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 U_x в ток на транзисторах VT1, VT2 и диодах VD1,VD2 и линейный преобразователь напряжения U_у­ в ток на транзисторах VT3, VT4.

В схеме на рис. 6.6 резисторы R_x, R_y, R₁ и R_н 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 R_x и R_y выбирают так, чтобы при максимальных входных напряжениях нелинейные искажения в схеме были минимальны. Для этого необходимо выполнение неравенства U _{x max} < I₁₃ R_x, U _{y max} < I₃ R_y­. 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 К_П. Обычно I₃ = 0,1...2 мА. Если, например, I₃ = 1 мА, то 10 кОм. Однако, это значение R_x только гарантирует, что входной сигнал 10В не вызовет отключение входных усилителей. Для избежания же нелинейных искажений необходимо сопротивления R_x и R_y увеличить примерно на 50%, т.е. взять равными 15 кОм. Если К_П = 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=()/2I₃ кОм. 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 микросхем ПН 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 К_П.

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) N_x (N_y). Для определения, например, N_x 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 U_{y max}) должны иметь одинаковую форму, то на выходе вычитающего устройства выделяется разностное напряжение U_вых, 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 U_вых = 0. Однако в реальном ПН и его значение определяет остаточное напряжение U_{ост х} или U_{ост у}. Для К525ПС1 U_{ост х} = 50 мВ и U_{ост 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 f_3дБ =1,5 мГц, а f_1% = 100 кГц.