Модели интегральных схем для LTSpice

[Sagittarius]

Есть вариант. На заводе - нормальные люди. Как они мерили Ку? Доводили Увых до 10 В и мерили Удифф.
Но для этого один выходник должен был держать 25 В, а другой - 5. И один из них грелся больше.
И грел ближайший к нему транзистор входного дифа.
При этом, в зависимости от фазы тепловой ООС, ток дифа мог увеличиваться или уменьшаться,
а сама ООС - быть отрицательной или положительной.
Во избежание "разгона" ОУ простым выбором расположения выходников и входных транзисторов обратную тепловую связь выбирали отрицательной. То есть, на НЧ АЧХ Кухх снова падала к постоянке:



Если продолжить мысленно восходящую линию Кухх, на 10 Гц запросто может быть более 120 дБ.
Но нет.

 

[Точка опоры]

157УД1:

Спойлер: Схема

Посмотреть вложение 7622

Спойлер: Аннотированная топология с форума "Радиокартинки".

Замечания:

• Непонятно, зачем разработчики использовали в качестве VT1 и VT9 транзисторы с коллектором-подложкой. У них очень толстая база и очень низкая бета (в модели этих транзисторов - скорректировать Bf "вниз").
• Относительные размеры n-p-n транзисторов,

И то, это тоже будет не вполне адекватная замена ОУ-шным транзисторам, т.к. разрабы могут менять площади переходов под конкретные функции транзисторов.

Масштабирование транзисторов (сообразно относительным площадям эмиттеров) задается параметром "m" ..... Для "обычных" (Q) транзисторов это вписывается в поле "Value2" (Ctrl+ПКМ на УГО).

беря за единицу VT4: VT25 и VT26 - 2,5; VT27 и VT28 - 60; остальные - как VT4.

• Относительные размеры p-n-p транзисторов, беря за единицу VT3: VT16 и VT22 - 2; остальные - как VT3.
• Ошибки, допущенные в схеме из "Радиоежегодник 1986" (3-я схема в сообщении 276 - диодное включение VT10 и VT20, отсутствие соединения коллектора VT10 с базой VT11, коллектором VT12 и истоком VT12, отсутствие соединения коллектора VT18 с его базой) - уже скорректированы.

При этом, в зависимости от фазы тепловой ООС, ток дифа мог увеличиваться или уменьшаться,

Не ток дифа, а отношение токов его плеч. Похоже - именно так. VT9+VT7 (неинв. вход) на той же стороне, что и VT27 (выход в "плюс"). При увеличении напряжения на этом входе ток VT7 уменьшается, а при прогреве VT7 растёт - есть ООС.

 

[Точка опоры]

P.S. Т.е.

Относительные размеры p-n-p транзисторов, беря за единицу VT3: VT16 и VT22 - 2

ток УН (коллекторный VT17) составляет около 600 мкА - вдвое больше тока дифкаскада (2*150 мкА по описанию в "Радиоежегодник 1986").

Интересно было бы также измерить "в реале" сопротивление между выводом 2 (V-) и "ушками" (подложкой) и ток (или напряжение) между ними "на ходу". Это могло бы помочь уточнить модель p-n-p транзисторов Полярона(?) в части утечки тока на подложку.

Оформил p-n-p транзисторы через подсхемы (subckt) по Camenzind для моделирования утечек на подложку и "накрыл" их стандартным символом lpnp из LTspice с выводом подложки. Поле "prefix" (Ctrl+ПКМ на УГО) надо заменить с "Q" на "X", чтобы LTspice воспринял УГО как подсхему.

 

[Точка опоры]

Новогодний подарок - 574УД1. По фото кристалла с Радиокартинок

Спойлер: Аннотированное фото

Спойлер: Вопросы к фото

- уточнена схема. Все вопросы со второго фото - включены в неё. Единственный диод - заменен переходом "база-эмиттер" для снижения числа независимых переменных. Относительные размеры резисторов и эмиттерных областей в пикселях - в файле 574UD1.txt (см. приложенный архив). По результатам теста №2 - появились вопросы по интерпретации сопротивления резистора R10. По результатам теста №4 - появились вопросы по интерпретации сопротивлений резисторов R12 и R15.

Схема ОУ.

