Еще одна трудность связана с тем, что логарифметические усилители в больщинстве своем являются униполярными, а в связи с этим аналоговые умножители, использующие эти схемы, могут быть только одноквадрантными. И наверное, самое серьезное ограничение связано с температурными ошибками, особенно в тех случаях, когда приходится работать с небольшим динамическим диапазоном входных напряжений. Работа большинства логарифмических усилителей основана на использовании логарифмических свойств переходов определенных полупроводников, а они в значительной степени зависят от температуры. В одном из следующих разделов мы рассмотрим по крайней мере одну схему термометра, использующую как раз этот принцип.

Остроту проблемы температурного дрейфа можно в некоторой степени сгладить за счет сдвоенного диода или транзистора. Он используется в качестве элемента обратной связи при формировании логарифмической функции как в логарифмическом, так и в антилогарифмическом усилителях и заставляет эти усилители, пусть даже с ошибкой, но вместе отслеживать функцию, а ошибку они будут давать одинаковую.

Также может помочь использование специальной интегральной схемы логарифмического усилителя или специальная разработка проекта с хорошим температурным коэффициентом. Это, однако, ведет к усложнению схемы и увеличению ее стоимости, но тогда пропадает привлекательная простота устройства и мы вынуждены обращаться к другим методам. Логарифмический-антилогарифмический усилитель используется там, где допустимы ошибки порядка 2-8% и где окружающая температура не может изменяться в широком диапазоне. Единственное исключение составляет логарифмический-антилогарифмический усилитель, выполненный в виде функционального модуля, но он, к сожалению, дорого стоит.

Умножители с переменной проводимостью используют дифференциальную пару транзисторов так, как показано на рис. 3.9. Если эмиттерами транзисторов управляет общий источник изменяющегося тока, то усилитель будет иметь переменный коэффициент усиления. Если ток, управляющий эмиттерами, пропорционален Vy, то дифференциальное выходное напряжение определяется следующим образом:

вы. = Й2Л- (3.20)

Основная трудность при этом состоит в том, что транзисторы нужно тщательно подобрать так, чтобы они работали согласованно в широком диапазоне температур. При использовании отдельных транзисторов такая цель почти недостижима, так как физически компоненты отделены друг от друга и у каждого транзистора свои тепловые условия. При интегральном исполнении транзисторы построены на общей подложке, в связи с

-о о-

Евых

Iпреобр (сум)-hh

~ Лреобразователь напряжения в ток

Рис. 3.9. Основная схема умножителя с переменной проводимостью.

этим температурная согласованность почти идеальна. Исходная степень согласованности транзисторов также очень высока, а различия легко устраняются с помощью внешних компонентов. Умножитель с переменной проводимостью лежит в основе многих аналоговых умножителей в интегральном исполнении и является по крайней мере одним примером использования для умножения интегральной схемы, не предназначенной для выполнения этой операции, - операционного усилителя со свойствами переменной проводимости. Умножители, которые изготовляет фирма Analog Devices, Inc., используют подобную систему, основанную на ячейке проводимости Гильберта, которую фирма начала применять в умножителях серии AD-500 в 1970 г.

Примеры интегральных умножителей

Фирмы-изготовители приводят в своих каталогах довольно внушительное число аналоговых умножителей, однако имеет смысл ограничиться рассмотрением тех из них, которые дают приемлемые характеристики и относительно недорого стоят. Если вам понадобится более качественное устройство, то представленная здесь информация будет также в общем полезна и вы обнаружите, что фирмы-изготовители предлагают в своих

каталогах различные модификации рассмотренных здесь кристаллов с более жесткими характеристиками. Действительно, характеристики многих семейств умножителей настолько похожи для различных классов одного семейства, что возникает уверенность в том, что различие определяется просто в процессе отбора. Вот почему более высококачественные интегральные схемы маркируются одним номером и стоят дороже, а менее качественные - другим и стоят дешевле. Просмотрите фирменные каталоги и паспортные данные для соответствующих номеров, и вы в этом убедитесь.

Знакомство с интегральными схемами аналогового умножителя начнем со схем типа МС1495/МС1595 фирмы Motorola Semiconductor Products, Inc. Два устройства с подобными номерами типов отличаются друг от друга лишь величиной температурного диапазона, в котором гарантируются их характеристики. Это справедливо для многих типов интегральных схем. Схема типа МС1495, например, работает в диапазоне температур от О до 70 °С, а схема типа МС1595 - в диапазоне от -55 до +125 °С. Конечно, последняя стоит дороже. Как видно на схеме, изображенной на рис. 3.10, выход умножителя с переменной проводимостью является дифференциальным выходом коллекторной пары; это справедливо и для устройств типа 1495/1595. В наших примерах мы используем операционный усилитель (У1), который работает как дифференциальный усилитель постоянного тока. Такой усилитель нужен для того, чтобы обеспечить смещение уровней и преобразование выхода к однополярному виду. Конечно, если умножитель используют для управления устройством или прибором, имеющим дифференциальный выход, то будет обеспечено подавление напряжения синфазной составляющей и тогда смещения уровней не потребуется.

Для получения различных масштабных коэффициентов умножитель можно регулировать путем изменения сопротивлений Ra, Rb, Rx и Ry, помимо изменения токов /] и h- Масштабный коэффициент определяется следующим образом:

k2RjI,R,Ry. (3.21)

Эти параметры ограничивают также максимальное значение входных напряжений Vx и Vy. Пределы определяются следующим образом:

V.(ma.)<(/2)(.). (3.22)

.(тах)<(Л)(.). (3.23)

где 0,5 мА/,«/22,0 мА.

Пример расчета. Необходимо установить напряжение Vx(max) равным -flO В и ток /2 равным 0,5 мА. Какое значение должно