Аналоговый перемножитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 7093 667 1 50 ЕН РЕ САНИЕ И СВИДЕТЕЛЬ СТ АВТОРС Красноя ноярски олВ,А.Чавл к ко П,М.,Тожители ппарату ачен- игна. М.:1 о НРБ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Конструкторское бюрозавода телевизоров и Краитехнический институт(56) Тимонтеев В.Н Величко В.А, Аналоговые перемнлов в радиоэлектронной аРадио и связь, 1982, с,24-25Авторское свидетельствМ 32999, 30.11.82. Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании бала нсных модуляторов, синхронных детекторов, регуляторов усиления и других высокочастотных устройств в интегральном исполнении.Известна базовая схема перемножите. ля, содержащая первый - шестой транзисторы, первый:и. второй резисторы . нагрузки, общая точка которых соединена с одним из.выводов источника питания, и генератор тока, включенный между вторым выводом питания и эмиттерами пятого и шестого транзисторов, объединенные базы первого. и четвертого транзисторов являются первым входом перемножителя, , объединенные базы второго и третьего транзисторов - его вторым входом,коллекторы первого и третьего транзисторов подключены к выводу первого резистора нагрузки, коллекторы второго и четвертого транзисторов - к выводу второго резистора 2Д 4) АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электрическим вычислительным устройствам и может быть .использовано в. аналоговых вычислительных, машинах. Целью изобретения является, повышение точности перемножения эа счет стабилизации входного сопротивления, Аналоговый перемножитель.содержит . с первого по восьмой усилительные транзисторы 1-8, с первого по четвертый токозадающие резисторы 9-12, блок 13 динамической нагрузки, дополнительный блок 14 динамической нагрузки. Работа аналогового пере- множителя по перемножению двух сигналов-сомножителей основана на реали-. зации метода переменной крутизны. 2 ил. нагрузки, базы пятого и шестого транзисторов являются соответственно третьим и чет-Б вертым входами перемножителя, коллектор пятого транзистора соединен с эмиттерами первого и второготранзисторов, а коллекторы шестого - с эмиттерами третьего и.чет-., вертого,Недостатком известного решения является низкая температурная стабильность коэффициента передачи, ограниченный частотный диапазон иэ-за влияния емкостей коллекторов и нагрузки, большое число выводов, препятствующее использоваыию подобных устройств в интегральных схемах со средней и большой степенью интеграции.Часть указанных недостатков устранена в аналоговом перемножителе, содержа: щем первый-девятый транзисторы, первый - третий токозадающие резисторы и каскад динамической нагрузки, попарно объеди: ненные базы первого и четвертого, а также1709353 10 15 20 35 40 45 50 55 второго и третьего транзисторов являются симметричным входом для второго сигнала, коллекторы первого и третьего транзисторов подключены к первому входу динамической нагрузки, а коллекторы второго и четвертого - к ее второму входу, базы пятого и шестого транзисторов являются первым симметричным входом перемножителя, коллектор пятого транзистора соединен е эмиттерами первого и второго . транзисторов, а коллектор шестого - , с эмиттеРами третьего и четвертого, базы седьмого, восьмого и девятого транзисторов соединены с коллектором девятого и подключены к источнику смещения, эмиттеры седьмого, восьмого и девятого транзисторов соответственно через первый, второй и третий такозадающие резисторы подключены к выводу источника питания, коллекторы седьмого и восьмого транзисторов соединены соответственно с эмиттерами пятого и шестого транзисторов,Входные сопротивления известного устройства па обоим входам сильно зависят от амплитуды входных сигналав, имеют значительную емкостную.