Аналоговый умножитель

В электронике аналоговый умножитель — это устройство, которое принимает два аналоговых сигнала и выдает выходной сигнал, который является их произведением. Такие схемы можно использовать для реализации связанных функций, таких как возведение квадратов (подача одного и того же сигнала на оба входа) и квадратные корни .

Электронный аналоговый умножитель может называться по-разному, в зависимости от функции, которую он выполняет (см. Применение аналогового умножителя).

Усилитель, управляемый напряжением, и аналоговый умножитель

Если на один вход аналогового умножителя подается установившееся 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 (АРУ). Хотя для таких приложений часто используются аналоговые умножители, усилители, управляемые напряжением, не обязательно являются настоящими аналоговыми умножителями. Например, интегральная схема, предназначенная для использования в качестве регулятора громкости, может иметь сигнальный вход, рассчитанный на 1 В (размах), и вход управления, рассчитанный на 0–5 В постоянного тока; то есть два входа не симметричны, и вход управления будет иметь ограниченную полосу пропускания.

Напротив, в том, что обычно считается настоящим аналоговым умножителем, два входных сигнала имеют идентичные характеристики. Приложениями, специфичными для настоящего аналогового умножителя, являются те, где оба входа являются сигналами, например, в смесителе частот 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 деталью, чем усилитель, управляемый напряжением.

Четырехквадрантный множитель — это тот, в котором входные и выходные данные могут колебаться как в положительном, так и в отрицательном направлении. 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 положительны).

Аналоговые умножители

Аналоговое умножение можно выполнить с помощью эффекта Холла .

Ячейка Гилберта представляет собой схему, выходной ток которой представляет собой 4-квадрантное произведение двух ее дифференциальных входов.

Аналоговые умножители на интегральных схемах используются во многих приложениях, например, в настоящих среднеквадратичных преобразователях ряд строительных блоков , но доступен аналоговых умножителей общего назначения, таких как линейный четырехквадрантный умножитель . ^[1]^[2]^[3] Устройства общего назначения обычно включают аттенюаторы или усилители на входах или выходах, чтобы обеспечить масштабирование сигнала в пределах напряжения схемы.

Хотя схемы аналоговых умножителей очень похожи на операционные усилители , они гораздо более чувствительны к шуму и проблемам, связанным с напряжением смещения, поскольку эти ошибки могут увеличиваться. При работе с высокочастотными сигналами проблемы, связанные с фазой, могут быть весьма сложными. По этой причине производство широкодиапазонных аналоговых умножителей общего назначения гораздо сложнее, чем обычных операционных усилителей, и такие устройства обычно производятся с использованием специальных технологий и лазерной настройки , 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 цепях, где они незаменимы.

Некоторые общедоступные микросхемы аналоговых умножителей на рынке: MPY634 от Texas Instruments , AD534, AD632 и AD734 от Analog Devices , HA-2556 от Intersil и многие другие от других производителей микросхем.

Аналоговый и цифровой компромисс при умножении

В большинстве случаев функции, выполняемые аналоговым умножителем, можно выполнять лучше и с меньшими затратами, используя цифровой обработки сигналов методы . На низких частотах цифровое решение дешевле и эффективнее и позволяет изменять функцию схемы в прошивке. По мере роста частот стоимость внедрения цифровых решений возрастает гораздо быстрее, чем стоимость аналоговых решений. По мере развития цифровых технологий использование аналоговых умножителей имеет тенденцию все больше ограничиваться высокочастотными схемами или очень специализированными приложениями.

Кроме того, большинству сигналов в настоящее время суждено рано или поздно стать оцифрованными на пути прохождения сигнала, и, если это вообще возможно, функции, которые потребуют умножения, имеют тенденцию перемещаться на цифровую сторону. Например, в ранних цифровых мультиметрах истинные среднеквадратические функции обеспечивались внешними аналоговыми умножителями. В настоящее время (за исключением высокочастотных измерений) наблюдается тенденция увеличения частоты дискретизации АЦП с целью оцифровки входного сигнала, что позволяет цифровому процессору выполнять среднеквадратичные значения и целый ряд других функций. Однако слепая оцифровка сигнала на как можно более ранних стадиях пути требует неоправданных затрат энергии из-за необходимости в высокоскоростных АЦП. Гораздо более эффективное решение включает аналоговую предварительную обработку для обработки сигнала и уменьшения его полосы пропускания, чтобы энергия тратилась на оцифровку только той полосы пропускания, которая содержит полезную информацию.

Кроме того, резисторы с цифровым управлением позволяют микроконтроллерам реализовывать множество функций, таких как регулировка тембра и АРУ, без необходимости прямой обработки оцифрованного сигнала.

Приложения аналогового умножителя

Дальнейшее чтение

«Умножители и модуляторы» , июнь 2013 г. Аналоговый диалог

См. также

NE612 , генератор и смеситель с умножителем на ячейке Гильберта.

Ссылки

^ «Линейный четырехквадрантный множитель» (PDF) . ПО «Полупроводник». Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2017 г.
^ Аналоговые устройства AD834
^ «Четырёхквадрантный умножитель с несколькими входами» .

[1] «Линейный четырехквадрантный множитель» (PDF) . ПО «Полупроводник». Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2017 г.

[2] Аналоговые устройства AD834

[3] «Четырёхквадрантный умножитель с несколькими входами» .

[1]

[2]

[3]