模拟乘法器的应用

2018-01-17张志敏

电子技术与软件工程 2017年23期

张志敏

摘要模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X和Y输入端口，作为应用于模拟计算机中的一个部件发展起来的。自从集成模拟乘法器问世，由于其技术性能的逐步改进，使它的应用早已超出模拟计算机的范围。它和运算放大器一样，是一种通用性很强的电子器件，目前被广泛地应用于信号处理，测量设备，通信工程和自动控制工程等科学技术领域，并起着日益增长的重要作用。所以，了解模拟乘法器及其应用应成为电子线路课程中的一个基本内容。为此，本文拟简明地介绍模拟乘法器的基本原理及其分类。

【关键词】模拟乘法器工作原理电路

1 模拟乘法器基本介绍

模拟乘法器是输出电压与两路输入电压之积成正比的有源网络。理想的乘法器具有无限大的输入阻抗及零输出阻抗，其标尺因子不随频率变化并且与电压的大小无关。如果理想的乘法器的任意一路输入电压为零时，则输出电压就为零。换句话说，它的失调、漂移和噪声电压均为零。

2 乘法器的基本参数

2.1 精度

指乘法器提供两个输入信号的准确乘积的能力。集成乘法器的精度一般在3%范围内。构成精度的因素有失调、增益和线性误差。前两项因素用户可在外部进行调整，而线性误差却是用户无能为力的。

2.2 漂移

用于测量输出对于温度变化的稳定性，它表示出每摄氏度的精度变化。

2.3 馈通

一个输入端接地、另一个输入端加有一特定峰一峰信号时输出的峰一峰电压量。它可以测量输入信号与输出端相接时的输出误差。

2.4 线性误差

输出电压与直线传递函数的最大偏离，它指示出乘法器精度的下限。

2.5 象限

象限表示器件是否能接收雙极信号。只能接收正信号的是一象限乘法器；只能接收个双极信一号的是二象限乘法器；能够接收两个双极信号的是四象限乘法器。

2.6 零调整

在一个或两个输人端接地情况下将输出电压调到零值的能力。

2.7 增益系数修整

将输出电压调到最正和最负（正负幅度相等）的能力。

3 模拟乘法器的工作原理

模拟乘法运算可以用多种方法来实现，有对数-反对数相乘法，四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、时间分割相乘法和变跨到相乘法等。各种乘法器电路各有其优缺点，其中，变跨导模拟乘法器便于集成化，内部元器件有较为一致的特性，因为具有较高的温度稳定性和运算精确度，且运算速度较高，它的-3dB频率可达10MHz以上，因此获得了广泛应用。

跨导型运算放大器（OTA）是一种新型的运算放大器，它与常规运放不同的是：具有一个以偏置电流注入形式出现的附加控制输入端，这使OTA的特性及应用更加灵活；另外，这种器件的输出不是常规运放中输出电阻趋于零的电压源，而是用具有极高输出电阻的电流源表示。

4 模拟乘法器的应用

利用模拟乘法器和运放相结合，再加上各种不同的外接电路，可以组成实现求平方、平方根、高次方和高次方根的运算电路。把模拟乘法器接在运放的反馈回路中，可以组成反函数型的除法运算电路。利用模拟乘法器还可以组成各种函数发生器，例如，作为电子模拟计算机的部件。在通信电路中，模拟乘法器还可用于振幅调制、混频、倍频、同步检波、鉴相、鉴频和自动增益控制等。

4.1 平方运算电路

如果模拟乘法器的两个输入端接同一个输入信号，就可以组成平方运算电路。

4.2 平方根运算电路

把平方运算电路接在运放的反馈回路中，可以构成反函数型的平方根运算电路。

4.3 均方根运算电路

信号电压的均方根值方映了它的能量和功率。均方根运算电路常用于信号电压和噪声电压的测量。一般的交流电压表只能测量正弦电压的有效值，而均方根运算电路则可测量任意波形的周期电压。

4.4 函数发生电路

函数发生电路的输出电压和输入电压之间具有以方程式、曲线或表格形式给出的函数关系。函数发生电路是重要的模拟运算电路，也是电子模拟计算机中的重要部件。

任意给定的函数可用项数有限的级数来近似表示，即

F（x0）=a0+a1x+a2x^2+……anx^n.

这样，函数关系就可用加、减、乘、除、求平方及平方根的运算电路来实现。

4.5 放大倍数可控的放大器