составляющую, чта затрудняет согласование входов с внутренними сопротивлениями источников сигнала, приводит к снижению точности преобразования особенно для широкополосных сигналов,Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет стабилизации входных сопротивлений аналогового перемножителя,Указанная цель достигается тем, что в аналоговый перемножитель, содержащий с первого по восьмой усилительные транзисторы, с первого па четвертый токозадаюцие резисторы, блок динамической нагрузки, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов соединены между собой, эмиттеры третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены между собой, базы первого и четвертого усилительных транзисторов соединены между собой, базы второго и третьего усилительных транзисторов соединены между собой, коллекторы первого и третьего усилительных транзисторов подключены к первому входу блока динамической нагрузки, к второму входу которого подключены коллекторы второго и четвертого усилительных транзисторов, коллектор и база пятого усилительного транзистора соединены с базой шестого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру третьего усилительного транзистора, шина питания блока динамической нагрузки соединена с первой шиной питания аналогового перемножите 4 ля, первой и второй выходными шинами ко торого являютвя первый и второй выходы блока динамической нагрузки, дополнительно введен блок динамической нагрузки,первый и второй выходы которого подключены к базам соответственно первого и второго усилительных транзисторов, эмиттер первого усилительного трайзистора соединен с первым выводом первого токозадающего резистора, второй вывод которогочерез второй токозадающий резистор под- .ключен к колЛектору пятого усилительноготранзистора, первый вход дополнительного блока динамической нагрузки соединен с первым выводом третьего токозадающего резистора, второй вывод. которого через четвертый токозадающий резистор подключен к коллектору и базе седьмого усилительного транзистора и к базе восьмого усилительного транзистора, коллектор которого соединен с вторым входом дополнительного блока динамической нагрузки,шина питания которого подключена к первой шине питания аналогового перемножителя, к .25 второй шине. питания которого подключен. эмиттеры пятого, шестого, седьмого и васьмого усилительных транзисторов, вторые выводы первого и третьего токазадающих резисторов являются соответственно входами первого и второго сигналов - сомножителей аналогового перемнажителя,Техническая сущность предлагаемого решения состоит в способе формирования пративофазных токов, когда один из токов (неинвертированный) формируется подключением такараспределительнога узла множительной ячейки к источнику сигнала через инвертар с единичным усилением па току, образованным термакампенсираванным делителем напряжения, состоящим из второго токозадающега резистора и транзистора в диаднам включении, и транзистором, включенным по схеме с общим эмиттерам, Эта обеспечивает высакастабильное частотно-независимое входное сопротивление аналогового перемнажителя, позволяет существенно расширить динамический диапазон входных сигналов, по крайней, мере по первому, сигнальному входу, Эта существенно повышает точность преобразования и частотный диапазон аналогового перемножителя,Известно использование инвертарав тока с термакомпенсированным смещением и единичнымусилением па току для перехода от двухполярного симметричного Сигнала к однополярнаму несимметричному,На фиг. 1,изображена принципиальная. схема аналогового перемножиталя; на фиг.2 - принципиальная схема динамической нагрузкиАналоговый перемножитель содержит,первый - восьмой транзисторы 1-8, первый - четвебатый токозадающие резисторы 5 9-12, первую 13 и вторую 14 динамические нагрузки, базы первого 1 и четвертого 4 транзисторов подключены к первому выходу второй динамической нагрузки, базц второго 2 и третьего 3 - к ее второму 10 выходу, коллекторы первого 1 и третьего 3 транзисторов соединены с первым входом первой динамической нагрузки 13, коллекторы второго 2 и четвертого 4- с ее вторым входом, эмиттеры третьего 3 и четвертого 15 4 транзисторов соединены с коллектором шестого транзистора 6:непосредственно, а змиттеры первого 1 и второго 2 - с коллектором пятого транзистора 5, а также базами пятого транзистора 5 через после довательно соединенные четвертый 12 и третий 11 токозадающие резисторы подключены к первому входу второй динамической нагрузки 14, коллектор восьмого . транзистора 8 соединен с вторым входом 25второй динамической нагрузки 14, эмиттеры пятого 5, шестого 6, седьмого 7 и восьмого 8 транзисторов соединены с вйводом источника питания, второй вывод источника питания подключен к выводам первой 13 и 30 второй 14 динамических нагрузок, общая. точка первого 9 и второго 10 токозадающих резисторов является первым, сигнальным входом аналогового перемножителя, общая точка третьего 11 и четвертого 12 то козадающих резисторов - его вторым, управляющим входом, входами аналогового перемножителя являются выходы первой динамической нагрузки 13.