Перемножитель аналоговых сигналов AD835 и его применение

Эта микросхема аппаратно реализует функцию перемножения значений напряжения, поданных на её входы. Для переменного тока она перемножает мгновенные значения входных сигналов, с учетом их знака.

s(t) := x(t) * y(t)

где:
x(t) и y(t) — входные сигналы
s(t) — выходной сигнал



Чтобы не возиться с изготовлением платы, заказал на Али готовый модуль с AD835. Раньше он стоил дешевле, чем на скриншоте.
https://aliexpress.ru/item/1005011781427285.html


На плате еще установлен операционный усилитель к выходу AD835, видимо для работы со слабыми сигналами.


В текущих экспериментах операционник не нужен, поэтому лучше было бы приобрести другую плату, содержащую только AD835. Но когда покупал, на глаза не попалась.
https://aliexpress.ru/item/1005005099169178.html


Диапазон входных сигналов AD835: до 1v
Диапазон рабочих частот: от DC до 250 МГц
Входное сопротивление на разъемах платы приведено к 50 Ом.
Микросхема AD835 питается от двухполярного источника +5v и — 5v.


Для питания использовал плату DC-DC преобразователя на ± 5v выходного напряжения. Эти преобразователи давно применяю в разных конструкциях, работают отлично.
https://aliexpress.ru/item/1005008910520917.html


Ток потребления от ЛБП 4v составляет около 70 мА.

Далее рассмотрим как можно применять аналоговый перемножитель.

Удвоитель частоты

Если сигнал определенной частоты подать на оба входа аналогового перемножителя, на выходе получим синусоиду удвоенной частоты. Правда она содержит постоянную составляющую, но это легко устраняется с помощью разделительного конденсатора.


Здесь и далее снизу входной сигнал, а сверху — сигнал на выходе перемножителя.


Проверяем экспериментально — результат тот же самый. Амплитуда выходного сигнала значительно меньше чем входных, вот тут бы пригодился операционник, установленный на плате.


В таком режиме микросхему можно применять когда например есть качественный термостатированный генератор 5 МГц, а какой-нибудь прибор требует опору 10 МГц. Или для получения удвоенной частоты гетеродина в радиосвязной аппаратуре.

Активный смеситель (преобразователь частоты)

Задача частотного смесителя — получить сумму или разность частот сигналов, поданных на его входы. Данная микросхема хорошо справляется с этой задачей. Ниже спектрограмма реальной работы AD835. На входы идут сигналы с частотой F1 8 МГц и F2 12 МГц от пары ВЧ генераторов.


На спектроанализаторе наблюдаем разностную частоту |F1-F2| и суммарную частоту F1+F2, которые можно впоследствии отфильтровать.


В отличие от многих других частотных смесителей, AD835 полноценно работает начиная от постоянного тока. Эта особенность может понадобиться например при создании измерительных приборов.
А вот в качестве входного смесителя для радиоприемника, микросхема не подходит. По спектрограмме видно, что у неё великоват уровень собственных шумов. Но это совершенно не мешает ей работать с сигналами уровня десятков милливольт и более.

Высококачественный амплитудный модулятор

Если просто подать несущую частоту wo и модулирующий сигнал x(t) на входы перемножителя, АМ сигнал мы не получим. Это показано на мат. модели, и на осциллограмме в практическом эксперименте:




Для получения АМ сигнала необходимо приподнять модулирующий сигнал x(t) над нулевой линией. То есть добавить к нему постоянную составляющую, согласно формуле амплитудной модуляции:


где:
x(t) — модулирующий сигнал (низкочастотный)
M — коэффициент модуляции (от 0 до 1)
w0*t — несущая частота

Аппаратно это проще всего сделать с помощью сумматора на операционном усилителе. Здесь U2 — модулирующий сигнал x(t), а U1 — добавляемая к нему постоянная составляющая. Так как сумматор инвертирующий, поэтому добавлять будем отрицательное напряжение. Хотя можно было и положительное, разницы нету. Просто в этом случае x(t) не поднимется, а опустится ниже нулевой линии. Для модулятора знак постоянной составляющей не имеет значения.


Осциллограмма AM сигнала, полученного на выходе AD835 в реальном эксперименте. Красной линией выделена огибающая высокочастотной несущей, которая полностью соответствует исходному модулирующему сигналу.


АМ сигнал на анализаторе спектра. Несущая частота 12 МГц, модулирующий сигнал — синус 3 кГц.


Посмотрим АМ модуляцию сигналом треугольной формы.


Для оценки качества модуляции, подаем прямоугольный сигнал всё той же частоты 3 кГц. Как видим на осциллограмме, импульная характеристика выглядит очень хорошо.


Проверить линейность АМ модулятора можно с помощью простой схемы. Для этого осциллограф переводим в режим X-Y. На горизонтальный вход X подаем модулирующий сигнал. А на вход вертикального отклогнения Y идет сигнал с выхода модулятора:


На получившейся осциллограмме наблюдаем наклонные границы области модуляции, которые должны быть максимально близки к прямой линии. Это показатель высокого качества модуляции, способной передать низкочастотный сигнал с минимумом искажений.


Модулятор можно использовать для оживления ретро радиоприемников, без вмешательства в их конструкцию, что очень важно для коллекционеров. Ну и для других радиолюбительских интересов.

Область применения аналогового перемножителя не исчерпывается приведенными примерами. Он может умножать сигналы пропорциональные напряжению и току в нагрузке, на выходе будет мощность. На базе умножителя можно построить и другие виды радиочастотных модуляторов и демодуляторов, приборы для точного измерения RMS в цепях переменного тока. Или сделать компрессор аудио сигнала, улучшающий его энергетику и разборчивость при передаче по радиоканалу.