THAT2155 [ETC]

IC Voltage-Controlled Amplifiers; IC电压控制放大器
THAT2155
型号: THAT2155
厂家: ETC    ETC
描述:

IC Voltage-Controlled Amplifiers
IC电压控制放大器

放大器
文件: 总10页 (文件大小:143K)
中文:  中文翻译
下载:  下载PDF数据表文档文件
IC Volt age-Con t rolled  
Am plifiers  
T H A T C o r p o r a t i o n  
THAT 2151, 2150A, 2155  
F E ATUR E S  
AP P LICATIONS  
Wide Dyn am ic Range: >116 dB  
Wide Gain Range: >130 dB  
Expon en tial (dB) Gain Con trol  
Faders  
Pann ers  
Com pressors  
Expan ders  
Equ alizers  
Filters  
Low Distortion : (0.008% @ 0 dB  
gain, 0.035% @15dB gain )  
Wide Gain -Bandwidth: 6 MHz  
Low Cost: $2.20 in 000s (2155)  
Sin gle In -Line Package  
Oscillators  
Au tom ation System s  
Du al Gain -Con trol Ports (pos/ neg)  
De s c r ip t io n  
Th e THAT 2150 Series in tegrated-circu it volta ge-  
qu ire m in im a l s u pport circu itry. Fabrica ted in a  
con trolled a m plifiers (VCAs) are h igh -perform a n ce  
cu rren t-in / cu rren t-ou t devices with two opposin g-  
polarity, voltage-sen s itive con trol ports. Ba sed on  
dbx tech n ology, th ey offer wide-ran ge expon en tial  
con trol of gain an d a tten u a tion with low sign al dis-  
tortion . Th e pa rts a re h ou s ed in a space-efficien t,  
pla stic 8-pin s in gle-in -lin e (SIP) package, an d re-  
s u per low-n ois e process u tilizin g h igh h FE, com ple-  
m en ta ry NPN/ PNP pairs, th e 2150 Series VCAs  
com bin e h igh gain -ban dwidth produ ct with low  
n ois e, low distortion , a n d low offs et to offer discrete  
perform an ce a t IC prices. Th ey are available in  
th ree gra des , selected for distortion , a llowin g th e  
u ser to optim ize cost vs . perform an ce.  
PIN 1  
MODEL NO.  
7
H
J
THAT  
N
E
TYP.  
G
F
L
K
I
M
B
D
C
BIAS CURRENT  
COMPENSATION  
2
A
ITEM MILLIMETERS  
INCHES  
0.8 MAX.  
3
8
4
Vbe  
A
B
C
D
E
F
G
H
I
20.32 MAX.  
0.043 MIN.  
1.1 MIN.  
MULTI-  
PLIER  
_
+
.004  
_+  
.1  
0.02  
0.01  
0.1  
0.5  
1
6
0.25  
2.54  
0.05 MAX.  
0.02 MIN.  
0.2 MAX.  
1.27 MAX.  
0.51 MIN.  
5.08 MAX.  
+
_
+
_
.008  
.2  
2.8  
0.11  
J
5.75 MAX.  
1.5 MAX.  
0.227 MAX.  
0.058 MAX.  
K
L
_
_
+.10  
.04  
.002  
0.01 +.004  
5
0.25  
+
_
.02  
+
_
.5  
M
N
3.2  
0.126  
0.043 MIN.  
1.1 MIN.  
Figu re 1. 2150 Series Equ ivalen t Circu it Diagra m  
Figu re 2. 2150 Series Ph ysical Ou tlin e  
dbx is a registered tradema rk of Carillon Electron ics Corporation  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Page 2  
2150 Series IC VCAs  
S P E CIF ICATIONS 1  
Ab s o lu t e -Ma x im u m R a t in gs (TA = 2 5 ˚C)  
Positive Su pply Voltage (VCC  
)
+18 V  
Power Dissipation (PD) (TA = 75˚C)  
330 m W  
Negative Su pply Voltage (VEE  
)
-18 V  
Operatin g Tem peratu re Ran ge (TOP  
)
-20 to +75˚C  
-40 to +125˚C  
Su pply Cu rren t (ICC  
)
10 m A  
Storage Tem peratu re Ran ge (TST)  
R e c o m m e n d e d Op e r a t in g Co n d it io n s  
2151  
2150A  
2155  
Min Typ Max  
Parameter  
Symbol  
VCC  
Conditions  
Min Typ Max  
Min Typ Max  
Units  
V
Positive Supply Voltage  
Negative Supply Voltage  
Bias Current  
+5  
-5  
+12 +15  
+5  
-5  
+12 +15  
+5  
-5  
+12 +15  
VEE  
-12  
2.4  
-15  
4
-12  
2.4  
-15  
4
-12  
2.4  
-15  
4
V
ISET  
VCC-VEE= 24 V  
ISET= 2.4 mA  
mA  
Signal Current  
IIN+IOUT  
175 750  
175 750  
125 550  
µArms  
E le c t r ic a l Ch a r a c t e r is t ic s 2  
2151  
2150A  
Min Typ Max  
2155  
Parameter  
Symbol  
ICC  
Conditions  
No Signal  
Min Typ Max  
Min Typ Max  
Units  
mA  
Supply Current  
2.4  
4
2.4  
4
2.4  
4
Equiv. Input Bias Current  
Input Offset Voltage  
IB  
No Signal  
No Signal  
5
8
5
8
5
8
nA  
VOFF(IN)  
VOFF(OUT)  
+10  
+10  
+10  
mV  
Output Offset Voltage  
Rout=20 kΩ  
0 dB gain  
1
2
5
3
3
1
2
7
3
3
1
2
3
3
mV  
mV  
mV  
+15 dB gain  
+40 dB gain  
15  
15  
10  
15  
Gain Cell Idling Current  
Gain-Control Constant  
IIDLE  
20  
20  
20  
µA  
TA=25˚C (TCHIP 35˚C)  
-60 dB < gain < +40 dB  
EC+/Gain (dB) Pins 2 & 4 (Fig. 14)  
6.0  
6.1  
6.2  
6.0  
6.1  
6.2  
6.0  
6.1  
6.2  
mV/dB  
mV/dB  
EC-/Gain (dB)  
Pin 3  
-6.0 -6.1 -6.2  
-6.0 -6.1 -6.2  
-6.0 -6.1 -6.2  
Gain-control TempCo  
Gain-Control Linearity  
Off Isolation (Fig. 14)  
Output Noise  
EC / TCHIP  
Ref TCHIP= 27˚C  
+0.33  
0.5  
2
+0.33  
0.5  
2
+0.33  
0.5  
2
%/˚C  
%
-60 to +40 dB gain  
EC+=-360mV, EC-=+360mV  
110  
115  
110  
115  
110  
115  
dB  
en(OUT)  
20 Hz-20 kHz  
Rout= 20kΩ  
0 dB gain  
