Аналоговый множитель - Analog multiplier

В электронике , аналоговый умножитель является устройством , которое принимает два аналоговых сигналов , и выдает выходной сигнал , который является их продуктом. Такие схемы можно использовать для реализации связанных функций, таких как возведение квадратов (применение одного и того же сигнала к обоим входам) и извлечение квадратного корня .

Электронный аналоговый умножитель может называться несколькими именами в зависимости от функции, для которой он используется (см. Приложения аналогового умножителя).

Усилитель с регулируемым напряжением в сравнении с аналоговым умножителем

Если на одном входе аналогового умножителя поддерживается постоянное напряжение, сигнал на втором входе будет масштабироваться пропорционально уровню на фиксированном входе. В этом случае аналоговый умножитель можно рассматривать как усилитель, управляемый напряжением . Очевидными приложениями могут быть электронная регулировка громкости и автоматическая регулировка усиления (AGC). Хотя аналоговые умножители часто используются для таких приложений, усилители с управлением напряжением не обязательно являются настоящими аналоговыми умножителями. Например, интегральная схема, предназначенная для использования в качестве регулятора громкости, может иметь вход сигнала, рассчитанный на 1 В (размах), и вход управления, рассчитанный на 0-5 В постоянного тока; то есть два входа не симметричны, и управляющий вход будет иметь ограниченную полосу пропускания.

Напротив, в том, что обычно считается настоящим аналоговым умножителем, два сигнальных входа имеют идентичные характеристики. Приложения, характерные для настоящего аналогового умножителя, - это те, в которых оба входа являются сигналами, например, в частотном смесителе или аналоговой схеме для реализации дискретного преобразования Фурье . Из-за точности, необходимой для того, чтобы устройство было точным и линейным во всем входном диапазоне, настоящий аналоговый умножитель обычно является гораздо более дорогой частью, чем усилитель, управляемый напряжением.

Четырехквадрантный множитель - это умножитель, в котором входы и выходы могут колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. Многие умножители работают только в двух квадрантах (один вход может иметь только одну полярность) или в одном квадранте (входы и выходы имеют только одну полярность, обычно все положительные).

Аналоговые умножители

Аналоговое умножение может быть выполнено с помощью эффекта Холла .

Клетка Гилберта представляет собой схему, выходной ток является 4 квадранта умножение двух дифференциальных входов.

Аналоговые умножители на интегральных схемах используются во многих приложениях, например, в преобразователях истинных среднеквадратичных значений, но доступен ряд строительных блоков аналоговых умножителей общего назначения, таких как линейный четырехквадрантный умножитель . Устройства общего назначения обычно включают в себя аттенюаторы или усилители на входах или выходах, чтобы можно было масштабировать сигнал в пределах напряжения схемы.

Хотя схемы аналогового умножителя очень похожи на операционные усилители , они гораздо более восприимчивы к шумам и проблемам, связанным с напряжением смещения, поскольку эти ошибки могут увеличиваться. При работе с высокочастотными сигналами проблемы, связанные с фазой, могут быть довольно сложными. По этой причине производство аналоговых умножителей широкого диапазона общего назначения намного сложнее, чем обычных операционных усилителей, и такие устройства обычно производятся с использованием специальных технологий и лазерной подстройки , как и те, которые используются для высокопроизводительных усилителей, таких как инструментальные усилители . Это означает, что они имеют относительно высокую стоимость и поэтому обычно используются только в тех схемах, где они необходимы.

Некоторыми общедоступными ИС аналоговых умножителей на рынке являются MPY634 от Texas Instruments , AD534, AD632 и AD734 от Analog Devices , HA-2556 от Intersil и многие другие от других производителей ИС.

Аналоговый и цифровой компромисс в умножении

В большинстве случаев функции, выполняемые аналоговым умножителем, могут выполняться лучше и с меньшими затратами с использованием методов цифровой обработки сигналов . На низких частотах цифровое решение дешевле и эффективнее, и позволяет модифицировать функцию схемы во встроенном ПО. По мере роста частот стоимость внедрения цифровых решений возрастает гораздо круче, чем аналоговых решений. По мере развития цифровых технологий использование аналоговых умножителей становится все более маргинальным в пользу высокочастотных схем или очень специализированных приложений.

Кроме того, большинство сигналов в настоящее время должны быть оцифрованы рано или поздно на пути прохождения сигнала, и, если это вообще возможно, функции, требующие умножителя, как правило, переносятся в цифровую сторону. Например, в ранних цифровых мультиметрах функции истинного среднеквадратичного значения обеспечивались внешними схемами аналогового умножителя. В настоящее время (за исключением высокочастотных измерений) наблюдается тенденция к увеличению частоты дискретизации АЦП для оцифровки входного сигнала, позволяя цифровому процессору выполнять среднеквадратичные значения и целый ряд других функций. Однако слепая оцифровка сигнала как можно раньше на пути прохождения сигнала требует неоправданно больших затрат энергии из-за необходимости в высокоскоростных АЦП. Гораздо более эффективное решение включает предварительную обработку аналоговых сигналов для кондиционирования сигнала и уменьшения его полосы пропускания, так что энергия тратится на оцифровку только той полосы пропускания, которая содержит полезную информацию.

Кроме того, резисторы с цифровым управлением позволяют микроконтроллерам реализовывать многие функции, такие как регулировка тембра и АРУ, без необходимости напрямую обрабатывать оцифрованный сигнал.

Аналоговые умножители

дальнейшее чтение

Смотрите также

  • NE612 , генератор и смеситель-умножитель с ячейкой Гильберта.

использованная литература