Умножители на основе управляемых источников тока

Управляемые источники тока служат основой многих микросхем аналоговых умножителей. Принцип действия умножителя, использующего этот метод, представлен в идеализированном виде на рис. 9.9. Операция умножения реализуется за счет изменения коэффициента передачи дифференциального каскада с общим эмиттером (транзисторы )

Рис. 9.8. Улучшенный вариант умножителя на палевых транзисторах.

при изменении его рабочего тока . В рассматриваемом примере ток пропорционален напряжению благодаря применению токового зеркала (транзисторы ). Выходное напряжение равно:

Здесь есть дифференциальное сопротивление эмиттера, равное где к — постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, q — заряд электрона.

Таким образом, выходное напряжение равно:

Рис. 9.9. Простой умножитель на основе управляемого источника тока.

Приведенная схема имеет ограниченное практическое применение из-за свойственных ей серьезных недостатков. Во-первых, входное напряжение должно быть небольшим (десятки ), иначе схема становится нелинейной. Во-вторых, входное напряжение должно быть "привязано" к отрицательному источнику питания , а не к земле. Наконец, коэффициент передачи умножителя зависит от температуры. Тем не менее, при некотором усложнении схемы можно полностью использовать умножающие свойства дифференциального каскада с общим эмиттером.

Микросхемы преобразователей напряжения в ток (ПНТ, см. гл. 4 — прим. ред.) являются широкораспространенными аналоговыми узлами, в которых используются дифференциальные каскады с управляемыми источниками токов. Такие устройства можно использовать как простые умножители невысокой точности. В качестве примеров можно привести микросхемы СА 3080 и LM 13700.

Многие микросхемы прецизионных аналоговых умножителей также строятся на основе дифференциальных каскадов с регулировкой токов, но их внутренняя структура намного сложнее простой схемы, показанной на рис. 9.9. Основой этих микросхем является узел умножения на основе

ПНТ, состоящий из нескольких согласованных дифференциальных каскадов, включенных таким образом, что их температурные дрейфы и нелинейности взаимно компенсируются. Умножительный элемент часто называют схемой Гильберта по имени одного из ее создателей. Структура двух распространенных высококачественных микросхем: MPY-100 (фирмы Burr-Brown) и AD534 (фирмы Analog Devices) представлена на рис. 9.10.

Передаточная функция микросхем имеет вид:

Микросхемы можно использовать и как умножитель (рис. 9.11 а), и как делитель (рис. 9.116).

При включении микросхемы умножителем (рис. 9.11 а) справедливо равенство:

или

Рис. 9.10. Структура умножителей MPY-100 и AD534.

Рис. 9.11. Варианты включения микросхем аналоговый умножитель, б) аналоговый делитель.

откуда получим (при ):

При включении делителем (рис. 9.116) можно затшеать:

откуда

при

Отметим, что ширина полосы пропускания умножителя пропорциональна величине Отметим также, что разность — должна быть положительной, чтобы общая обратная связь в умножителе была отрицательной. Очевидно, что сочетание в одном корпусе микросхемы ОУ, узла умножения и дифференциальных входных каскадов позволяет

включать их в различных сочетаниях, расширяя сферу применения устройства. Эти умножители получили большое распространение благодаря широкой полосе пропускания, хорошей линейности, наличию дифференциальных входов, возможности работы в четырех квадрантах и относительной дешевизне.