-98  
-88  
-97  
-86  
-98  
-88  
-96  
-86  
-98  
-88  
-96  
-86  
dBV  
dBV  
+15 dB gain  
1. All specification s su bject to ch an ge with ou t n otice.  
2. Un less oth erwis e n oted, T =25˚C, V = +15V, V = -15V. Tes t circu it is a s sh own in Figu re 3. SYM is ad-  
ADJ  
A
CC  
EE  
ju sted for m in im u m THD @ V =1 V, 1 kHz, 0 dB gain .  
in  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Rev. 10/ 25/ 96  
Page 3  
E le c t r ic a l Ch a r a c t e r is t ic s (Co n t ’d . )  
2151  
2150A  
2155  
Parameter  
Symbol  
THD  
Conditions  
IIN+ IOUT = 180 µA, 1 kHz  
0 dB gain  
Min Typ Max  
Min Typ Max  
Min Typ Max  
Units  
Total Harmonic Distortion  
0.004 0.02  
0.025 0.045  
0.005 0.03  
0.05 0.07  
%
%
±15 dB gain  
IIN+ IOUT = 150 µA, 1 kHz  
0 dB gain  
0.006 0.03  
0.05 0.07  
%
%
±15 dB gain  
Symmetry Control Voltage  
Gain at 0 V Control Voltage  
VSYM  
AV= 0 dB, THD < 0.07%  
EC– = 0 mV  
-1.6  
-0.1  
0
+1.6  
-2  
0
+2  
-2.5  
-0.2  
0
+2.5  
mV  
dB  
0.0 +0.1  
-0.15 0.0 +0.15  
0.0 +0.2  
+15V  
47p  
Ec-  
2150  
Series  
VCA  
7
20k  
V+  
3
Ec-  
OUT  
1
INPUT  
-IN  
Ec+  
-
8
Ec+  
4
GND  
LF351  
+
OUTPUT  
+15V  
2
V-  
10u  
20k  
6
5
Rsym  
5.1k  
50k  
51  
SYM  
ADJ  
300k (2155)  
390k (2150A)  
470k (2151)  
-15V  
-15V  
Figu re 3. Typical Application Circu it  
Figu re 4. Frequ en cy Respon se Vs. Gain (2150A)  
Figu re 5. Noise (20kHz NBW) Vs. Gain (2150A)  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Page 4  
2150 Series IC VCAs  
Th e o r y o f Op e r a t io n  
Th e THAT 2150 Series VCAs are design ed for h igh  
perform an ce in a u dio-frequ en cy a pplication s requ irin g  
expon en tial gain con trol, low distortion , wide dyn a m ic  
ran ge an d low dc bia s m odu lation . Th ese parts con trol  
ga in by con vertin g an in pu t cu rren t sign al to a bipola r  
logged voltage, a ddin g a dc con trol volta ge, an d re-con -  
vertin g th e s u m m ed volta ge ba ck to a cu rren t th rou gh  
a bipola r an tilog circu it.  
kT  
q
VT is th e th erm a l voltage,  
; IC3 is th e collector cu r-  
ren t of Q3; a n d IS is th e revers e-satu ration cu rren t of  
Q3. It is a ss u m ed th a t D3 m atch es Q3 (an d will be a s-  
su m ed th at th ey m atch Q4 a n d D4, as well).  
In typica l a pplication s (s ee Figu re 3, Pa ge 3), pin 4  
is con n ected to a voltage s ou rce a t grou n d or n ea rly  
grou n d poten tial. Pin  
8 is con n ected to a virtu al  
grou n d (u s u a lly th e in vertin g in pu t of a n op am p with  
n ega tive feedback a rou n d it). With pin 4 n ear grou n d,  
a n d pin 8 a t virtu al grou n d, th e voltage at th e cath odes  
of D3 a n d D4 will ca u s e an expon en tially-related cu r-  
ren t to flow in D4 an d Q4, an d ou t via pin 8. A sim ila r  
equ ation govern s th is beh avior:  
Figu re 6 presen ts a con s idera bly sim plified in tern al  
circu it diagra m of th e IC. Th e ac in pu t sign al cu rren t  
flows in pin 1, th e in pu t pin . Th e in tern al op am p  
works to m a in tain pin 1 at a virtu a l grou n d poten tial  
by drivin g th e em itters of Q1 a n d (th rou gh th e Volta ge  
Bia s Genera tor) Q3. For pos itive in pu t cu rren ts (Iin de-  
fin ed as flowin g in to pin 1), th e op a m p drives th e em it-  
ter of Q1 n ega tive, tu rn in g off its collector cu rren t,  
wh ile sim u lta n eou sly drivin g th e em itter of Q3 n ega-  
IC4  
V3 = EC+ 2VT ln  
.
IS  
Expon en tial Gain Con trol  
Th e sim ila rity between th e two preceedin g equ ation s  
begs fu rth er exploration . Accordin gly:  
-
+
IC4  
IS  
IC3  
IS  
D1  
D2  
V3 = EC+ 2VT ln  
= EC2VT ln  
2
Q1  
Q3  
Q2  
Q4  
3
8
4
IC4  
IS  
IC3  
2VT ln  
IS  
Ec+  
Ec-  
E
C+ EC= 2VT ln  
Voltage  
Bias  
1
IN  
OUT  
Generator  
IC4  
IC3  
Ec+  
(SYM)  
Ii  
n
= 2VT ln  
.
D3  
Rea rran gin g term s,  
D4  
E
E  
C+ C−  
2V  
T
IC4 = IC3  
e
.
V
3
If pin 3 an d pin 4 are at grou n d poten tia l, th e cu r-  
ren t in Q4/ D4 will precisely m irror th at in Q3/ D3.  
Wh en pin 3 is positive with res pect to pin 4, th e voltage  
a cross th e bas e-em itter ju n ction of Q3 is h igh er th an  
th a t a cross th e bas e-em itter ju n ction of Q4, so th e  
Q4/ D4 cu rren t rem ain s proportion a l to, bu t less th a n ,  
th e cu rren t in Q3/ D3. In th e sa m e m an n er, a n egative  
V-  
5
Figu re 6. Sim plified In tern al Circu it Diagram  
