Примером четырехквадрантного перемножителя является ИС К140М.А1. Однако, если на один из входов подать такое постоянное смещение, чтобы сигналы на этом входе были всегда меньше этого смещения, такой перемножитель окажется смещенным.

Рис. 2.22. К определению четырехквадрантного (а) и смещенного [б) перемножителей

Операционный усилитель с регулируемым усилением (ОТА) в обычном включении (рис. 2.23а) является смещенным перемножителем. Однако если его включить, как показано на рис. 2.236, то он становится четырехквадрантным перемножителем.

Рис. 2.23. Схема включения ОТА (а ) и схема четырехквадрантного перемножителя на ОТА (б)

Таким образом, и специальные ИС перемножителей типа К140М.А1 и схемы ОТА могут работать как в четырехквадрантном, так и в смещенном режимах.

Далее рассмотрим структурные схемы, иллюстрирующие возможности применения перемножителей.

Регулируемый каскад. Операция перемножения осуществляется в регулируемых каскадах, например в системах АРУ радиоприемных устройств. Применение ИС перемножителей и ОТА в этом

случае выгодно тем, что, в отличие от обычных регулируемых каскадов, их входное сопротивление и динамический диапазон практически не зависят от регулирующего напряжения. В этом случае перемножитель работает в смещенном режиме, поэтому особенно выгодно применение ОТА.

Амплитудный модулятор. Если на вход X смещенного перемножителя (рис. 2.24а) подать несущее колебание t/ccosooc, а на вход У подать низкочастотное модулирующее колебание C/qcosQ и постоянное смещение, то сигнал на выходе будет представлять собой амплитудно-модулированное колебание. При этом, если максимальное значение Ua будет равно половине линейного участка по входу У, выражение для сигнала на выходе будет

2 = [/ (1 -f m cos й ) cos (0(. .

где т - отношение амплитуды сигнала на входе У к ее максимальному значению. Спектр выходного напряжения показан на рис. 2.246.

и

U(Q) а)

V(Q)

Рис. 2.24. Схема и спектр выходного колебания амплитудного модулятора

Рис. 2.25. Схема синхронного детектора AM сигна-

Балансный модулятор. Схема балансного модулятора отличается от схемы амплитудного модулятора только тем, что перемножитель работает в четырехквадрантном режиме.

В данном случае сбалансированные ИС перемножителей позволяют осуществить довольно большое подавление составляющих с частотой сос и Q.

Смеситель. Как указывалось в гл. I, смеситель, построенный на перемножителе, практически не содержит в выходном сигнале никаких составляющих, кроме суммарной и разностной, т. е. если л:== t/c cos (Ос/, а г/= f/pcos сог^ то

cos (©(.+©г)

COS(cur-COJ t.

2 s . . w , 2

В этих схемах полезным является отсутствие составляющих с частотой гетеродина не только на выходе, но и на входе, что обеспечивает малое паразитное излучение в антенну.

Детектор AM сигналов. Если на один вход перемножителя подать обе боковые или только одну боковую составляющую AM сигнала f/б cos(co±Q), а на другой вход -несущее колебание [/нсозш^, выделенное из входного сигнала, например с помощью ограничителя, то в результате перемножения на выходе получим

колебание низкой частоты (Q) и колебание частоты {2(o±Q). После фильтра нижних частот (рис. 2.25) получаем продетектирован-ное напряжение. Фактически схема на рис. 2.25 представляет собой синхронный детектор [15].

Квадратичный детектор. На рис. 2.26 приведена схема квадратичного детектора. На выходе такого детектора низкочастотные напряжения будут иметь частоту 2Q при частоте модулирующего колебания Q. Если вместо фильтра нижних частот включить фильтр верхних частот, то получим удвоитель частоты.

U(9I

Рис. 2.26. Схема квадратичного детектора

Рис. 2.27. Схема частотного детектора

Фазовый детектор. Если на один вход четырехквадрантного перемножителя подать фазомодулированное колебание, а на другой вход - несущее колебание, то, как легко показать, схема в сочетании с фильтром нижних частот будет работать как фазовый детектор. Подобные схемы щироко используются в системах с кольцом ФАПЧ.

Частотный детектор. Схема частотного детектора показана на рис. 2.27. На вход X подается частотно-модулированный сигнал, выделяемый на параллельном контуре. Фазовая характеристика контура вблизи резонанса описывается выражением

Ф = arctg Q /-f - - ) = arctg Д Д (2.27)

\ /о / / А/р

где Q - добротность контура; f-мгновенное значение частоты;

fo - резонансная частота; Д/р - полоса на уровне 0,7; Af=/- -/о I - девиация частоты.

Изменение частоты приводит к изменению фазового сдвига. Пусть напряжение на контуре будет

= L/sin(( /-b9J, (2.28)

где ф..-мгновенное изменение фазы, определяемое по (2.27). На вход Y подается напряжение через конденсаторы, т. е. с опережением на л/2.

На выходе будет действовать произведение

Ut = U:,s.m{(ut+(fJ)Vysm{(i>t-ni2). (2.29)

С учетом фильтра нижних частот получаем

С05ф .

(2.30)