Нелинейные преобразователи сигналов

Назначение и принципы построения

Нелинейных преобразователей сигналов

В настоящем разделе рассматриваются нелинейные преобразователи с входными и выходными сигналами, представленными в виде напряжений. Напомним, что в общем случае сигнал может представлять собой также изменение тока, частоты, периода, скважности импульсного сигнала, параметра электрической цепи (сопротивление, емкость, индуктивность) и т. д.

Нелинейные преобразователи чаще всего применяют для выполнения математических операций над сигналами. К ним, например, относятся:

─ усилители с коэффициентом усиления, зависящим от знака;

─ логарифмические усилители;

─ ограничители сигналов;

─ амплитудные детекторы;

─ устройства для реализации математических функций (возведение в степень, извлечение корней, формирование модуля, вычисление тригонометрических функций и пр.);

─ аналоговые умножители и делители.

Общим принципом нелинейного преобразования является использование нелинейностей вольтамперных характеристик компонентов, нередко в сочетании с полупроводниковыми ключами.

Формирование нелинейной передаточной характеристики преобразователя (зависимости выходного напряжения от входного) может осуществляться:

─ за счет использования естественной нелинейности элемента;

─ за счет аппроксимации требуемой характеристики ломаной линией, каждый отрезок которой формируется отдельной диодно-резисторной цепью; излом характеристики наступает, когда диод отпирается или запирается входным сигналом.

В более сложных случаях нелинейное преобразование может выполняться с использованием регулируемых импульсных последовательностей. Так, например, умножение может быть реализовано путем формирования импульсов с постоянной частотой F, амплитуда U _m которых пропорционально одному сомножителю, а длительность τ_и – другому. Выделяя среднее значение импульсного сигнала при помощи ФНЧ, получаем постоянное напряжение, равное U _mτ_и F, т.е., пропорциональное произведению.

Аналогичным образом можно выполнить аналоговое деление сигналов, если амплитуда импульсов пропорциональна делимому, период – делителю, а длительность постоянна.