tive, tu rn in g it on . Th e in pu t s ign a l cu rren t, th erefore,  
is forced to flow th rou gh Q3 an d D3.  
volta ge at pin  
3 with respect to pin 4 cau ses th e  
Q4/ D4 cu rren t to be proportion al to, bu t greater th an  
th at in Q3/ D3.  
Logging & Antilogging  
Becau s e th e voltage a cros s a bas e-em itter ju n ction  
is loga rith m ic with collector cu rren t, th e voltage from  
th e bas e of Q3 to th e cath ode of D3 is proportion al to  
th e log of th e pos itive in pu t cu rren t. Th e voltage at th e  
cath odes of D3 a n d D4 is th erefore proportion al to th e  
log of th e positive in pu t cu rren ts plu s th e voltage a t  
pin 3, th e n egative con trol port. Ma th em atically,  
Th e ra tio of cu rren ts is expon en tial with th e differ-  
en ce in th e volta ges EC+ an d EC, providin g con ven ien t  
deci-lin ear” con trol. Ma th em atically, th is is:  
E
E  
C−  
C+  
IC4  
IC3  
2V  
T
AV  
=
= e  
, wh ere AV is th e cu rren t gain .  
For pin 4 a t or very n ear grou n d, at room tem pera-  
tu re (25˚C), allowin g for a 10˚C in tern al tem peratu re  
ris e, a n d con vertin g to a ba se of 10 for th e expon en tia l,  
th is redu ces to:  
IC3  
V3 = EC2VT ln  
,
IS  
wh ere V3 is th e voltage at th e ju n ction of D3 an d D4;  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Rev. 10/ 25/ 96  
Page 5  
E  
C−  
Transistor Matching  
AV = 10 0.122  
.
Th e bias cu rren t flows down wa rds in th e core (from  
Q1 to Q3, an d from Q2 to Q4) so lon g a s th ere is good  
m atch in g between a ll fou r com pou n d tran sis tors (tran -  
s istors plu s diodes). Mis m a tch es will cau se a dc ou tpu t  
cu rren t to flow in pin 8, wh ich will u ltim ately m a n ifes t  
itself as a dc offset voltage. Sta tic offs ets a re of little  
con sequ en ce in m os t au dio application s , bu t a n y m is-  
m atch -cau sed dc ou tpu t cu rren t will be m odu la ted by  
ga in com m an ds , an d m a y becom e au dible as th u m ps”  
if la rge, fas t gain ch an ges a re com m an ded in th e pres-  
en ce of sign ifican t m is m atch es.  
Wh en pin 3 is a t O V, th e cu rren t ratio is u n ity.  
Wh en pin 3 is a t +122 m V, th e ou tpu t cu rren t (Q4) is  
10 tim es (20 dB) les s th an th e in pu t cu rren t. At  
122 m V, th e ou tpu t cu rren t is 10 tim es (20 dB)  
greater th a n th e in pu t cu rren t. An oth er wa y of ex-  
pres sin g th is rela tion sh ip is:  
EC−  
0.0061  
Gain =  
, wh ere Gain is th e gain in decibels.  
Negative In pu t Cu rren ts  
Tran sis tor m atch in g als o a ffects dis tortion . If th e  
top h a lf of th e ga in cell is perfectly m atch ed, wh ile th e  
bottom h alf is sligh tly off, th en th e gain com m an ded by  
th e voltage a t pin 3 will affect th e two h a lves of th e core  
differen tly. Sin ce positive an d n egative h alves of ac  
in pu t s ign a ls are h a n dled by separate pa rts of th e core,  
th is gives rise to even -order distortion produ cts.  
For n ega tive in pu t cu rren ts, Q1/ D1 operate with  
Q2/ D2 to m irror th e lower -h a lf-core beh a vior. Pin 2 is  
n orm a lly at or very n ear grou n d (see th e section below  
on Symmetry Adjus tment for m ore detail), so th e sa m e  
ga in s ca lin g applied to th e base of Q3 is a pplied to th e  
bas e of Q2. Th e pola rity (pos itive/ n egative, in dB) of  
th e gain is th e s am e for th e top pair vers u s th e bottom  
pair of th e fou r “core” tran s is tors beca u se th eir sexes  
(NPN/ PNP) a re in verted in th e top versu s th e bottom ,  
wh ile th e ba ses are cross -con n ected between th e in pu t  
(left) h alf an d th e ou tpu t (righ t) h alf of each pair.  
Sym m etry Adju stm ent  
Th e m on olith ic con stru ction of th e devices a ss u res  
relatively good m atch in g between th e pa ired tran s is-  
tors , bu t even sm all VBE m ism atch es can cau s e u n a c-  
ceptable a sym m etries in th e ou tpu t. For th is reason ,  
th e bas es of Q1 an d Q4 a re brou gh t ou t separately to  
pin 2 an d pin 4, res pectively. Th is allows a sm all s tatic  
volta ge differen tial to be applied to th e two bas es. Th e  
a pplied volta ge m u s t be s et to equ a l th e su m of th e VBE  
m is m atch es arou n d th e core (w hich va ries from s a mple  
to s a mple). Figu re 3 (Page 3) in clu des a typical circu it  
to apply th is sym m etry voltage. RSYM con trols prim a rily  
