1.3. Multiplicatoare de tensiune

Tehnici de implementare:

a)Multiplicatoare – divizoare cu rezistenţe MOS comandate în tensiuneUn semnal de tip produs poate fi obţinut din tensiunea de dezechilibru a unei punţi de

rezistenţe controlate de tensiunile de intrare.Majoritatea rezistenţelor comandate în tensiune au controlul neliniar,dar funcţionarea întregului circuit poate fi liniarizată prin folosirea reacţiei negative.Circuitul din Figura 2.1.4 ilustrează această tehnică: tranzistoarele MOS lucrează în regiunea liniară,fiind echivalente cu rezistenţe drenă-sursă comandate în tensiunile grilă-sursă; într-o primă aproximaţie rDS = f (VGS),independent de tensiunea VDS.

Figura 2.1.4 Multiplicator analogic cu T-MOS funcţionând ca rezistenţe comandate în tensiune

Expresia tensiunii de ieşire este următoarea:

(2.1.3)

b)Multiplicatoare cu lege pătratică si aproximaţii liniareAceastă tehnică se bazează pe relaţia algebrică:

(2.1.4)şi pe posibilitatea realizării unei funcţii pătratice vout=(VIn)2 prin aproximări liniare,de exemplu folosind o reţea de diode cu praguri de deschidere diferite.Prin această tehnică se pot realiza multiplicatoare în patru cadrane, cu liniaritate bună într-un domeniu de frecvenţă larg.Dezavantajele metodei sunt legate de numărul mare de circuite necesare: probleme de compensare a erorilor statice şi variaţiilor termice ,preţ de cost.Există alternative mai eficiente de implementare a acestui tip de multiplicatoare,bazate pe caracteristica pătratică a tranzistoarelor MOS în regiunea de saturaţie.

c)Multiplicatoare bazate pe tehnici de modularePornindu-se de la un semnal periodic de referinţă,numit purtătoare, se poate obţine un

semnal modulat cu parametrii de modulaţie controlaţi de tensiunile vx si vy de la intrarea

1

multiplicatorului.Prin prelucrarea semnalului modulat - de obicei simplă mediere în timp- rezultă semnalul de ieşire de tip produs.

Valoarea medie a unui tren de impulsuri dreptunghiulare este dată de factorul de umplere T1/T si de amplitudinea A.Dacă T1/T este proporţional cu vx (lucru realizat în blocul de modulare PWM),iar amplitudinea este proporţională cu vy (lucru realizat print-un simplu amplificator) valoarea medie (obţinută prin trecerea trenului de impulsuri printr-un filtru trece jos) va fi proporţională cu produsul vx*vy.

Expresia tensiunii de ieşire va fi:

(2.1.6)

Figura 2.1.5 Multiplicator bazat pe modularea impulsurilor drepunghiulare :vx controlează factorul de umplere iar vy amplitudinea

Această metodă permite obţinerea unei precizii foarte bune,dar frecvenţa maximă de lucru trebuie menţinută mult sub cea a semnalului periodic de referinţă (purtătoare) , pentru a permite eliminarea prin filtrare a purtătoarei din spectrul semnalului de ieşire.

d)Multiplicatoare logaritmice

După aplicarea operaţiei de logaritmare, multiplicare şi divizarea semnalelor se reduce la simpla adunare,respectiv scădere a logaritmilor. Revenirea din domeniul logaritmic se poate face prin funcţia inversă logaritmării: funcţia exponenţială.Principiul este ilustrat in schema bloc de mai jos.

2

Figura 2.1.6 Schema bloc a unui multiplicator-divizor logaritmic

Expresia tensiunii de ieşire rezultă imediat:

(2.1.7)

e)Multiplicatoare cu transconductanţă variabilă

Acest tip de multiplicator se bazeză pe dependenţa liniară a transconductanţei unui trazistor bipolar de curentul de polarizare. Una dintre intrările multiplicatorului va comanda curentul de polarizare iC,iar cealaltă factorul vBE . [2]

Multiplicatoare de curent

Circuitele cu mod de lucru s-au dovedit a fi foarte eficiente în anumite domenii care necesită tensiuni reduse de alimentare şi frecvenţe de lucru ridicate.Procesările de curenţi oferă avantaje deosebite faţă de procesările de tensiune,astfel putându-se efectua simplu şi eficient anumite funcţii şi operaţii liniare sau neliniare.Aceste procesări de curent permit reducerea tensiunilor de alimentare şi mărirea frecvenţelor de procesare,prin reducerea nivelelor interne de tensiune şi a impedanţelor în nodurile interne ale circuitelor.

Prelucrările de curenţi sunt avantajoase şi în cazul în care curentul are ca sursă un traductor de curent.În cazul în care semnalul de ieşire al unui senzor este curentul,atunci se va alege curentul semnal electric de intrare al amplificatorului sau al circuitului de procesare.Nodurile interne ale circuitelor în mod de curent au impedanţă redusă,deci permit nivele şi variaţii reduse de tensiune.Aceste circuite funţionează cu tensiuni mici de alimentare. Datorită constantelor mici de timp şi a încărcării şi descărcării a condensatoarelor interne la tensiuni reduse,viteza semnalelor prelucrate şi banda de frecvenţă se pot extinde destul de mult. Există numeroase circuite şi sisteme în mod de curent integrate,atât în structurile tradiţionale(bazate pe module universal liniare),cât şi în tehnicile noi VLSI(bazate pe reţele de celule simple,neliniare).Blocuri liniare universale,cum sunt oglinzile de curent, amplificatoarele, conveioarele de curent, amplificatoarele operaţioanle transconductanţă(OTA), transrezistoarele sau transconductoarele sunt doar câteva exemple care oferă o bună performanţă în proiectările LV/LP şi permit controlul automat al principalilor parametri funcţionali. Folosind noi concepţii de proiectare, la nivel de tranzistor, bazate pe principiul transliniar, au fost dezvoltate circuite transliniare statice şi dinamice pentru procesarea semnalelor analogice. [4]

Tehnici de implementare a multiplicatoarelor de curent:

3

a)Multiplicator de curent bazat pe tehnologia tranzistorului CMOS [9],[6]

Figura 2.1.7 Multiplicator de curent CMOS în patru cadrane

Expresia curentului de ieşire este:

(2.1.8)unde:

(2.1.9)

(2.1.10)de unde rezultă Iout ca fiind:

(2.1.11)Structura blocului de curent din Figura 2.1.7 este:

4

Figura 2.1.8 Structură bloc de curent

b)Multiplicator de curent bazat pe CCCDTA (current-controlled current-differencing transonductance amplifiers) [7]

Figura 2.1.9 Multiplicator de curent bazat pe CCCDTA

Expresia curentului de ieşire este:

(2.1.12)

c)Multiplicator de curent realizat folosind tranzistorul FGMOS (cu grilă flotantă MOS) [8]

5