Интегральные перемножители и их параметры

Современные ПН, выполненные по интегральной технологии (К525ПС1, К525ПС2, К526ПС3) реализуют метод переменной крутизны. В отличии от первых отечественных ПН (К140МА1 и К526ПС1) ПН К525ПС1 обладает лучшей линей-ностью и точностью перемножения (1%), имеет более высокую температурную стабильность, и более широкий диапазон выходного напряжения (В). В нем предусмотрена возможность регулировки масштабного коэффициента.

В упрощенной схеме ПН К525ПС1, приведенной на рис. 6.6, показаны три основных узла: узел умножения на транзисторах VT5-VT8, логарифмический преобразователь напряжения Ux в ток на транзисторах VT1, VT2 и диодах VD1,VD2 и линейный преобразователь напряжения Uу­ в ток на транзисторах VT3, VT4.

В схеме на рис. 6.6 резисторы Rx, Ry , R1 и Rн являются внешними для К525ПС1. Токи I1 = I2 и I3 = I4 задаются резисторами R7 и R8 (рис. 6.7), подключаемых соответственно к выводам 3 и 13. При этом I1=I2 = I3 , а I13 = I3 = I4 и, как правило, . В этом случае , где . Сопротивления Rx и Ry выбирают так, чтобы при максимальных входных напряжениях нелинейные искажения в схеме были минимальны. Для этого необходимо выполнение неравенства U x max < I13 Rx , U y max < I3 Ry­. Если U x max = U y max = 10В и I3 = =I13 , то .

Токи I3 и I13 должны быть как можно меньше, чтобы свести к минимуму рассеяние мощности в умножителе. Если однако ток I3 очень мал, то трудно получить требуемую величину КП. Обычно I3 = 0,1...2 мА. Если, например, I3 = 1 мА, то 10 кОм. Однако, это значение Rx только гарантирует, что входной сигнал 10В не вызовет отключение входных усилителей. Для избежания же нелинейных искажений необходимо сопротивления Rx и Ry увеличить примерно на 50%, т.е. взять равными 15 кОм. Если КП = 0,1, то кОм.

Необходимые напряжения питания выбираются из следующих соображений. Для максимально допустимого входного сигнала В минимальное значение напряжения в точке подключения диодов VD1, VD2 (рис. 6.6) U1=12 В, а с запасом

U1=13,5В. Положительное напряжение питания × ×, где увеличение напряжения на 2В обеспечивает запас на нестабильность напряжения . Сопротивление R1=()/2I3кОм. Отрицательное напряжение питания выбирается так, чтобы при максимальном положительном входном напряжении разность потенциалов между входом и шиной не превышала максимально допустимую величину 30В. Кроме того, должно быть по меньшей мере на 2 В ниже отрицательного входного напряжения - 10 В. Поэтому выбирается = - 15 В.

Токи I3 и I13 задается резисторами R7 и R8, где кОм. При I3 = 1 мА, R7 = R8 = 13,75 кОм. Если выводы 3 и 13 объединены, то достаточно одного резистора с сопротивлением 6,8 кОм.

Параметры микросхемПН во многом аналогичны параметрам ОУ, за исключением некоторых статических и динамических характеристик. Рассмотрим эти характеристики.

Погрешность перемножения – это максимальная разность между практическими и теоретическими значениями выходного напряжения, приведенное к предельному значению этого напряжения в пределах рабочего диапазона перемножителя, предварительно настроенного на минимальную погрешность. Настройка заключается во взаимном уравновешивании статических составляющих погрешности перемножения, включающих в себя смещение по входам X и Y (разбаланс входных каскадов), смещения на выходе (разбаланс выходного каскада) и погрешность масштабного коэффициента КП.

Погрешность перемножения в %

(6.11)

где U вых. р, U вых. и – выходные напряжения реального и идеального ПН. Для К525ПС1 , т.е. при U вых. max = 10В .

Основной составляющей погрешности перемножения является нелинейность перемножения по входу X (или Y) Nx (Ny). Для определения, например, Nx к выходу ПН подключается вычитающее устройство, второй вход которого соединяется с входом X (или Y). Так как входной и выходной сигналы ПН (при постоянном напряжении на втором выходе Uy max) должны иметь одинаковую форму, то на выходе вычитающего устройства выделяется разностное напряжение Uвых, характеризующее нелинейность устройства по входу X. Количественно нелинейность перемножения оценивается из соотношения

. (6.12)

Если на один вход идеального ПН подается конечное напряжение, а напряжение на втором входе равно нулю, то Uвых = 0. Однако в реальном ПН и его значение определяет остаточное напряжение Uост х или Uост у. Для К525ПС1 Uост х = 50 мВ и Uост у = 100 мВ.

Полоса пропускания ПН измеряется при максимальном постоянном сигнале на одном входе и 10%-ом от этого сигнала синусоидальном напряжении на другом. Полоса пропускания определяется на уровне спада выходного напряжения 3 дБ. Одновременно может быть измерена частота, при которой амплитуда выходного напряжения уменьшается на 1%. Эта частота называется граничной частотой амплитудной погрешности перемножения. У К525ПС1 f3дБ =1,5 мГц, а f1% = 100 кГц.