even -order h arm on ic dis tortion , a n d is u s u ally ad-  
ju s ted for m in im u m THD at th e ou tpu t. Figu re 8 plots  
THD vs. th e voltage between pin s 2 an d 4 (th e two EC+  
ports) for variou s gain s ettin gs of a typical pa rt.  
Th e resu ltin g con trol over ga in is extrem ely con s is-  
ten t from u n it to u n it, s in ce it derives from th e ph ys ics  
of sem icon du ctors. Figu re 7 sh ows actu al data from a  
typica l 2150 Series VCA, taken at 25˚C.  
Opposite Polarity Con trol  
As m ay be seen from th e m ath em a tics , th e ba ses of  
Q1 an d Q4 can als o be u s ed a s an addition a l con trol  
Figu re 7. Gain Vers u s Con trol Voltage (Pin 3) at 25˚C  
Core Bias Cu rrents  
A qu iescen t bias cu rren t in th e core tran sis tors is  
establish ed by th e Volta ge Bia s Genera tor sh own in  
Figu re 6. Th is cu rren t acts like crossover bias in th e  
ou tpu t sta ge of a com plem en tary class AB power a m -  
plifier, s m ooth in g th e tra n sition between tu rn in g on  
th e top (PNP) pa ir an d th e bottom (NPN) pa ir of tran s is-  
tors in th e core. Th is lowers distortion greatly a t som e  
cos t to n ois e perform an ce, as th e cu rren t n ois e of th e  
core tra n sistors (wh ich ru n at approxim ately 20 µA) is  
th e dom in an t n ois e s ou rce in th e 2150 Series VCAs .  
Figu re 8. Typical THD Versu s Sym m etry Volta ge  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Page 6  
2150 Series IC VCAs  
port, with an opposite sen se of con trol from th at a t  
pin 3. To u se th is port, both pin s m u s t be driven with  
th e con trol voltage, wh ile a s m all differen tia l voltage is  
a ccom m odated between th e two pin s . (Figu re 14,  
Page 9, s h ows th e typical con n ection .) Eith er pin 3, or  
pin s 2 a n d 4, or both ports togeth er m ay be u sed for  
ga in con trol. Math em a tica lly, th is relation sh ip is as fol-  
lows:  
ven t s u ch dc term s, a c in pu t cou plin g is stron gly rec-  
om m en ded. A plot of typical ou tpu t offs et voltage ver-  
s u s ga in for th e circu it of Figu re  
3 is s h own in  
Figu re 9. (Th e LF351s offs et wa s a dju s ted to 0 V for  
th is plot.)  
E
E  
C+ C−  
0.122  
AV = 10  
c+ Ec−  
0.0061  
, wh ere AV is th e gain in volts/ volt, or  
, wh ere Ga in is th e gain in decibels.  
E
Gain =  
Con trol Port Sou rce Im pedan ce  
Th e con trol ports (pin s 2 th rou gh 4) are con n ected  
directly to th e ba ses of th e loggin g an d/ or an tiloggin g  
tran s is tors. As wa s im plied in th e ea rlier dis cu s sion on  
Logging a nd Antilogging (Pa ge 4) th e a ccu ra cy of th e  
loggin g a n d an tiloggin g is depen den t on th e EC+ a n d  
EC- volta ges bein g exactly as des ired to con trol ga in .  
Th e ba se cu rren t in th e tra n sistors will follow th e col-  
lector cu rren ts, of cou rse. Sin ce th e collector cu rren ts  
a re s ign a l-rela ted, th e ba se cu rren ts will a lso be s ign al-  
related. Sh ou ld th e sou rce im pedan ce of th e con trol  
volta ge(s) be large, th e s ign al-related ba se cu rren ts will  
cau se s ign al-related voltages to appea r at th e con trol  
ports , wh ich will in terfere with precis e loggin g a n d  
an tiloggin g, in tu rn cau sin g distortion .  
Figu re 9. DC Offset Vs . Gain , After Sym m etry  
Adju s tm en t  
Cu rren t Program m ing  
Th e size of th e cu rren t s ou rce a t th e bottom of th e  
core (Figu re 6, Pa ge 4) is progra m m ed extern ally via  
ISET, wh ich is n orm a lly determ in ed by a resis tor from  
pin 5 to V–. Th e voltage at pin 5 is typically –2.7 V. ISET  
divides in to two portion s : approxim a tely 400 µA is u sed  
for in tern al bia sin g, an d th e rest is available for th e  
cu rren t s ou rce at th e bottom of th e core. ISET s h ou ld  
th erefore be 400 µA larger th an th e total of th e pea k  
in pu t an d ou tpu t sign al cu rren ts .  
Th e 2150 Series VCAs are des ign ed to be operated  
with zero s ou rce im pedan ce a t pin s 2 a n d 3, an d a 50Ω  
s ou rce im peda n ce at pin 4. (Pin 4 is in ten ded for con -  
n ection to th e sym m etry con trol, h en ce th e h igh er de-  
s ign -cen ter sou rce im pedan ce.) On e can estim ate th e  
dis tortion ca u sed by a specific, n on -zero s ou rce im ped-  
a n ce by determ in in g th e bas e volta ge m odu lation du e  
to sign a l cu rren t ba sed on a core-tra n sistor β of ap-  
