Los multiplicadores analógicos hacen cálculos multiplicando señales de entrada. Pueden dar una salida en corriente o tensión. Funcionan en los cuatro cuadrantes y toman señales de ambos lados. Hay diferentes técnicas para multiplicar analógicamente. La más usada son la transconductancia variable y la técnica log-antilog.
Lo importante para un multiplicador analógico es ser
preciso y manejar bien las señales. Su funcionamiento se mide por la linealidad, el rango dinámico y la respuesta ante ruido. A veces, en señales rápidas, puede haber errores.
Aspectos Clave
- Los multiplicadores analógicos son dispositivos versátiles que permiten realizar operaciones no lineales con señales analógicas.
- Existen diferentes técnicas de multiplicación analógica, como la transconductancia variable, la modulación por altura-ancho de pulsos y la técnica log-antilog.
- El desempeño de los multiplicadores analógicos se ve afectado por factores como la linealidad, el rango dinámico, el ruido y el desvío de voltaje.
- Los multiplicadores analógicos tienen diversas aplicaciones en el diseño de sistemas, como en computadoras analógicas, procesamiento de señales y control automático de ganancia.
- El diseño de multiplicadores analógicos presenta desafíos, especialmente a altas frecuencias, donde los problemas de faseo pueden ser complejos de abordar.
Introducción a los Multiplicadores Analógicos
Un multiplicador analógico hace una cantidad mayor al multiplicar tensiones o corrientes. Su funcionamiento depende de las cargas eléctricas en las entradas. Puede trabajar en dos cuadrantes o en cuatro cuadrantes.
Definición y Principio de Funcionamiento
Los multiplicadores analógicos hacen operaciones no lineales como multiplicación y división. Son muy usados en sistemas que manipulan señales de audio o video. Ayudan mucho en el diseño de aparatos tecnológicos.
Aplicaciones de los Multiplicadores Analógicos
Los multiplicadores analógicos se usan en computadoras analógicas y más. Ayudan a procesar señales, controlar ganancias y más. Hacen que los equipos funcionen mejor.
Técnicas de Multiplicación Analógica
Para la multiplicación analógica, se usan muchas técnicas. Algunas populares son la transconductancia variable, y la modulación por altura-ancho de pulsos. También es común emplear la técnica log-antilog.
Transconductancia Variable
La transconductancia variable se apoya en un dispositivo activo. Su ganancia cambia según una entrada, modificando la otra de forma proporcional. Los transistores de unión de silicio suelen usarse. Esto es gracias a la correlación entre la corriente de colector y la ganancia.
Modulación por Altura-Ancho de Pulsos
La modulación por altura-ancho de pulsos es otra técnica. En esta, una señal modula la altura o ancho de pulsos. La otra ajusta la amplitud. El resultado final se calcula promediando las señales moduladas.
Técnica Log-Antilog
Basada en propiedades logarítmicas, tenemos la técnica log-antilog. Se vale de diodos o transistores a modo de diodos. Así, logra linealizar la relación corriente-tensión, haciendo que la salida del multiplicador sea proporcional a las entradas.
Multiplicadores de Transconductancia
Un multiplicador de transconductancia es simple, pero efectivo. Usa una entrada para cambiar la ganancia de otro dispositivo. Así, lo que se amplifica es controlado por lo que llega primero. Los transistores de unión de silicio son comunes aquí. Permiten que una señal pequeña cambie eficazmente la amplificación.
Conceptos Básicos
Imagina un multiplicador simple de dos cuadrantes. Aquí, un número controla cuánto se amplifica otro. Aunque sea útil, tiene algunas desventajas. Por ejemplo, puede haber un error de 0.6 V. Además, la temperatura afecta su precisión. Y, la relación no es perfectamente lineal.
| Característica | Descripción |
|---|---|
| Multiplicador de Transconductancia | Tipo más simple de multiplicador analógico, que usa una entrada para regular la ganancia de un aparato activo |
| Transistores de Unión de Silicio | Componentes claves en los multiplicadores de transconductancia. Seleccionados por su capacidad de convertir pequeñas señales en grandes cambios |
| Multiplicador Simple de Dos Cuadrantes | Un caso concreto de multiplicador de transconductancia, donde un valor de entrada ajusta cómo se amplifica otra señal |
| Limitaciones | Posee un error base de 0.6 V y su precisión se ve afectada por la temperatura. Además, la relación entre entradas y salidas no es siempre lineal |
Circuito de Gilbert
El circuito de Gilbert es una solución simple. Ayuda con problemas de no linealidad y rango dinámico limitado. También arregla la dependencia de la temperatura. Usa las propiedades logarítmicas de diodos o transistores para cancelar la no linealidad exponencial de estos.
