Gilbert -kenno elektroniikassa on neljän neljänneksen analoginen kertojapiiri , jonka Barry Gilbert ehdotti vuonna 1968. Se on kolmen differentiaaliportaisen kertoimen ydin, jota on täydennetty tulojännitteiden virroiksi muuttavilla diodimuuntimilla (kaavioissa V1, V2) . Gilbert-solu, modifioidussa beeta-riippuvaisessa muodossa, toimii mikserinä tai balansoituna modulaattorina useimmissa nykyaikaisissa radioissa ja matkapuhelimissa [1] .
Toisin kuin aikaisemmissa jännitteillä toimivissa kerroinpiireissä , Gilbertin yksikkökenno toimii yksinomaan virroilla - tulokertoja ei aseteta jännitteillä , vaan virroilla, ja niiden tulos luetaan myös virran muodossa. Gilbertin järjestelmä oli ensimmäinen, joka kompensoi tavanomaisten kertoimien lämpötilapoikkeaman ja epälineaarisuuden; jo vuonna 1968 ensimmäiset teolliset mallit osoittivat alle 1 %:n kertolaskuvirheen käyttötaajuuksilla 500 MHz asti [2] . Ensimmäiset tarkkuusjänniteohjatut Gilbert-solukertojat (AD534) olivat 0,1 prosentin tarkkuudella kustannuksella, että kaistanleveys pieneni 1 MHz:iin [3] .
Neuvostoliiton kirjallisuudessa Gilbertin kaavion mukaisia kertoimia kutsuttiin kertojiksi virran normalisoinnilla [4] , virtaohjattujen virranjakajien kertoimilla [5] ; ensimmäinen Neuvostoliiton tällainen mikropiiri, 525PS1, julkistettiin vuonna 1979 [6] [4] . Nykyaikaisissa englanninkielisissä oppikirjoissa Gilbert-solun käsite on tulkittu laajasti ja virheellisesti siirretty hyvin tunnettuun "ennen Gilbertiä" -kertoimen ytimeen kolmessa differentiaalisessa vaiheessa [7] .
| Kolmivaiheinen jännitekerroin (Howard Jones, 1963). Moduloitu jännite johdetaan ylempien differentiaaliasteiden kansiin ja moduloiva jännite alempien differentiaaliportaiden kansiin. |
Yksinkertaistettu kaavio beeta-riippumattomasta Gilbert-solusta. Alkuperäinen, edistyneempi versio järjestelmästä, josta ei kuitenkaan tullut massaa |
Yksinkertaistettu kaavio beeta-riippuvaisesta Gilbert-solusta. Huolimatta teknisestä epätäydellisyydestä (riippuvuus virtavahvistuksesta), valmistettavuuden ja helppokäyttöisyyden ansiosta tämä versio meni massatuotantoon. |
1960-luvulla alkoi siirtyminen erillisistä transistoripiireistä monoliittisiin integroituihin piireihin (ICs). Kaikkien piirikomponenttien integrointi yhdelle sirulle mahdollisti sellaisten piirien toteuttamisen, jotka eivät olleet toimivia erillisessä suunnittelussa - mukaan lukien neljän neljänneksen kertojapiiri kolmella differentiaaliportaalla, joissa lähdöt ovat ristiin. Sen keksi vuonna 1963 Honeywellin Howard Jones (US-patentti 3241078) [7] . Tällaisia piirejä valmistettiin massatuotantona (esimerkiksi 526PS1 [8] ), mutta ne eivät sovellu massakäyttöön . Johtuen tulojännitteiden alhaisesta sallitusta tasosta, joka on verrattavissa operaatiovahvistimen nollabiasjännitteeseen [9] , se oli herkkä lämpötilan poikkeamille, vaati tarkan nollasäädön ja sen melutaso oli korkea [10] . Kerroin oli verrannollinen absoluuttisen lämpötilan neliöön [9] . Vuonna 1968 Tektronixin teknikko Barry Gilbert ehdotti ratkaisua - siirtymistä jännitteenohjauksesta virransäätöön :
Tämän tyyppisten kertoimien ongelmat voidaan useimmiten ratkaista käyttämällä tulojännitteiden virroiksi diodimuuntimia . Täysvirtakäyttöisestä piiristä tulee lineaarinen (ainakin teoreettisesti) ja käytännöllisesti katsoen lämpötilavaikutuksista riippumaton.