Динамическая нагрузка содержит диф ференциальный усилительный каскад, выполненный на девятом 15 и десятом 16 транзисторах, базы которых являются входами динамической нагрузки. Эмиттеры объединены и через эмиттерный резистор 45 17 соединены с первым выводом источника питания, а коллекторы через первый 18 и второй 19 коллекторнце резисторы подключены к второму выводу источника питания, эмиттерные повторители 20, 21 своими кол лекторами подключены к выводу источника питания, базами - к коллекторам девятого 15 и десятого 16 транзисторов, их змиттеры, являющиеся выходами динамической нагрузки, соединены с базами девятого 15 и 55 десятого 16 транзисторов соответственно через первый 22 и второй 23 резисторы обратной связи.Аналоговый перемножитель работает следующим образом. От первого входа к первому токораспределительному узлу - эмиттерам первого 1 и второго 2 транзисторов -через первый токозадающий резистор поступает ток 1, Поскольку входное сопротивление токораспределительного узла много меньше величинц первого токозадающего резистора 9, величина тока, втекающего в первый токо- распределительный. узел, оказывается рав-, нойОвх11=01йо,где о 1 - постоянная составляющая тока;- величина, юкозадающего резистора;Овх 1 - первое выходное напряжение.От того же первого входа к второму токораспределительному узлу множительной ячейки - эмиттерам третьего 3 и четвертого 4 транзисторов - через тококомпенсированный делитель напряжения, образованный вторым токозадающим резистором 10 и пятым транзистором 5, включенным в ди-. одном режиме, и инвертор, выполненный на шестом транзисторе 6, поступаетток 1 г. Так как выходное сопротивление термокомпенсированного делителя практически равно величине второго токоэадающего резистора 10, а коэффициент передачи по току инвер- тора с термокомпенсированным делителем напряжения равен единице, величина тока, втекающего во второй токораспределительный узел множительной ячейки,равна12=О 1+Овх 1/Йо,От второго входа аналогового перемножителя через третий токозадающий резистор 11 к первому входу второй динамической нагрузки 14 поступает ток 21. Входное сопротивление динамической нагрузки очень мало:Ввх=йз 1/К,где Вз 1 - величина сопротивления 22, 23обратной второй динамической нагрузки 14;К- коэффициент усиления дифференциального усилителя, выполненного на девя-,том 15 и десятом 16 транзисторах,Поэтому величина тока, втекающего впервый вход второй динамической нагрузки, определится выражением.11= 02х/йОт второго же входа аналогового перемножителя к второму входу второй динами1011 -1 о 14 Йвх=йо/2 потенциал перехоьной температурервой динамическойтоки первого 1 и ирбьшой рас ками оскоческой нагрузки 14 подается ток 22 через термокомпенсированный делитель напряжения, выполненный на четвертом токозадающем резисторе 12 и седьмом транзисторе 7, включения в диодном режиме, и инвертор тока, выполненный. на восьмом транзисторе 8, Так как коэффициент усиления по току инвертора 8 и термокомпенсированного делителя напряжения 12, 7 равен единице, величина тока, втекающего во второй динамической нагрузки 14, оказывается равной Вторая динамическая нагрузка 14, имеющая коэффициент передачи где О 1- разность входных токов;бО - разность потенциалов на выходах второй динамической нагрузки 14,Формирует на входах множительной ячейки - базах первого 1, четвертого 4 и второго 2, третьего 3 транзисторов - разность потенциалов, пропорциональную второму входному сигналу 202=-881(122 121)Под действием этого сигнала перераспределяются между транзисторами первым 1 и вторым 2, а также третьим 3 и четвертым 4 токи, втекающие соответственно в первый и второй токораспределительные узлы. Для величины токов, протекающих через первый - четвертый транзисторы 1-4 можно записать где рт - температурный да, равный при нормал 25 мВ.