Así, logra una relación lineal entre las entradas y salidas. Es muy útil como multiplicador.
Principio de Operación
El circuito de Gilbert usa propiedades logarítmicas. Usando diodos o transistores como diodos, cancela la no linealidad de transistores. Esto crea una relación lineal entre las señales de entrada y salida del multiplicador.
Ventajas y Linealidad
El circuito de Gilbert brinda excelente linealidad. Además, ofrece independencia de la temperatura y gran ancho de banda. Por eso, es mucho mejor que el simple par diferencial. Permite cancelar la no linealidad exponencial, mejorando el rango dinámico.
Multiplicadores Analógicos en Tecnología MOS
Para hacer multiplicadores analógicos MOS en un chip, usamos distintas formas. Una de ellas es cambiar la celda de Gilbert MOS.
Antes se hacía con transistores bipolares. Ahora, se aprovecha del poder de los MOS.
Celda de Gilbert en MOS
La celda de Gilbert MOS es simple y efectiva. Resuelve problemas como no ser lineal y depender de la temperatura. Usa diodos o transistores como diodos. Así, anula la no linealidad exponencial. Con esto, se logra una relación directa entre lo que entra y sale del multiplicador.
Identidad Algebraica Cuadrática
Hay otra técnica basada en la identidad algebraica cuadrática. Se usa con la ley cuadrática de los MOS en saturación. Es una forma fácil de hacer multiplicadores analógicos MOS.
Técnica de Capacitores Conmutados
También se puede hacer multiplicadores analógicos MOS con la técnica de capacitores conmutados. Ayuda a hacer multiplicadores que usan poca energía. Además, ocupan poco espacio en el chip.
Multiplicadores Analógicos de Baja Potencia y Bajo Voltaje
Hay modelos de multiplicadores analógicos de baja potencia y de multiplicadores analógicos de bajo voltaje. Son perfectos para tareas con poco uso de energía, como las redes neuronales. Funcionan con señales de entrada que son diferentes, pero con un mismo voltaje.
La forma en que trabajan es interesante. Usan la automodulación del Vds de ciertos transistores. Estos transistores trabajan en su fase lineal.
| Característica | Descripción |
|---|---|
| Señales de entrada | Diferenciales con voltaje en modo común |
| Principio de operación | Automodulación del Vds de transistores en región lineal |
| Aplicaciones objetivo | Redes neuronales y otros sistemas de bajo consumo |
Estos multiplicadores analógicos son geniales. Son perfectos para hacer dispositivos que ahorren energía. Esto los vuelve apropiados para proyectos como las redes neuronales.
Multiplicadores CMOS en Modo de Corriente
Los multiplicadores analógicos tienen una variante llamada multiplicador CMOS en modo de corriente. Opera sin necesitar los parámetros de los dispositivos. Este circuito tiene partes de polarización y de entrada. Trabaja como un circuito cuadrático donde la corriente de offset de salida se cancela. Se cancela con la suma de la corriente que viene de la fuente a la terminal de salida.
Esta estructura sin depender de parámetros es ideal para diseñar multiplicadores CMOS. Estos son menos afectados por cambios de proceso, temperatura y voltaje. Por eso son una buena opción para multiplicadores en modo de corriente. Sobre todo en usos donde se necesita estabilidad y precisión.
| Características | Descripción |
|---|---|
| Diseño independiente de parámetros | El circuito funciona de manera estable sin depender críticamente de los parámetros de los dispositivos CMOS |
| Modo de operación en corriente | Utiliza señales de entrada y salida en modo de corriente para lograr mayor precisión y ancho de banda |
| Consumo de potencia reducido | Gracias a su diseño en modo de corriente, los multiplicadores CMOS pueden implementarse con un bajo consumo de potencia |
En conclusión, los multiplicadores CMOS en modo de corriente son muy útiles. Son una buena solución para aplicaciones que buscan multiplicación analógica precisa e independiente de parámetros. Gracias a su diseño, destacan entre los multiplicadores analógicos disponibles.
Estructuras Paralelas para Multiplicadores de Radiofrecuencia
Se usan estructuras paralelas de multiplicadores en radiofrecuencia. Estos sistemas tienen varios bloques de combinación. Juntan las señales en una sola para crear un multiplicador analógico. Así, se pueden hacer multiplicadores para frecuencias altas.
| Técnica | Ventajas | Desafíos |
|---|---|---|
| Estructuras paralelas para multiplicadores de radiofrecuencia |
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La clave está en cómo se unen los bloques de combinación. Así, los diseños de multiplicadores de radiofrecuencia son mejores. Tienen más ancho de banda, linealidad, y son más estables frente a cambios.
