемы будет определяться ОУ, а динамический диапазон входных сигналов - типом полевых транзисторов. Для получения Наименьшей ошибки из-за нелинейности вольт-амперной характеристики VT1 и VT2 целесообразно ограничить амплитуду t/jt, Uy и (Jz напряжениями 3...5 Ё. Тогда при использовании ОУ К154УДЗ можно получить точность умножения около 2% в диапазоне частот 0...1 МГц. Для устранения возможной неустойчивости в работе устройства между выходами ОУ и их инвертирующими входами целесообразно включить конденсаторы емкостью 10...100 пФ в зависимости от типа ОУ. Таким образом, рассмотренный тип перемножителя-делителя целесообразно использовать в тех случаях, КОГда для двух квадрантов в плоскости ху необходимо получить максимальное быстродействие и не требуется высокая точность вычисления. Перемножитель на логарифмических усилителях наиболее очевиден для построения и прост при расчете. Алгоритм еГо синтеза сводится к выполнению Последовательности операций: 1п х, 1п у. In x + ln у = \п ху, antilli(lH ху) =ху. Известно большое число" различных схем одноквЯдрантных перемножителей-Делителей, состоящих из трех логарифмических   Рис. 3.1. Схема перемножителя на полевых транзисторах Рис. 3.2. Схема перемножителй на логарифмических усилителях усилителей и одного антилогарифмического. Одна из них показана на рис. 3.2. Логарифмические усилители Al, А2, A3 и антилогарифмический А4 используют .две пары интегральных транзисторов. Могут быть испольаованы транзисторы К1НТ591 или К198НТ1. Выходное напряжение ПеремноЖителя {/вых = /э44, где /34 = = /к.о ехр ({/э.Б4/фт) - эмиттерный ток транзистора VT4. Напряжение {/354 определяется из равенства {/эб4 = эб1 + Подставляя в выражение Для /34, а затем /34 в {Увых и предполагая идентичными транзисторы и ОУ, получаем {Увых = = {R4Rx/RgR.)UxUy/V„ где t/*> О, Uy>0 и U,>0. Из последнего выражения видно, что выходное напряжение логарифмического умножителя не зависит от температуры, а масштабный коэффициент определяется отношением сопротивлений внешних резисторов. Высокая точность и большой динамический диапазон амплитуд входных сигналов при умножении и делении, характерные для данной схемы, обусловлены следуюш,ими факторами. Используются идентичные пары транзисторов с коэффициентом передачи базового тока /i2i3> 100 и ОУ К140УД6 с температурным дрейфом менее 20 мкЁ/С и входными токами менее 30 нА. Поэтому даже при входных сигналах порядка 100 мВ приведенная ко входу погрешность не превышает 0,5%, а ошибка из-за нелинейности не больше 0,2%. Суммируются логарифмы токов, а не их абсолютные величины. Благодаря этому исключается насыщение транзисторов в широком диапазоне изменения входных напряжений. Недостаток схемы - общий для большинства схем на логарифмических усилителях - заключается в зависимости нолосЫ рабочих частот от величины входных сигналов. Например, ширина полосы пропускания при входном напряжении 10 В составляет 100 кГц, а при 1 В сужается до 10 кГц. Объясняется это тем, что при больших входных напряжениях в цепях логарифмического перемножителя протекают большие входные токи и, следовательно, быстрее Перезаряжаются паразитные емкости в схеме. Приведенная схема умножителя применима только при одинаковой полярности Входных сигналов. Следовательно, логарифмический перемножитель является одноквадрантным. В принципе на базе логарифмического перемножителя можно построить четырехквадрантный умножитель, но при значительных аппаратурных затратах. Для устойчивой работы логарифмических усилителей между выходами и инвертирующими входами А1 - A3 следует включать конденсаторы емкостью 200... ...250 пФ. Перемножитель на основе переменной крутизны в простейшем двухквадрантном исполнении (рис. 3.3) реализуется посредством изменения эмиттерного тока /э" (а следовательно, и крутизны 5 = /э/фт) транзисторов VT1 и VT2. Изменение коллекторного тока /к любого из указанных транзисторов в зависимости от Vx описывается выражением Ijf - IUх/2(рт. ОУ преобразует дифференциальный выходной ток транзисторов VT1, VT2 в напряжение Ubhx = = AIRi. Учитывая, что изменение тока /э от напряжения Vy определяется равенством l3 = lJy/R2, получаем 11вых=1эхР\/2(= U,UyRx/2R24>r. Для компенсации нелинейности вольт-амперной характеристики транзисторов VT1 и VT2 при Ux>- Ю мВ используются логарифмирующие свойства диодов VT3 и VT4. Последние логарифмируют токи, поступающие от транзисторов 175 и VT6, а транзисторы VT1 и VT2 осуществляют экспонирование эмиттерно-базовых напряжений VT3 и VT4. Таким образом достигается линейная зависимость между токами через транзисторы VT5, VT6 и VT1, VT2. Благодаря использованию источника тока, построенного на усилителе А1, расширяется диапазон линейной зависимости /э от и у вплоть до Uy = 0. Перед применением схемы сначала при Uy = 0 резистором Rb, затем при максимальном напряжении Uy резистором R6 устанавливается Увых = 0. Импульсный перемножитель применяют, когда использованием рассмотренных выше схем невозможно достичь точности- перемножения лучше 0,1%. Если необходима такая точность и достаточна полоса рабочих частот в несколько десятков герц, целесообразно применять импульсные перемножители. Последние при умножении низкочастотных аналоговых сигналов обеспечивают по крайней мере на порядок более высокую точность, чем перемножители, работающие по принципу нормировки токов. Например, описанный ниже пер"емножитель К525ПС1 позволяет получить погрешность умножения около 1%. В то же. время приведенная на рис. 3.4 схема позволяет умножить два сигнала с погрешностью не более 0,05%, т. е. в 20 раз точнее. Рассмотрим принцип работы представленного на рисунке импульсного перемножителя, состоящего из инвертирующего усилителя на А1, интегратора на А2, инвертора опорного напряжения на A3 и триггера, собранного на биполярных транзисторах. Переключатели S1 - S4 выполнены на КМОП микросхемах. K564KT3. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 |