proxim a tely 300 (NPN) or 100 (PNP), an d con vertin g th e  
Note th at th e ou tpu t im pedan ce of th e in tern al op-  
a m p is a pproxim a tely 2 k, an d u n der peak dem an ds ,  
th e s u m of th e in pu t an d ou tpu t cu rren ts plu s ISET  
m u s t be s u pplied th rou gh th is im pedan ce, lowerin g th e  
volta ge available to drive th e core. For m ore in form a-  
tion , see th e Power Supplies section on Page 8.  
res u ltin g decibel ga in m odu la tion to  
a percen tage.  
Even 100can spoil th e good perform an ce of th ese  
Headroom  
parts at h igh s ign al levels.  
Maxim u m sign al cu rren ts a re also lim ited by th e  
loga rith m ic ch aracteris tics of th e core tran sis tors. In  
th e 2150 Series , th ese devices are specially con -  
stru cted to con form to an ideal log-lin ear cu rve over a  
wide ran ge of cu rren ts, bu t th ey reach th eir lim it a t ap-  
proxim ately 1 m A. Th e sym ptom of fa ilin g log con for-  
m an ce is in creas in g distortion with in creasin g cu rren t  
levels . Th e on s et of distortion is gradu al at low cu rren t  
levels , a n d th en m ore rapid as cu rren t becom es h igh .  
Figu res 10 th rou gh 12 sh ow dis tortion vers u s sign al  
level for th e th ree pa rts in th e 2150 Series for -15 dB,  
0 dB, a n d +15 dB ga in . Th e a ccepta ble distortion will  
determ in e th e m axim u m s ign al level for a pa rticu la r  
design .  
DC In pu t Sign als  
An y dc cu rren ts in th e feedba ck loop of th e in tern al  
op am p will s h ow u p as dc term s in th e ou tpu t sign a l,  
a n d will be m odu lated by ga in com m an ds . In pu t bias  
cu rren ts will cau s e a dc cu rren t to flow in th e feedback  
loop provided by th e in pu t s ide of th e core. For th is  
rea son , in pu t bias cu rren ts in th e in tern al op am p  
m u s t be kept very low. Th e bias cu rren t com pen sation  
a t th e in pu t s ta ge provides excellen t ca n cellation of th e  
bia s cu rren t requ ired by th e in pu t differen tial am pli-  
fier. Of cou rse, th is good perform an ce can be n egated  
by a dc cu rren t s u pplied from ou tside th e VCA. To pre-  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Rev. 10/ 25/ 96  
Page 7  
Figu re 10. 1kHz THD+Noise Vs . In pu t, -15 dB Gain  
Figu re 11. 1kHz THD+Noise Vs. Level, 0 dB Gain  
Figu re 12. 1kHz THD+Noise Vs. In pu t, +15 dB Gain  
Ap p lic a t io n s  
th e open -loop gain n a tu rally fa lls off at h igh frequ en -  
cies , a skin g for too m u ch gain will lead to in creased  
h igh -frequ en cy dis tortion . For bes t resu lts, th is res is-  
tor sh ou ld be kept to 10 kor above. Dis tortion vs. fre-  
qu en cy for a 1 V s ign al at 0 dB ga in with a 20 kin pu t  
resistor is plotted in Figu re 13.  
In pu t  
As m en tion ed a bove, in pu t a n d ou tpu t sign als are  
cu rren ts , n ot volta ges. Wh ile th is often cau ses som e  
con ceptu al difficu lty for design ers first exposed to th is  
con ven tion , th e cu rren t in pu t/ ou tpu t m ode provides  
great flexibility in a pplication .  
Th e qu iescen t dc volta ge level at th e in pu t is ap-  
proxim ately +10 m V. As m en tion ed above, an y dc in pu t  
cu rren ts will cau se dc sign als in th e ou tpu t wh ich will  
be m odu lated by gain , ca u sin g a u dible th u m p. Th ere-  
Th e in pu t pin (pin 1) is a virtu a l grou n d with n ega-  
tive feedback provided in tern ally (see Figu re 6, Page 4).  
Th e in pu t resistor (sh own as 20 kin Figu re 3, Page 3)  
s h ou ld be s ca led to con vert th e a va ila ble ac in pu t volt-  
a ge to a cu rren t with in th e lin ear ran ge of th e device.  
(Peak in pu t cu rren ts sh ou ld be kept u n der 1 m A for  
bes t distortion perform a n ce.) An addition al con s ider-  
a tion is stability: th e in tern al op am p is in ten ded for  
operation with sou rce im pedan ces of less th a n 30 kΩ  
a t h igh frequ en cies. For m ost au dio application s, th is  
will presen t n o problem .  
Th e ch oice of in pu t resistor h as a n addition al, su b-  
tle effect on dis tortion . Sin ce th e feedback im pedan ces  
a rou n d th e in tern al opa m p (essen tially Q1/ D1 a n d  
Q3/ D3) a re fixed, low valu es for th e in pu t res istor will  
requ ire m ore clos ed-loop gain from th e opa m p. Sin ce  
Figu re 13. THD Vs . Frequ en cy, 0 dB Gain  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Page 8  