Consideraciones de Diseño y Desempeño
Lograr que los multiplicadores analógicos sean lineales es clave. También queremos un rango dinámico amplio. Pero esto es difícil por el ruido y el desvío de voltaje. Estos problemas pueden afectar mucho el funcionamiento. A frecuencias altas, los problemas de faseo también son difíciles.
Linealidad y Rango Dinámico
Los multiplicadores analógicos no son como los amplificadores regulares. Son más sensibles al ruido y al desvío de voltaje. Si estos errores crecen, pueden dañar cómo funcionan. Por eso, hacer multiplicadores buenos exige tecnologías especiales y tratamientos con láser.
Ruido y Desvío de Voltaje
Trabajar con señales rápidas tiene sus retos en los multiplicadores. El faseo se vuelve un problema. El acoplamiento capacitivo y otros efectos parásitos pueden distorsionar las señales. Esto hace difícil mantener buena la relación entre entrada y salida.
Problemas de Faseo a Altas Frecuencias
Trabajar con frecuencias altas, como en radiofrecuencia, es más difícil. Los multiplicadores se vuelven muy sensibles a los efectos parásitos. Y al acoplamiento capacitivo.
Multiplicadores Analógicos
Los multiplicadores analógicos son clave en muchos sistemas. Ayudan a hacer cosas no lineales, como rectificar y modular. También sirven para multiplicar y dividir señales analógicas.
Estos dispositivos multiplicadores son muy útiles. Cambian y mejoran circuitos multiplicadores en varios usos.
Aplicaciones Específicas de los Multiplicadores Analógicos
Los multiplicadores analógicos se usan mucho en sistemas especiales. Por ejemplo, en computadoras analógicas permiten hacer operaciones con números grandes. Se usan también en procesamiento de señales analógicas y control automático de ganancia. En conversores RMS y filtros analógicos son muy útiles.
Computadoras Analógicas
En las computadoras analógicas, son clave. Ayudan a hacer cuentas difíciles, como sacar raíces cuadradas.
Procesamiento de Señales Analógicas
Para el procesamiento de señales analógicas son muy importantes. Se usan en varios aparatos, desde radios hasta teléfonos. Hacen que las señales suenen mejor, sin convertirlas a digital primero.
Control Automático de Ganancia
Hay sistemas que necesitan control automático de ganancia. Aquí, los multiplicadores ayudan. Ajustan la fuerza del sonido o imagen automáticamente, para que sea perfecta.
Conversores RMS
En los conversores RMS son imprescindibles. Ayudan a saber el verdadero poder de un sonido o corriente eléctrica. No hace falta pasar la señal a digital antes de medirla bien.
Filtros Analógicos
En filtros analógicos, también son clave. Permiten que los filtros se adapten a lo que necesitamos. Así, podemos mejorar el sonido o la imagen de las cosas.
Conclusión
Los multiplicadores analógicos son clave en muchos sistemas electrónicos. Ayudan en hacer cálculos no lineales con señales de onda. Para usarlos, se pueden aplicar varias técnicas como la transconductancia, modulación de pulsos y log-antilog. Son útiles en diferentes áreas como en las computadoras, control automático y filtros.
El hacer el diseño de multiplicadores analógicos no es fácil. Se enfrentan a problemas con ruido y cambios en el voltaje. Tienen dificultades, especialmente con frecuencias altas. Para hacer multiplicadores buenos, a menudo se necesita usar tecnología avanzada y ajustes precisos.
A pesar de los obstáculos, los multiplicadores analógicos son muy importantes en varios campos. Van desde computadoras hasta sistemas de control. Sus habilidades para trabajar con señales directamente, los hacen valiosos. Son cruciales en el diseño de sistemas electrónicos modernos.
FAQ
¿Qué son los multiplicadores analógicos y cómo funcionan?
¿Cuáles son las principales técnicas de multiplicación analógica?
¿Cuáles son los factores clave que influyen en el desempeño de un multiplicador analógico?
¿Cómo se clasifican los multiplicadores analógicos según el rango de operación?
¿Cuáles son algunas de las aplicaciones de los multiplicadores analógicos?
¿Cómo funciona la técnica de transconductancia variable para la multiplicación analógica?
¿Cuáles son las ventajas del circuito de Gilbert (celda de Gilbert) para multiplicadores analógicos?
¿Cómo se implementan los multiplicadores analógicos en tecnología MOS?
¿Cuáles son algunas consideraciones de diseño importante para los multiplicadores analógicos?
Enlaces de origen
- https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/electronicos2/download/Apuntes/Teo5.1-MultiAnalogicos.pdf
- https://www.studocu.com/es/document/universidad-del-pais-vasco/electronica-de-circuitos/multiplicadores-analogicos/1231450
- https://es.slideshare.net/slideshow/amplificadores-multiplicadores/17489164