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Tämän tyyppisen kertoimen ongelma voidaan kuitenkin suurelta osin ratkaista käyttämällä diodeja perustulojen virta-jännite-muuntimina, jolloin piiri on täysin virtaohjattu, teoreettisesti lineaarinen ja olennaisesti vapaa lämpötilavaikutuksista [10] .Gilbert osoitti, että vaikka hänen piirinsä pysyi herkkänä yksittäisten transistorien parametrien epätasapainoille , sen käyttäytyminen oli vähän riippuvainen transistorien tyypillisestä vahvistuksesta ja niiden pn-liitosten ohmisesta resistanssista , jonka valmistusprosessi antoi [11] . Tässä mielessä ensimmäinen Gilbert-kennopiiri oli beeta-riippumaton [12] : tulodiodien (piirissä V1 ja V2) aiheuttama vääristymä kompensoi differentiaalivaihetransistoreiden aiheuttaman vääristymän [13] .
Käytännössä vääristymien kannalta onnistunut V1:n ja V2:n suuntaus osoittautui hankalaksi sekä tuotannossa että käytännön sovelluksissa [12] . Siksi kertoimensa toisessa versiossa Gilbert siirsi V1:n ja V2:n "ylöspäin" (positiiviselle tehokiskolle) - tämä yksinkertaisti sekä IC- topologiaa että sen sitoutumista todellisiin laitteisiin, koska nyt molempia tulokanavia ohjattiin virroilla samaan suuntaan [12] . Samanaikaisesti kohina, särö ja parametrien lämpötilaryömintä lisääntyivät ja riippuvuus virranvahvistuksesta kolminkertaistui (piiristä tuli beeta-riippuvainen ) [12] . Gilbert ja Tektronix patentoivat tämän järjestelmän vuonna 1972 (13. huhtikuuta 1970 päivätty etuoikeushakemus) [14] , ja sen perusteella suunniteltiin melkein kaikki sarjakertoimet (mukaan lukien massa Motorola MC1495 [15] ja sen Neuvostoliiton analoginen 525PS1 [4] ) — toiminnallisuus osoittautui tärkeämmäksi [12] . Koska nämä IC:t ovat toiminnallisesti yksinkertaisia, keskeneräisiä solmuja, niissä oli kolmekymmentä tai enemmän sisäistä komponenttia - esimerkiksi MC1495:ssä on kuusitoista aktiivista transistoria, neljä diodilla kytkettyä transistoria (mukaan lukien V1, V2) ja kymmenen kaksiarvovastusta [15] .
Virransäätö oli suuri haitta [16] , ja siksi monimutkaisempia IC:itä julkaistiin jännitteen ohjauksella ja tuloasteen stabiloinnilla (525PS2 - 27 aktiivista transistoria, 34 vastusta [17] ). Gilbert-piirin kehitystyönä oli universaali analoginen kertoja (UAPS, esimerkkinä AD633 [18] ), jossa lähtösignaalin takaisinkytkentäpiiriin lisättiin neljäs, ns. Z - diffcascade, joka kompensoi epälineaarisuutta. perussolusta. [19] .
Keskittyessään emitteriliitosten V1, V2 ja differentiaaliasteiden muodostamien suljettujen piirien ominaisuuksien analysointiin Gilbert päätyi translineaarisen piirin käsitteeseen ja johti translineaarisuuden periaatteeseen (julkaistu ensimmäisen kerran vuonna 1975 [21] ) [22] .
Useimmat nykyaikaiset englanninkieliset piiritekniikan oppikirjat (esim. Drentea [23] , Razavi [24] ) kutsuvat "Gilbert-solua" ei Gilbertin keksinnölle, vaan sitä edeltäneeksi Howard Jones -kertoimeksi, jota ei ohjata virroilla, vaan jännitteillä [ 7] . Gilbert itse huomautti toistuvasti tämän mielipiteen virheellisyydestä, mutta monen vuoden harhaluulo osoittautui vahvemmaksi [7] .