Спойлер: Схема тестового БП

БП для тестов формирует напряжение питания ОУ (10..32.5 В, DA2, C4, R6-R18, свечение VD2 индицирует режим "стабильное напряжение"), напряжение для запирания входного каскада (питание ОУ плюс 5 В - VD1, C2) и регулируемое напряжение для входов ОУ (от минус 10 до 4..5 В относительно вывода V+, DA1, VT1-VT2, R1-R3, C1).
Всё это запитано от ограничителя тока (12..15 мА, VT3-VT4, R19-R21, C5). R21-C5 - предотвращают самовозбуждение стабилизатора, когда две ООС (через DA2 и VT4) пытаются пересилить друг-друга.

Краткие описания тестов. Для тестирования использована 1 штука КР574УД1Б, выпущенная зав. им. Пегельмана (омега с коленвалом) в октябре 1989 г.

Тест 1. Подав на входы ОУ запирающее напряжение (движок R2 вверху) и подключая между выводами 7 и 1 резисторы (1%) - измеряем напряжение на выводе 1. По результатам - определяются сопротивление квадратного участка резистивного (базового) слоя и ток насыщения n-p-n транзисторов.

Источник B1 - экспериментальные данные. Данные с листа графиков - экспортирую в текст, открываю в табличном процессоре, по несложным формулам считаю сумму разности квадратов вариантов модели и эксперимента и определяю вариант с подходящими параметрами по минимуму суммы.

Тест 2. Подав на входы ОУ запирающее напряжение (движок R2 вверху) и изменяя напряжение питания - измеряем ток потребления. Ток течёт только через R10. Источник B1 - экспериментальные данные (и далее).


По результатам - корректируем сопротивление R10 и уточняем ток насыщения p-n-p транзисторов. В итоге - нелинейность R10 решил не вводить, чтобы модель была побыстрее.


Тест 3. Замыкая через микроамперметр вывод 5 на 4 (V-) и изменяя напряжение на выводе 3 (неинвертирующий вход) - измеряем ток J1 и J3. По результатам - определяем параметры полевых транзисторов. При напряжении на выводе 3 в диапазоне 4..-2 В (относительно вывода 7, V+) - напряжение отсечки и крутизну, при напряжении в диапазоне -5..-10 В - выходную проводимость.


Результат:


Лимит картинок в сообщении - привёл к потере последнего набранного абзаца...

 

[Точка опоры]

Тест 4. Замыкая ООС измеряем ток потребления ОУ в зависимости от номинального напряжения питания (27,5-32,5 В). С полученными по измерению относительных линейных размеров значениями R12 и R15 - ток модели занижен, выходной каскад "голодает". Много раз рассматривал фото, но не нашёл поводов пересчитать сопротивления или ввести в них нелинейности. Разброс отношений сопротивлений внутри кристалла заведомо невелик, большие разбросы возможны между разными сторонами пластины, разными пластинами и партиями пластин. В итоге - увеличиваю R12 и R15 до примерного соответствия тока потребления. R12 - ток покоя выхода, R15 - соотношение токов между Q19 и Q20.


Тест 6. При замкнутой ООС выставляем разные напряжения на выходе (-10, 0 и 10 В) и измеряем изменения тока покоя. По результатам - определяем подверженность транзисторов эффекту Эрли. Зависимость путанная, но Vaf подогнались с довольно высокой точностью.


Тест 5 - неудачная попытка определения Vaf n-p-n транзисторов.

По хорошему - надо прогнать все симуляции ещё раз, используя как начальные параметры моделей транзисторов - данные шестого теста. Т.е. уточнить в первом тесте Rsq и NPN_Is_base при уточнённом Vaf и так далее. Кто желает потренироваться?

Емкости транзисторов - оставляю на усмотрение сообщества. Alan Bins пару месяцев назад спрашивал моё мнение о ёмкостях JFET'ов. Сошлись, ЕМНИП, на "единицы пФ". 5 пФ - например.

Архив с моделями, в них - развёрнутые комментарии.

Как вариант - можно изъмечтать ещё какие-нибудь тесты:
- с запиранием полевиков (выводы 2 и 3 положительнее вывода 7) и подачей тока между выводом 5 (плюс) и 7 (минус) и измерением падения напряжения на участке Q26eb - R12 - Q15bc - Q18bc;
- с запиранием полевиков и подачей тока между выводом 4 (плюс) и 7 (минус) и измерением падения напряжения на участке R15 - Q19cb - R12 - Q15bc - Q18bc.

