komórka Gilberta
W elektronice ogniwo Gilberta jest rodzajem miksera częstotliwości . Generuje sygnały wyjściowe, które są proporcjonalne do iloczynu dwóch sygnałów wejściowych. Takie obwody są szeroko stosowane do konwersji częstotliwości w radiowych . Zaletą tego obwodu jest to, że prąd wyjściowy jest dokładnym pomnożeniem (różnicowych) prądów bazowych obu wejść. Jako mikser, jego zrównoważone działanie eliminuje wiele niepożądanych produktów mieszania , co skutkuje „czystszym” wyjściem.
Jest to uogólniony przypadek wczesnego obwodu użytego po raz pierwszy przez Howarda Jonesa w 1963 r., wynalezionego niezależnie i znacznie ulepszonego przez Barrie Gilberta w 1967 r. W rzeczywistości jest to konkretny przykład projektowania „translinearnego”, podejścia w trybie prądowym do projektowania obwodów analogowych . Specyficzną właściwością tego ogniwa jest to, że różnicowy prąd wyjściowy jest precyzyjnym iloczynem algebraicznym jego dwóch różnicowych analogowych wejść prądowych.
Funkcjonować
|
|
|
|---|---|---|
| Howarda Jonesa, 1963 | Gilbert, 1968 (niezależny od wersji beta) | Gilbert, później (zależny od wersji beta) |
W tej topologii różnica między komórką Jonesa a mnożnikiem transliniowym jest niewielka. W obu postaciach dwa wzmacniacza różnicowego tworzą pary tranzystorów sprzężonych z emiterem (Q1/Q4, Q3/Q5), których wyjścia są połączone (sumowanie prądów) z przeciwległymi fazami. Złącza emiterowe tych stopni wzmacniacza są zasilane przez kolektory trzeciej pary różnicowej (Q2/Q6). Prądy wyjściowe Q2/Q6 stają się prądami emiterowymi dla wzmacniaczy różnicowych. W uproszczeniu prąd wyjściowy pojedynczego tranzystora jest określony wzorem i c = g m v be . Jego transkonduktancja g m wynosi (przy T = 300 K ) około g m = 40 I C . Połączenie tych równań daje i c = 40 I C v be,lo . Jednak I C jest tutaj podane przez v be,rf g m,rf . Stąd i c = 40 v be,lo v be,rf g m,rf , co jest iloczynem v be,lo i v be,rf . Połączenie dwóch różnicowych stopni wyjściowych prądów daje działanie czterokwadrantowe.
Jednak w ogniwach wynalezionych przez Gilberta, pokazanych na tych rysunkach, [ wymagane wyjaśnienie ] są jeszcze dwie dodatkowe diody. Jest to zasadnicza różnica, ponieważ generują one logarytm powiązanego różnicowego (X) prądu wejściowego w taki sposób, że wykładnicza charakterystyka kolejnych tranzystorów daje w wyniku idealnie idealne pomnożenie tych prądów wejściowych przez pozostałą parę (Y) prądy. wymagany jest wzmacniacz sterowany napięciem (VCA) o niskim poziomie zniekształceń . Ta topologia jest rzadko używana w aplikacjach miksera/modulatora RF z różnych powodów, jednym z nich jest to, że przewaga liniowości górnego linearyzowanego kaskodu jest minimalna ze względu na sygnały sterujące falą zbliżoną do kwadratu do tych baz. Przy bardzo wysokich częstotliwościach jest mniej prawdopodobne, że napęd będzie falą prostokątną o szybkim zboczu, gdy linearyzacja może przynieść pewne korzyści.
Obecnie podobne funkcjonalnie obwody można konstruować przy użyciu komórek CMOS lub BiCMOS.
Zobacz też
- NE612 , oscylator i mikser.
- ^ Allen A. Sweet, Projektowanie układów scalonych z tranzystorem bipolarnym o częstotliwości radiowej , Artech House, 2007, ISBN 1596931280 strona 205
- ^ Jones, Howard E., „Dwuwyjściowy detektor synchroniczny wykorzystujący tranzystorowe wzmacniacze różnicowe” , patent USA 3241078A (złożony: 18 czerwca 1963; wydany: 15 marca 1966)
- ^ Gilbert, B. (grudzień 1968). „Precyzyjny czterokwadrantowy mnożnik z odpowiedzią poniżej nanosekundy” (PDF) . IEEE Journal of Solid-State Circuits . SC-3 (4): 353–365. doi : 10.1109/JSSC.1968.1049924 . S2CID 6584426 . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 18.02.2020 r.