2150 Series IC VCAs  
fore, capacitive cou plin g is a lm os t m a n datory for qu al-  
ity au dio application s . Ch oos e a ca pa citor wh ich will  
give accepta ble low frequ en cy perform an ce for th e ap-  
plication .  
th is s ou rce m u st s u pply th e s u m of th e in pu t a n d ou t-  
pu t sign al cu rren ts, plu s th e bias to ru n th e rest of th e  
IC. Th e m in im u m va lu e for th is cu rren t is 430 µA over  
th e su m of th e requ ired sign al cu rren ts. 2.4 m A is rec-  
om m en ded for m os t pro a u dio application s wh ere  
+15 V su pplies are com m on an d h eadroom is im port-  
an t.  
Mu ltiple s ign als m a y be s u m m ed by m u ltiple res is-  
tors, ju s t as with an in vertin g op am p con figu ration . In  
s u ch a ca se, a sin gle cou plin g ca pa citor m ay be located  
n ext to pin 1 rath er th an m u ltiple ca pa citors at th e  
driven en ds of th e s u m m in g res istors . However, take  
care th a t th e capacitor does n ot act a s an an ten n a for  
stra y sign a ls.  
High er bia s levels are of lim ited valu e, partly be-  
cau se th e res istor m en tion ed in th e positive s u pply dis-  
cu s sion m u st s u pply all th e cu rren t devoted to th e  
core, a n d pa rtly beca u s e th e core tran s istors becom e  
in effective at loggin g an d a n tiloggin g at cu rren ts over  
1 m A.  
Ou tpu t  
Sin ce pin 5 is in ten ded as a cu rren t su pply, n ot a  
volta ge s u pply, bypas sin g a t pin 5 is n ot n ecessary.  
Th e ou tpu t pin (pin 8) is in ten ded to be con n ected to  
a virtu al grou n d n ode, s o th at cu rren t flowin g in it m ay  
be con verted to a voltage (s ee Figu res 3, 14, & 15).  
Ch oose th e extern al op am p for good au dio perfor-  
m an ce. Th e feedback resistor s h ou ld be ch osen based  
on th e desired cu rren t-to-voltage con vers ion con stan t.  
Sin ce th e in pu t resis tor determ in es th e volta ge-to-cu r-  
ren t con version a t th e in pu t, th e fam iliar ratio of Rf/ Ri  
for an in vertin g op a m p will determ in e th e overall volt-  
a ge gain wh en th e VCA IC is s et for 0 dB cu rren t ga in .  
Sin ce th e VCA perform s best at settin gs n ea r u n ity  
ga in , u s e th e in pu t a n d feedback resistors to provide  
design -cen ter gain or los s, if n ecessary.  
Pin 6 is u sed as a grou n d referen ce for th e VCA. Th e  
n on -in vertin g in pu t of th e in tern al op a m p is con -  
n ected h ere, a s a re variou s portion s of th e in tern al bias  
n etwork. It m ay n ot be u sed a s a n addition a l in pu t pin .  
Voltage Con trol  
Th e prim a ry voltage-con trol pin is pin 3. Th is poin t  
con trols gain in versely with applied volta ge: positive  
volta ge cau s es los s, n ega tive voltage cau ses gain . As  
des cribed on Page 6, th e cu rren t ga in of th e VCA is  
u n ity wh en pin 3 is at 0 V with respect to pin s 2 an d 4,  
a n d va ries with voltage a t approxim a tely -6.1 m V/ dB,  
at room tem peratu re.  
A s m a ll feedback ca pa citor arou n d th e ou tpu t op  
a m p is n eces sa ry to ca n cel th e ou tpu t capacitan ce of  
th e VCA. With ou t it, th is ca pa cita n ce will destabilize  
m os t op am ps . Th e capa cita n ce at pin 8 is typica lly  
30 pf.  
As im plied by th e equ a tion for AV (a t th e foot of  
Page 4), th e gain is sen sitive to tem peratu re, in propor-  
tion to th e am ou n t of gain or loss com m an ded. Th e  
con stan t of proportion ality is 0.33% of th e decibel gain  
com m a n ded, per degree Celsiu s , referen ced to 27°C  
(300°K). Th is m ea n s th a t at 0 dB gain , th ere is n o  
ch an ge in gain with tem pera tu re. However, a t -122 m V,  
th e gain will be +20 dB at room tem peratu re, bu t will  
be 20.66 dB a t a tem peratu re 10˚C lower. Th e form u la  
is:  
Power Su pplies  
Th e positive su pply is con n ected directly to pin 7.  
No specia l bypa ss in g is n eces sa ry, bu t it is good pra c-  
tice to in clu de a sm all (~1 µf) electrolytic clos e to th e  
VCA IC on th e PCB. Perform an ce is n ot particu larly de-  
pen den t on s u pply voltage. Th e lowest perm issible su p-  
ply volta ge is determ in ed by th e su m of th e in pu t a n d  
ou tpu t cu rren ts plu s ISET, wh ich m u s t be su pplied  
th rou gh th e res istor a t th e top of th e core tran sistors  
(s ee Figu re 1) wh ile s till allowin g en ou gh voltage swin g  