На первый вход пе нагрузки 13 поступают Третьего 3 транзисторов 11=1 о 1 +.1 .1ЕО 27 Т, 22722 Т 5 012 о 2 Т Т 2 21127 УТ ТТ 2 Т на второй вход той же динамической нагруэ 10 ки 13 поступают токи второго 2 и четвертого 4 транзисторов: 1 г=1 о 1 1Первая динамическая нагрузка, имеюая коэффициент передачи, равныйс О б 1Формирует на своих выходах симметричные противофазные напряжения с амп- литудой или после замены напряжен5 значением, найденным ранее,Предлагаемый аналоговый перемножитель обладает высокой линейностью по первому, сигнальному входу. Линейность его по второму, управляющему входу соответствует линейности. прототипа. Это определяет 45 основные областИ использования предлагаемого решения - балансные модуляторы и смесители, синхронные детекторы, регуляторы усиления различных высокочастотных устройств,50 Входное сопротивление аналоговогОперемножителя по обоим входам практически равно стабильно и,частотно-независимо: в ш ком диапазоне частот, отличается бол линейностью, что обеспечивает малые согласования с выходными источни сигналов, подключенными через полР где Оо - постоянный потенциал на входах аналогового перемножителя,и при обычных условиях Яо равно двум 10 волновым сопротивлениям линии) не превышает долей процента. Величина реактив- . ной составляющей входного сопротивления 15 Хвх=Рв - ,1 твые или коаксиальные кабели, Величина нелинейности входных сопротивлений имеетпорядок где Рв - объемное сопротивление базы транзистора;1 - рабочая частота;т - частота единичного усиления транзистора, .имеет индуктивный характер и пренебрежимо мала во всем рабочем диапазонечастот.Введение дополнительных элементов исвязей позволяет повыситЬ точность преоб- .разования аналогового перемножителяза счет стабилизации и линеаризации еговходных сопротивлений по обоим входам, а 30также линеаризации и стабилизации коэф фициента передачи по первому. сигнальному входуСокращение в два раза числа входованалогового перемножителя позволяет использовать его в интегральных микросхемах средней и большой степени интеграции,где число выводов обычно ограничивает допустимый объем схемы.Входные постоянные потенциалы аналогового перемножителя по обоим входам. расположены на одном низкопотенциальном уровне, что обеспечивает удобство согласования с входными устройствами,45Формула изобретенияАналоговый, перемножитель, содержащий с первого по восьмой усилительные транзисторы, с первого по четвертый токо- задающие резисторы, блок динамической 50 нагрузки, эмиттеры первого и второго усилительных транзисторов соединены между собой, эмиттеры третьего и четвертого усилительных транзисторов соединены между собой, базы первого и четвертого усилительных транзисторов соединены между собой, базы второго и третьего усилительных транзисторов соединены между собой, коллекторы первого и третьего усилительных транзисторов подключены к первому входу блока динамической нагрузки, к второму: входу которого подключены коллекторы второго и четвертого усилительных транзисторов, коллектор и база пятого усилительного транзистора соединены с базой шестого усилительного транзистора, коллектор которого подключен к эмиттеру третьего усилительного транзистора, шина питания блока динамической нагрузки соединена с первой шиной питания аналогового пере- множителя, первой л второй выходными шинами которого являются первый и второй выходы блока динамической нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности перемножения за счет стабилизации входного сопротивления, в него введен дополнительный блок динамической нагрузки, первый и второй выходы которого подключены к базам соответственно первого и второго усилительных транзисторов, эмиттер первого усилительного транзистора соединен с первым выводом первого токоэадающего резистора, второй вывод которого через второй токоэадающий резистор подключен к коллектору пятого усилительного транзистора, первый вход дополнительного блока динамической нагрузки - с первым выводом третьего токозадающего резистора, второй вывод которого через четвертый токозадающий резистор подключен к коллектору и базе седьмого усилительного транзистора и к базе восьмого усилительного транзистора, коллектор которого соединен с вторым входом допол-, нительного блока динамической нагрузки, шина питания которого подключена к первой шине питания аналогового перемножителя, к второй шине питания которого подключены эмиттеры пятого - восьмого уси- лительных транзисторов, вторые выводы первого и третьего токозадающих резисторов являются соответственно входами первого и второго сигналов-сомножителей аналогового перемножителя.ул, Гагарина, 10 зводственно-издательский комбинат,"Патент", г. Уж Заказ 428. Тираж, Подписное ЙНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5