模拟乘法器及其应用 .ppt
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1、http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,第6章 模拟乘法器及其应用,6.1 变跨导型模拟乘法器 6.2 单片模拟乘法器 6.3 乘法器应用,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,6.1.1 原理电路,图 6-1 变跨导型模拟乘法器基本电路,6.1 变跨导型模拟乘法器,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,变跨导型模拟乘法器原理电路如图 6-1 所示,它是一个具有恒流源的差动放大器,只是I0受输入电压uy控制,uy控制V3管的集电极电流I0,即,式中,A为V3的跨导。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,差动电流ic为,上面各式近似
2、条件是|ux|2UT。,差动电路的跨导为,这样,差动电路的输出电压uz为,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,作为实用乘法器而言 ,它存在下列三个问题: (1) 由于控制I0的输入电压uy必须是单极性的,所以基本电路称作两象限乘法器,即ux, uy均为正或ux为负、uy为正。如果希望ux, uy均可正可负,则就会有更大的实用意义。为此,必须解决四象限相乘问题。 (2) 线性范围太小。为此,必须引入线性化措施,以扩大线性范围。 (3) 相乘增益A1与UT有关,即A1与温度有关,需要解决温度引起的不稳定性问题。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,6.1.2 双
3、差动乘法器,图 6-2 双差动乘法器,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,假定晶体管V1V6的特性相同,组成三个差分对管,其中V3, V4和V5、V6组成集电极交叉连接的双差分对,由输入电压ux控制; V1, V2组成的差分对由输入电压uy控制,并给V3, V4和V5, V6提供电流I1和I2。 根据差动电路的原理, 可以列出,(6-7),http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,总差动输出电流ic为,输出电压uZ为,当输入电压足够小,即ux, uy均小于 50mV时,则,式中, 为双差动乘法器的相乘增益。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,6
4、.1.3 线性化变跨导乘法器,图 6-3 线性化变跨导乘法器,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,假定VD1, VD2及V1A, V1B都是匹配的,则预失真网络输出电压 为,式中,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,利用反双曲线正切函数与对数之间关系, 即,仿照双差动乘法器中式(6-7),可得,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,式中,A为线性化变跨导型乘法器的相乘增益, 即,(单位为V-1),http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,由上述分析可知: (1) 线性化乘法器的
5、输出电压与两个输入信号电压的乘积成正比, 具有接近于理想的相乘特性。 (2) 线性化乘法器的相乘增益A由电路参数决定,其大小可通过调整电流源电流Iox予以调节。由式(6-18)可知,相乘增益A与温度无关,所以该电路的温度稳定性较好。,所以从理论上讲,允许的输入信号电压的极限值将受到如下限制:,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,6.2 单片模拟乘法器,6.2.1 电路组成与工作原理,图 6-4 BG314内部电路,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,图 6-5 BG314外接电路,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,例 6-1 假定电源电压
6、Ec=|Ee|=15V,要求输入电压ux, uy动态范围为5 V,相乘增益为 0.1V-1,试确定BG314外接元件值。,解:(1) 偏置电阻R3, R13为控制基片功耗,并保证晶体管工作在输入特性曲线中指数律部分,恒流源电流一般取0.52mA,现选取I0x=I0y=1 mA,由图 6-4 可知,根据对称(或称镜像)原则, 偏置电路中电流应为1mA,即有 得,同理,可求得R13=13.8k,取标称值R13=13k,实际使用中, 一般由10 k电阻与6.8 k电位器相串联,以便调整Iox,控制相乘增益A。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(2) 负反馈电阻Rx和Ry 式(6
7、-12)和式(6-15)是在忽略了发射结电阻条件下得出的,为此Rx, Ry不宜太小,因此要求,或,当Iox=Ioy=1 mA时,有,因为负反馈电阻并不要求高精度,适当偏大些有利于线性, 因此可取电阻标称值Rx=Ry=8.2 k。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(3) 负载电阻Rc,取标称值Rc=3.3 k。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(4) 电阻R1 为保证输入级差分对管工作于线性放大区,它们的集电极电压应比|ux|max 高于 12V (一般取 2 V),又考虑到VD1, VD2导通电压为 0.7 V,因此“1”端电位应等于或大于(|ux|
8、max+2+0.7)V,即,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(5) 线性动态范围的核算,由于两个恒流源中各晶体管基极电压为,由此可知,为保证恒流源各管工作在放大区,乘法器两个输入电压的最大负向摆幅可以超过 -5 V, 甚至达到-10V也不会使恒流管饱和。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,例62 若要求输入电压ux和uy的最大动态范围为10V, 试计算各外接元件值并确定电源电压。 解: (1) 偏置电阻R3和R13 由上例计算可知,采用Ee=15V时,输入电压的负向摆幅可达-10V,于是仍取Ee=15V,R3和R13均为13.8k,可由10k电阻与 6
9、.8k电位器串联而成。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(2) 负反馈电阻Rx和Ry,取Rx=Ry=15k。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(3) 负载电阻Rc 当取A=0.1V-1时,则,取标称值Rc=11 k。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,(4) 正电源Ec当输入电压uy的正向摆幅要求为+10V时,y通道输入级差分对管V9, V10和V14, V15的集电极电位需 12V,以免管子进入饱和区。于是,V7, V8, V12, V13的基极电位为 12.7V, 它们的集电极电位应比基极电位高 2V,即 14.7V。由于考虑
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