to bia s th e in tern a l op a m p a n d th e core tran sistors  
th em s elves . Th is resis tor is approxim a tely 2 k. Re-  
du cin g sign al cu rren ts m ay h elp accom m oda te low  
su pply voltages.  
EC+EC−  
Gain =  
,
(0.0061) (1+0.0033) ∆T  
wh ere EC is in volts , a n d T is th e differen ce between  
th e a ctu al tem peratu re a n d room tem pera tu re (25˚C).  
For m ost a u dio a pplica tion s, th is ch a n ge with tem -  
pera tu re is of little con sequ en ce. However, if n eces sary,  
it m ay be com pen sa ted by a res istor wh ich varies its  
valu e by .33%/ ˚C. Su ch pa rts a re ava ilable from RCD  
Com pon en ts , In c, 3301 Bedford St., Man ch es ter, NH,  
USA [(603) 669-0054], a n d KOA/ Speer Electron ics , PO  
Box 547, Bradford, PA, 16701 USA [(814)362-5536].  
Th e h igh est perm is sible s u pply volta ge is fixed by  
th e process ch a racteristics an d in tern al power con -  
su m ption . +15 V is th e n om in al lim it.  
Th e n egative s u pply term in al is in ten ded to be con -  
n ected to a resis tive cu rren t s ou rce, wh ich determ in es  
th e cu rren t available for th e core. As m en tion ed before,  
Wh en pin 3 is u s ed for voltage con trol, pin 2 is con -  
n ected to grou n d an d pin 4 is u s ed to a pply a s m all  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Rev. 10/ 25/ 96  
Page 9  
s ym m etry voltage (<±2.5 m V) to correct for VBE m is-  
m atch es with in th e VCA IC. For th is pu rpose, th e 2150  
s eries devices were design ed for optim u m perform a n ce  
with an im pedan ce of a pproxim ately 50at pin 4. A  
trim pot is u sed to adju s t th e voltage between pin 4  
a n d pin 2 a s sh own in Figu re 3, Page 3. For s u pply  
volta ges oth er th a n s h own , scale RSYM to provide th e  
requ ired a dju stm en t ra n ge.  
erwise requ ired to com m an d h igh a tten u ation  
(+610 m V for -100 dB gain at pin 3 alon e, vs. ±305 m V  
wh en u s in g both pin 3 an d pin s 2 an d 4).  
Con trol Port Drive Im pedan ce  
It h a s a lrea dy been n oted th a t th e con trol port  
s h ou ld be driven by a low sou rce im peda n ce for m in i-  
m u m dis tortion . Th is often su ggests drivin g th e con trol  
port directly with an opam p (see below u n der Nois e  
Cons idera tions ). However, th e closed-loop ou tpu t im -  
peda n ce of an opa m p typically rises a t h igh frequ en cies  
du e to fallin g loop gain . Th e ou tpu t im peda n ce is  
th erefore in du ctive at h igh frequ en cies. Excessive in -  
du ctan ce in th e con trol port sou rce im peda n ce can  
cau se th e VCA to oscillate in tern ally. In su ch cases , a  
51 resistor in series with a 1.5 n f capacitor from th e  
con trol port to grou n d will u su a lly s u ffice to preven t  
th e in s tability.  
It is als o pos sible to u se pin 2 an d pin 4 togeth er as  
a n oppos ite-sen s e voltage con trol port. A typica l circu it  
u sin g th is a pproach is s h own in Figu re 14. Pin 3 m ay  
be grou n ded, an d pin 2 driven a gain st th e sym m etry-  
a dju s tm en t voltage. Th e ch an ge in volta ge a t pin  
4
does h a ve a sm all effect on th e s ym m etry voltage, bu t  
th is is of little pra ctical con sequ en ce in m ost applica-  
tion s . Usin g th e opposite sen se of con trol ca n som e-  
tim es save a n in verter in th e con trol path .  
It is a lso possible (an d advan tageou s) to com bin e  
both con trol ports with differen tial drive (s ee Fig-  
u re 15). Wh ile th e drivin g circu itry is m ore com plex,  
th is con figu ration offers better perform an ce at h igh  
a tten tu a tion levels (<-90 dB) wh ere th e sin gle-con trol-  
port circu its begin to sa tu rate Q1 (for ECdrive) or Q3  
(for EC+ drive). Wh en eith er of th es e tran s istors s atu -  
rates, th e in tern al opam p will accom odate th e ch an ge  
in cu rren t dem an d by respon din g with a sm all ch a n ge  
in its in pu t offs et voltage. Th is lea ds to a n a ccu m u la-  
tion of ch a rge on th e in pu t ca pacitor, wh ich in tu rn  
can ca u s e th u m p wh en th e h igh atten u ation is su d-  
den ly rem oved (e.g., wh en a m u ted ch an n el is open ed).  
Differen tia l con trol drive avoids th e large dc levels oth -  
Noise Consideration s  
It is s econ d n atu re am on g good a u dio design ers to  
con sider th e effects of n oisy devices on th e sign al path .  
As is well kn own , th is in clu des n ot on ly a ctive devices  
