Estabilizador térmico del amplificador exponencial

Hasta donde sé, hay 3 formas de compensar la variación de temperatura de un convertidor exponencial.

1. Control de temperatura: cuando usa un 'calentador' para llevar el par NPN a una temperatura estable (alta)
2. Compensación pasiva: cuando usa un NTC (-3300ppM / C tempco) para que a medida que la temperatura aumenta, suministre menos corriente
3. Compensación activa: cuando usa una unión semiconductora para crear un voltaje que varía con la temperatura y lo usa para controlar la ganancia de un VCA

1. Es el diseño más simple con el menor recuento de piezas, pero no es eficiente desde el punto de vista energético ya que está calentando. Sospecho que habrá cierta desviación hasta que alcance la temperatura establecida, por lo que tendrá que dejarla encendida durante algunos minutos antes de sintonizar.
2. Es el diseño más común. Se utiliza en la mayoría de los sintetizadores analógicos, por lo que debería darle la estabilidad esperada.
3. Este es el diseño más complicado y un tanto experimental y la versión que he visto fue hecho por Jim Patchel para tratar de descubrir cómo funciona el Curtis CEM3340.

Jim Patchel compara brevemente estos 3 métodos de compensación aquí .

Parece que el circuito "thermique de estabilización" es en realidad un regulador de temperatura: disipa la potencia en el CA3046 para calentarlo y servir el IC a una temperatura específica. Como los transistores del transistor del sensor de temperatura / transistor del calentador / VCO están todos (idealmente) acoplados térmicamente, esta temperatura compensa el núcleo VCO. He escuchado este tipo de técnica llamada controlador de horno, y algunas veces lo ve en un equipo de prueba con una referencia de frecuencia de alta precisión donde el cristal se regula de manera similar a la temperatura.

Para ver por qué llegué a esta conclusión, eche un vistazo a ese circuito térmico. Las entradas de bucle de servo son (1) una tensión de referencia derivada de la fuente de alimentación de 12 V y (2) la Vbe de un transistor. El único camino de retroalimentación que puedo ver es el térmico. Ahora considere lo que le sucede al bucle si lo coloca mágicamente en un estado inicial donde el Vbe del transistor del sensor (conectado a los pines 6-8) es demasiado alto. La salida del amplificador operacional aumentará, el calentador BJT (en los pines 9-11) correrá más corriente y disipará más energía, la matriz de transistores se calentará y el Vbe del NPN 6-8 bajará (Vbe es CTAT ).

Esta técnica tiene algunas limitaciones. Obviamente, no funcionará por encima de una temperatura ambiente crítica. Para cubrir un mayor rango de temperaturas ambientales se requiere una mayor disipación de potencia. La técnica también depende del acoplamiento térmico entre las NPN en el chip de matriz emparejada. Si cada uno de los dispositivos se distribuye a través del troquel y se entremezcla uno con otro, entonces la concordancia térmica entre, por ejemplo. El sensor NPN y el VCO NPNs (sin mencionar el dTemp introducido entre los VCO NPNs) podrían ser muy buenos.

Diseñé un convertidor de voltaje anti-log (exponencial) para mi analizador de frecuencia H-P 3581A para que el escaneo de frecuencia sea "logarítmico" y lineal. Usé el CA3046 (CA3146) como un "controlador de temperatura del horno". Utilicé 2 transistores (pines 6-7-8 y 9-10-11) como calentadores y el transistor de sustrato (pines 12-13-14, pin 13 es Sub.) Como sensor. La matriz del amplificador es un LM124A (grado MIL). Los valores del circuito son ligeramente diferentes porque la salida V / década es diferente (0.5V / dec sobre 1Hz a 50kHz). Todos los voltajes se producen utilizando reguladores de voltaje LM317L. Los LED HLMP-4700 ayudan a estabilizar el voltaje del transistor B-E del calentador y la protección de voltaje inverso usa un 1N914 como en el circuito de ejemplo. Los voltajes de alimentación en el 3581A son + & -10V. El calentamiento es rápido y la estabilización tarda unos 5 segundos. La estabilidad a largo y corto plazo es excelente. Soy un jubilado de Nat.Semi. Aplicaciones Engr. Con más de 40 años de experiencia.