На базовой ячейке Б.Джильберта

Упрощенная схема такого АП с резистивной нагрузкой приведена на рис. П1.1. Она взята из каталога " Data", который имеется в последних версиях программного пакета Micro-Cap и содержит ряд практических устройств.

Рис. П1.1

Здесь биполярные транзисторы Q₃− Q₆ и Q₂− Q₄ образуют транзисторный квартет, который в технической литературе принято называть базовой ячейкой Б.Джильберта. Генератор V1 выполняет функцию первого источника сигнала, а генератор V2− второго источника сигнала. Карта распределения постоянных напряжений и токов в этой схеме, измеренная с помощью подпрограммы " Dynamic DC", показана на рис. П1.2.

а) карта постоянных напряжений;

б) карта постоянных токов

Рис. П1.2

Ранее нами было показано, что такой АП является четырёх- квадрантным и режим аналогового перемножения двух сигналов с малой пргрешностью наблюдается только при небольших максимальных значениях перемножаемых сигналов (не более 40 мВ). Это нетрудно подтвер-дить, если в схеме АП на рис. П1.1 генераторы переменного напряжения V1 и V2 заменить на источники постоянного напряжения и провести функциональный анализ модернизированной схемы, которая изображена на рис.П1.3, с помощью подпрограммы " DC". Примем, что эти напряжения изменяются в пределах +100 мВ ÷ − 100 мВ с шагом 20 мВ.

Рис. П1.3

Результат перемножения двух постоянных напряжений, а именно семейство зависимостей напряжения на симметричном выходе АП V(V02, V01) от напряжения V(V2) показано на рис. П1.4а. Здесь же приведено семейство производных этих зависимостей, которые позволяют оценить погрешность перемножения, которую можно достигнуть в такой схеме АП (см. рис. П1.4б).

а)

б)

Рис. П1.4

Для увеличения максимального значения напряжения V1 необходи-мо подключить к транзисторному квартету дополнительное устройство - схему предысказителя. Для сравнения на рис.П1.6 приведены аналогичные веерные характеристики, рассчитанные для идеального АП с помощью подпрограммы DC программного пакета Micro-CAP 10 demo. В качестве идеального АП был использован макрос типа Mul (см. рис. П1.5).

Рис. П1.5

Как видим, в этом случае ограничения веерных характеристик не наступает.

Рис. П1.6

Теперь проведём анализ формы и амплитудного спектра колебания на выходе АП, схема которого изображена на рис. П1.1, при подаче на его вход сигналов различного типа.

Пусть входные сигналы представляют собой гармонические колеба-ния с несильно различающимися частотами (например, f₁=1, 5мГц, f₂=2мГц), амплитуды которых не превышают 30 мВ. На рис. П1.7 приведены временные диаграммы входных колебаний и выходного напряжения на симметричном выходе АП, а также форма амплитудного спектра выходного колебания.

Рис. П1.7

Как и следовало ожидать, в амплитудном спектре содержатся только два колебания: с суммарной и разностной частотами.

Результаты, приведенные на рис. П1.8, отличаются от результатов, полученных в предыдущем варианте тем, что выходное колебание имеет характерную форму, которая получается при перемножении двух гармонических сигналов, если их частоты сильно различаются (например, f₁=0, 2 МГц, f₂=2МГц). В этом случае при перемножении наблюдаются биения выходных сигналов, имеющих достаточно близкие частоты, а именно 1.8 и 2.2 МГц.

Рис. П1.8

Рассмотрим ещё один пример. Пусть первое колебание V₁ имеет форму типа меандр (для определенности его период повторения Т_м равен 0, 5 мкс, амплитуда U_1m = 10мв), а второе колебание V₂ представляет собой гармоническое колебание с частотой f₂ = 200кГц и амплитудой U_2m = 10мв. Результат их перемножения и амплитудный спектр выходного колебания V(V01, V02) показаны на рис.П1.9. Характер последнего определяется тем, что собственный спектр колебания типа меандр представляет собой сумму нечетных гармоник: f _м, 3 f _м, 5 f _м, 7 f _м.

Рис. П1.9

В заключение данного параграфа следует подчеркнуть, что на практике возникают определенные сложности использования АП с базовой ячейкой Б.Джильберта в интегральном исполнении, так как необходимо дополнить такой АП устройствами, которые должны реализовывать переход от несимметричного входа к симметричному выходу и наоборот. Пример выполнения АП рассматриваемого типа с дополнительными драйверами показан на рис. П1.10.

Предполагается, что такой АП используется в интегральном преобразователе частоты с отдельным гетеродином. В дополнительных драйверах эффективно применены дифференциальные усилители, каскады с общим коллектором (ЭП) и общей базой (ОБ), а также биполярные транзисторы n-р-n типа.

Низкоомные входные импедансы усилительных каскадов с ОБ и низкомный выходной импеданс усилительного каскада с ОК (ЭП) позволяют осуществить эффективное 50-омное согласование такого ПЧ по его входам и выходу.

Рис.П1.10