s u ch a s op am ps a n d tran s istors , bu t exten ds to th e  
ch oice of im pedan ce levels as well. High va lu e resistors  
h a ve in h eren t th erm al n oise associated with th em , a n d  
th e n ois e perform a n ce of a n oth erwise qu iet circu it can  
be eas ily spoiled by th e wron g ch oice of im pedan ce lev-  
els .  
Less well kn own , h owever, is th e effect of n oisy cir-  
cu itry an d h igh im peda n ce levels in th e con trol path of  
+15V  
47p  
2150  
Series  
VCA  
7
20k  
V+  
3
Ec-  
OUT  
1
INPUT  
-IN  
V-  
Ec+  
-
8
Ec+  
4
GND  
LF351  
OUTPUT  
+15V  
2
10u  
20k  
6
+
5
51  
Rsym  
5.1k  
50k  
SYM  
ADJ  
300k (2155)  
390k (2150A)  
470k (2151)  
Ec+  
-15V  
-15V  
Figu re 14. Pos itive Con trol Port Usin g Pin s 2 an d 4  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  
Page 10  
2150 Series IC VCAs  
volta ge-con trol circu itry. Th e 2150 Series VCAs act like  
dou ble-bala n ced m u ltipliers: wh en n o sign al is presen t  
a t th e sign al in pu t, n ois e at th e con trol in pu t is re-  
jected. So, wh en m eas u rin g n ois e (in th e a bsen ce of  
s ign a l as m ost everyon e does), even very n oisy con -  
trol circu itry often goes u n n oticed. However, n oise a t  
th e con trol port of th ese parts will cau se n ois e m odu la-  
tion of th e sign al. Th is ca n becom e sign ifican t if care  
is n ot taken to drive th e con trol ports with qu iet sig-  
n als .  
To avoid exces sive n ois e, on e m u st ta ke care to u se  
qu iet electron ics th rou gh ou t th e con trol-volta ge cir-  
cu itry. On e u s efu l tech n iqu e is to proces s con trol volt-  
a ges at a m u ltiple of th e even tu al con trol con sta n t  
(e.g., 61 m V/ dB — ten tim es h igh er th a n th e VCA re-  
qu ires ), a n d th en atten u ate th e con trol s ign al ju s t be-  
fore th e fin al drive a m plifier. With carefu l atten tion to  
im pedan ce levels, rela tively n oisy op am ps m a y be  
u sed for all bu t th e fin al s tage.  
Closing Thou gh ts  
Th e 2150 Series VCAs h ave a sm all am ou n t of in -  
h eren t n oise m odu la tion beca u s e of its class AB bia s-  
in g sch em e, wh ere th e s h ot n ois e in th e core  
tran sistors reach es a m in im u m with n o sign a l, an d in -  
creas es with th e squ are root of th e in sta n tan eou s sig-  
n a l cu rren t. However, in an optim u m circu it, th e n oise  
floor ris es on ly to -94 dBV with a 50 µA s ign a l at u n ity  
ga in — 4 dB of n oise m odu lation . By con trast, if a  
u n ity-ga in con n ected, in vertin g 5534 opam p is u sed to  
directly drive th e con trol port, th e n oise floor will rise  
to 92 dBV — 6 dB of n oise m odu lation .  
Th e des ign an d a pplica tion of Voltage-Con trolled  
Am plifiers h a s tra dition ally been pa rtly black art, in -  
volvin g as m u ch m a gic as scien ce. We h ope th at th e  
foregoin g dis cu s sion will h elp to de-m ys tify th e s u bject.  
THAT Corporation welcom es com m en ts, qu estion s  
a n d s u gges tion s rega rdin g th ese devices, th eir design  
a n d a pplica tion . Please feel free to con ta ct u s with you r  
th ou gh ts.  
+15V  
2150  
Series  
VCA  
47p  
20k  
7
V+  
3
Ec-  
OUT  
1
INPUT  
-IN  
V-  
Ec+  
-
8
Ec+  
4
GND  
LF351  
OUTPUT  
+15V  
2
10u  
20k  
6
+
5
+
-
51  
Rsym  
5.1k  
50k  
SYM  
ADJ  
300k (2155)  
390k (2150A)  
470k (2151)  
1k  
1k  
Ec+  
-15V  
-15V  
Figu re 15. Usin g Both Con trol Ports (Differen tial Drive)  
THAT Corporation ; 734 Fores t Street; Marlborou gh , Mas sach u setts 01752; USA  
Tel: (508) 229-2500; Fax: (508) 229-2590; Web: h ttp:/ / www.th atcorp.com  

相关型号:

THAT2180A

Pre-Trimmed IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2180B

Pre-Trimmed IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2180C

Pre-Trimmed IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2181

Trimmable IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2181A

Trimmable IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2181B

Trimmable IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2181C

Trimmable IC Voltage Controlled Amplifiers
ETC

THAT2252

IC RMS-Level Detector
ETC

THAT300

Low-Noise Matched Transistor Array ICs
ETC

THAT300P

Low-Noise Matched Transistor Array ICs
ETC

THAT300S

Low-Noise Matched Transistor Array ICs
ETC

THAT320P

Low-Noise Matched Transistor Array ICs
ETC