P.S. Утечки на подложку в p-n-p транзисторах не симулирую, т.к. где-то видел, что этот ОУ выполнен с диэлектрической изоляцией компонентов (хотя и не всех) и соединение подложки с выводом 4 нигде не просматривается.

 

[Sаgittarius]

Боб Видлар, сразу после μA702, с полосой под 30МГц, вдруг запилил какой-то "тихоходный" ОУ μA709?

Совершенно верно. Я как раз хотел написать об этом:



Каскадная формула 702-го:
1: дифкаскад Т1Т2, ГСТ на Т3, нагрузка на резисторы,
2: диф Т4Т5, нагрузка - резистор и в эмиттерах - резистор,
3. ВК - эмиттерный повторитель.

Проблемы те, что:
1: из-за низкоомной нагрузки на резисторы и вход ОЭ (диф - это просто два ОЭ, связанных эмиттерами) не удавалось развить высокого усиления,
2: потенциал коллектора Т5 ненулевой, и приходилось сгонять его книзу, к нулю, схемой R9Т8.
А всё почему? Потому, что умели тогда делать только прп-транзисторы. То есть, ограничения технологические.
Но и УД1 скоростью не блистала. Там 0,5 В/мкс усего.

К140УД5 пропустим, хотя ИМС интересная, но входные повторители в неё внесли, видимо, наши инженеры, у аналогов такого не видно. А кроме входных повторителей она - точная копия К140УД1.
К140УД2 буду рассматривать потом, тоже пропускаем.


К553УД1.
Каскадная формула:
1: диф Т13Т14 с ГСТ Т15 и нагрузкой на резисторы.
2: повторители Т25Т26. Уже отличие от К140УД1, но ить не принципиальное!
3: диф Т22Т24 с нагрузкой на резистор и резистором в эмиттерах.
4: повторитель!
Пока всё, как в 702-м!
4: третий каскад Т18Т19 и ВК Т20Т21 смогли появиться только благодаря рпр-транзисторам.

Да, примитивным, да, боковым, да, херовеньким, но они перевернули всё.
Преимуществ сразу море:
выход чуть ли не рельса-рельса после 0,5 В у 702-го,
двухтактный выходной повторитель после однотакта с плохой нагрузочной способностью,
высокий Ку: если у 702-го он не выше 10.000...12.000 раз, то тут - сразу 25.000 и выше.
ОУ стал явно ближе к идеальному!
Три каскада - это сила. И усиление.

Но вот именно из-за высокого усиления и трёх каскадов с коррекцией полученного чуда они натрахались знатно, просто потому, что коррекция без симуля - один сплошной безрезультатный трах. Да и с симулем у многих - не фонтан.

 

[Rus2000]

просто потому, что коррекция без симуля - один сплошной безрезультатный трах.

"Видлар пришёл в электронику задолго до распространения средств компьютерного моделирования электронных схем и до конца жизни отказывался использовать их. Он блестяще владел традиционными навыками математического анализа, численных расчётов и «бумажного» моделирования — не только электронных схем, но и физических процессов в полупроводниках. Он мог по нескольку часов, без перерыва, заниматься вычислениями, а затем без единой помарки изложить результаты на бумаге. Бо Лоек сравнил записи в рабочих тетрадях Видлара со столь же ясными и точными записями Уильяма Шокли: «его [Видлара] рабочие тетради подобны произведениям искусства: опрятные, хорошо организованные, с искрой инженерного гения».

За аналитической проработкой следовал эксперимент." (с)

 

[Sаgittarius]

Он блестяще владел традиционными навыками математического анализа, численных расчётов и «бумажного» моделирования — не только электронных схем, но и физических процессов в полупроводниках.

То есть, делал то же, что и комп. И вот каковы результаты.
Я не к тому, что он был глуп: глупые ОУ не придумывают. Но вот эти бумажные вычисления -

по нескольку часов, без перерыва

а я немного считал полюса и нули, нуегонах считать их часами - пусть димаА и коекакер считают на манжетах хоть месяц, не дали ему сделать большего.
Ну, и аккуратность:

его [Видлара] рабочие тетради подобны произведениям искусства: опрятные, хорошо организованные, с искрой инженерного гения

Организация и порядок бьёт партизанщину-любительщину, это понятно.

