模擬乘法器的應用

張志敏

摘 要 模擬乘法器是對兩個模擬信號（電壓或電流）實現相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實現兩個互不相關信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口，即X和Y輸入端口，作為應用于模擬計算機中的一個部件發展起來的。自從集成模擬乘法器問世，由于其技術性能的逐步改進，使它的應用早已超出模擬計算機的范圍。它和運算放大器一樣，是一種通用性很強的電子器件，目前被廣泛地應用于信號處理，測量設備，通信工程和自動控制工程等科學技術領域，并起著日益增長的重要作用。所以，了解模擬乘法器及其應用應成為電子線路課程中的一個基本內容。為此，本文擬簡明地介紹模擬乘法器的基本原理及其分類。

【關鍵詞】模擬乘法器 工作原理 電路

1 模擬乘法器基本介紹

模擬乘法器是輸出電壓與兩路輸入電壓之積成正比的有源網絡。理想的乘法器具有無限大的輸入阻抗及零輸出阻抗，其標尺因子不隨頻率變化并且與電壓的大小無關。如果理想的乘法器的任意一路輸入電壓為零時，則輸出電壓就為零。換句話說，它的失調、漂移和噪聲電壓均為零。

2 乘法器的基本參數

2.1 精度

指乘法器提供兩個輸入信號的準確乘積的能力。集成乘法器的精度一般在3%范圍內。構成精度的因素有失調、增益和線性誤差。前兩項因素用戶可在外部進行調整，而線性誤差卻是用戶無能為力的。

2.2 漂移

用于測量輸出對于溫度變化的穩定性，它表示出每攝氏度的精度變化。

2.3 饋通

一個輸入端接地、另一個輸入端加有一特定峰一峰信號時輸出的峰一峰電壓量。它可以測量輸入信號與輸出端相接時的輸出誤差。

2.4 線性誤差

輸出電壓與直線傳遞函數的最大偏離，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極信號。只能接收正信號的是一象限乘法器；只能接收個雙極信一號的是二象限乘法器；能夠接收兩個雙極信號的是四象限乘法器。

2.6 零調整

在一個或兩個輸人端接地情況下將輸出電壓調到零值的能力。

2.7 增益系數修整

將輸出電壓調到最正和最負（正負幅度相等）的能力。

3 模擬乘法器的工作原理

模擬乘法運算可以用多種方法來實現，有對數-反對數相乘法，四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、時間分割相乘法和變跨到相乘法等。各種乘法器電路各有其優缺點，其中，變跨導模擬乘法器便于集成化，內部元器件有較為一致的特性，因為具有較高的溫度穩定性和運算精確度，且運算速度較高，它的-3dB頻率可達10MHz以上，因此獲得了廣泛應用。

跨導型運算放大器（OTA）是一種新型的運算放大器，它與常規運放不同的是：具有一個以偏置電流注入形式出現的附加控制輸入端，這使OTA的特性及應用更加靈活；另外，這種器件的輸出不是常規運放中輸出電阻趨于零的電壓源，而是用具有極高輸出電阻的電流源表示。

4 模擬乘法器的應用

利用模擬乘法器和運放相結合，再加上各種不同的外接電路，可以組成實現求平方、平方根、高次方和高次方根的運算電路。把模擬乘法器接在運放的反饋回路中，可以組成反函數型的除法運算電路。利用模擬乘法器還可以組成各種函數發生器，例如，作為電子模擬計算機的部件。在通信電路中，模擬乘法器還可用于振幅調制、混頻、倍頻、同步檢波、鑒相、鑒頻和自動增益控制等。

4.1 平方運算電路

如果模擬乘法器的兩個輸入端接同一個輸入信號，就可以組成平方運算電路。

4.2 平方根運算電路

把平方運算電路接在運放的反饋回路中，可以構成反函數型的平方根運算電路。

4.3 均方根運算電路

信號電壓的均方根值方映了它的能量和功率。均方根運算電路常用于信號電壓和噪聲電壓的測量。一般的交流電壓表只能測量正弦電壓的有效值，而均方根運算電路則可測量任意波形的周期電壓。

4.4 函數發生電路

函數發生電路的輸出電壓和輸入電壓之間具有以方程式、曲線或表格形式給出的函數關系。函數發生電路是重要的模擬運算電路，也是電子模擬計算機中的重要部件。

任意給定的函數可用項數有限的級數來近似表示，即

F（x0）=a0+a1x+a2x^2+……anx^n.

這樣，函數關系就可用加、減、乘、除、求平方及平方根的運算電路來實現。

4.5 放大倍數可控的放大器

如果使模擬乘法器的一個輸入端接輸入信號電壓，另一個輸入端接電流控制電壓，則乘法器輸出電壓與輸入電壓之間的放大倍數與支流控制電壓的大小成正比。當直流控制電壓可調時，就形成可控增益放大器。它可用在通信接收機中，實現自動增益控制。

4.6 電功率測量器

如果使模擬乘法器的兩個輸入電壓分別與被測電路的電壓和電流成正比，則乘法器的輸出電壓與待測電路的功率成正比。

參考文獻

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作者單位

中北大學朔州校區 山西省朔州市 036000endprint