Аналоговые перемножители на основе дифференциальных каскадов на БТ и ПТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По проведению практического занятия №8

Тема занятия:

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ИНТЕРФЕЙСНОЙ ЧАСТИ СОВРЕМЕННЫХ ПРИЁМНИКОВ

(продолжение)

Аналоговые перемножители на основе дифференциальных каскадов на БТ и ПТ

В аналоговых БИС, а в ряде случаев и в чисто цифровых схемах, широко используются дифференциальные каскады с симметричными входами и выходами. Они реализуются как на биполярных, так и на полевых транзисторах и имеют множество схемотехнических решений (конфигураций).

В качестве самостоятельной работы слушатели выполнили лабораторную работу под названием «Использование дифференциального каскада с помощью пакета Micro-CAP, версия 7».

В этой работе ДК на биполярных транзисторах был выполнен с токозадающим транзистором. Упрощенная схема такого ДК показана на рис. 8.1.

Выполнив эту лабораторную работу, слушатели убедились, что такой ДК на БТ может реализовать следующие функции:

1. Усилительного устройства.

2. Жесткого амплитудного ограничителя (рис. 8.2).

3. Аналогового перемножителя двух сигналов с определенной погрешностью (на примере модулятора амплитудно-модулированного сигнала).

4. Сумматора на два входа.

5. Быстродействующего токового переключателя, который лежит в основе эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).

Рис. 8.1

Рис. 8.2

Отметим, что вторая функция позволяет создать в интегральном исполнении многокаскадные усилители-ограничители (в частности, для ПРМ частотно-модулированных сигналов) и логарифмические усилители.

На третьей функции следует остановиться более подробно. Известно, что операция перемножения сигналов является базовой операцией для построения многих функциональных устройств (ФУ), используемых для преобразования сигналов, в том числе: смесителя, оптимального преобразователя (квадратурного модулятора), стробируемого каскада, амплитудного регулятора, различного типа демодуляторов, квадратурного фильтра и др. Таких ФУ можно назвать более тридцати.

Введем понятие идеального аналогового перемножителя (АП). Его условное графическое обозначение показано на рис. 8.3.

Рис. 8.3

Если входные сигналы представляют собой гармонические сигналы и , то выходной сигнал

т.е. на выходе идеального АП имеются только два колебания: колебание с разностной частотой и колебание с суммарной частотой . Здесь – постоянная перемножения.

Реальный АП отличается от идеального наличием на его выходе побочных продуктов как результата нелинейного взаимодействия (преобразования) входных сигналов. При этом мощность на выходе реального АП

где – выходная мощность на суммарной частоте,

– выходная мощность на разностной частоте,

– выходная мощность побочных продуктов (на комбинационных частотах).

Тогда погрешность перемножения реального АП

Этот параметр и характеризует основное отличие реального АП от идеального и составляет на практике от долей до единиц процентов.

Подчеркнем, что пока используемый АП можно считать идеальным, соответствующие ФУ являются параметрическими устройствами, для которых справедлив принцип суперпозиции как для линейных цепей с переменными параметрами.

В настоящее время реальные АП в интегральном исполнении реализуются либо на БТ, либо на ПТ с использованием дифференциальных (симметричных) структур. Большинство таких АП базируется на транзисторной ячейке Барри Джильберта. Один из вариантов подобных АП показан на рис. 8.4.

На этом рисунке хорошо согласованные по своим параметрам транзисторы VT1-VT2 и VT3-VT4 образуют «транзисторный квартет», именуемый, как правило, в литературе как базовая ячейка Б.Джильберта. Она может быть также успешно выполнена на ПТ, а именно: либо на GaAs ПТ с барьером Шоттки, либо на МОП-транзисторах. Питается такой квартет от ДК на транзисторах VT5-VT6, который представляет собой схему с токозадающими транзисторами, реализованными на токовых зеркалах ТЗ1 и ТЗ2.

Рис. 8.4

Для примера на рис.8.5 приведены упрощенная схема ИМС типа МС 1496 и типовая схема ее включения в качестве модулятора. Возникает вопрос к аудитории: какие типы модуляторов можно реализовать с использованием такой ИМС?

Рис. 8.5

Указание. Студентам предлагается изучить самостоятельно материалы из [1] и [2], посвященные анализу ДК на БТ, а также материалы, посвященные анализу ДК на МОП-транзисторах и АП на таких транзисторах.