 

[alexcp]

из-за высокого усиления и трёх каскадов с коррекцией полученного чуда они натрахались знатно

Не они, а разрабы. Именно поэтому потрясающим успехом стал uA741 с внутренней миллеровской коррекцией.
Кста, я на eBay только что купил несколько аутентичных A109 производства ГДР приедут в новом году.

 

[Rus2000]

купил несколько аутентичных A109 производства ГДР приедут в новом году.

Легко корректируются на 72дБ/20к для установки в Парус/Напалм.
Почем достались, если не секрет?

 

[alexcp]

Легко корректируются на 72дБ/20к для установки в Парус/Напалм.
Почем достались, если не секрет?

Четыре штуки за пять евро плюс доставка - на Mouser столько же стоят uA741 и TL081. Не ужасно. Правда, корпус ДИП-14.

 

[Rus2000]

корпус ДИП-14.

Мне всегда было интересно, можно ли отрезать лишние 6 ног (вместе с излишками корпуса) от 553УД1?
Получилась бы 153уд1 в дип-8.

Есть всего одна такая м/с. Вот думаю, резать или нет...

 

[alexcp]

Мне всегда было интересно, можно ли отрезать лишние 6 ног (вместе с излишками корпуса) от 553УД1?
Получилась бы 153уд1 в дип-8.

Есть всего одна такая м/с. Вот думаю, резать или нет...

проще 8 ног нарастить, цоколевка такая же, как у ДИП-8.

 

[Emc]

проще 8 ног нарастить, цоколевка такая же, как у ДИП-8.

Я ставил в старый МАЯК203 вместо К553УД1А военные 153УД1 в конце 80-х- поставились нормально - порядок следования выводов не нарушен. По шуму субъективно - лучше. Корпус металл - 8 выв. Старая маркировка 1УТ531А. К553УД1А К553УД2 покупал в магазине для радиолюбителей, как некондицию по 50 коп. в 80-е годы. Все рабочие. В 90-гг многие сдавали неликвиды таких микросхем на драгметаллы или продавали дешево на радиорынках. Переходили на импорт и ПК. Советский "аналог" стал не популярен. Я же заботливо ОУ храню. Теперь в самый раз пригодились.

 

[Rus2000]

Эт понятно.
Мне интересно, можно ли безболезненно укоротить корпус 553уд1?
Для установки в кроватку для дип-8. Обычно, по краям кроватки стоят какие-либо элементы, мешающие установке в нее корпуса дип-14 с висящими по краям ногами...

 

[GecAS]

Мне всегда было интересно, можно ли отрезать лишние 6 ног (вместе с излишками корпуса) от 553УД1?

Резал, получал "самопиленный" dip8, и даже ключик треугольным надфилем наносил.
Такой модернизации подверг более 120 корпусов, ни одного выброшенного.
Над первой "трясся", но поставил в схему кроватку dip8, установил мс, включил и "потыкал" висящие ноги. Результат порадовал. Далее - ремесло: вначале лобзик-надфиль, после точило-надфиль.

 

[Emc]

Интересна микросхема КР574УД3 ( DIP-8), с внешней частотной коррекцией, малым напряжением смещения и нормированным шумом., а также скор. нарастания 50 в/мкс. В книге ниже на с.144. На самом деле это не аналог более медленной LF351. В книге это видно.
Микросхему выпускал - Тонди Эстония в начале 90-гг. В наличии в ЧиД -74руб.

 

[Sаgittarius]

можно ли безболезненно укоротить корпус 553уд1?

Герметичность нарушится. Даже заводская упаковка не устраивала промышленность по причине высокой проницаемости для воздуха. Хотя там шла речь чуть ли не о молекулах за годы.

 

[Sаgittarius]

Именно поэтому потрясающим успехом стал uA741 с внутренней миллеровской коррекцией.

Тут бы сразу добавить: для промышленных, военных целей слежения за техпроцессами или целями.
Для наших целей, где нужен максимум Ку на максимуме Ф, К140УД7 непригодна. Хотя, я разгонял её программируемый аналог К140УД12 до тока 5 мА, скорости 10 В/мкс и приличной линейности в 0,01%/20к, Ку20к так и оставалось 100 раз: миллеровская коррекция.

 

[Rus2000]

Герметичность нарушится.

В лак ее. Ноги скотчем временно заклеить.