Усилитель логарифма — вся важная информация, которую нужно знать

Высокодинамичные сигналы всегда будут представлять проблему для дизайнеров. Они необходимы для эхо-локационных устройств, таких как радары или гидролокаторы. Но в таких системах нам нужен высокий коэффициент усиления для сигналов с малой амплитудой и, наоборот, для систем с высокой амплитудой. Кроме того, еще одна проблема со знаками заключается в том, что они требуют масштабирования. Этот процесс обязателен для ограничения потерь и ограничения входного сигнала на любом конце диапазона амплитуд. Для решения этой проблемы уместен логарифмический усилитель. Наша статья будет исследовать глубже. Начнем!

Что такое усилитель журнала?

Рис. 1. Обычный усилитель

Это операционный усилитель, который работает как логарифмический преобразователь. Тем не менее, в отличие от других, его выходное напряжение прямо пропорционально натуральному логарифму фактического входного напряжения.

Следовательно, в логарифмических усилителях умножение натурального логарифма входного напряжения на постоянное значение дает выходной сигнал.

Принцип работы Log Amplifier

Рис. 2. Ручки и вход винтажного усилителя

Следующая логарифмическая функция описывает принцип работы логарифмических усилителей:

В уравнении K представляет собой константу. С другой стороны, Vref представляет собой константу нормализации.

Во время работы логарифмическим усилителям требуется более одного операционного усилителя. В таком случае дополнительные усилители называются компенсированными логарифмическими усилителями.

Кроме того, им требуются другие внешние компоненты, такие как высокопроизводительные операционные усилители, такие как LM771, LM714 и LM1458.

Диод в логарифмическом усилителе находится в режиме прямого смещения. Следовательно, уравнение диода усилителя

Он представляет собой ток насыщения, VD представляет собой падение напряжения на диоде, а VT представляет собой тепловое напряжение. Также можно переписать ток диода в состоянии высокого смещения.

В этом случае

Также обратите внимание, что напряжение на инвертирующем выводе находится в состоянии виртуальной земли. Следовательно, выходное напряжение равно -V_D.

Кроме того, обратите внимание, что i₁ равно i_D.

Следовательно,

Окончательное уравнение выходного напряжения (выходного сигнала) логарифмического усилителя

Топологии усилителя журнала

Прежде всего, существует два типа логарифмических усилителей. Во-первых, это многокаскадный логарифмический усилитель и логарифмический усилитель постоянного тока.

Многокаскадный логарифмический усилитель

Рис. 3. Экран радара

Его работа основана на последовательном ограничении в наборе усилителей, соединенных последовательно. Вы найдете такую ​​топологию в высокочастотных сигналах, и поэтому эта топология используется в широком диапазоне приложений, таких как системы связи и радарные устройства.

При подключении многокаскадных логарифмических усилителей, как показано ниже, вы получите логарифмическую амплитудную характеристику. Также следует отметить, что серия усилителей имеет характеристики ограничения перегрузки.

Рис. 4. Подключение многокаскадного логарифмического усилителя.

Хотя эта топология помогает генерировать логарифмическую характеристику, она не защищена от задержки распространения, и проблема присутствует на каждом каскаде усилителя.

Причина в том, что составляющая сигнала из начального каскада сначала попадет в схему суммирования. В идеале сигналы из других мест должны поступать первыми. Результатом является искажение формы выходного сигнала.

Изменение первичной цепи логарифмической цепи усилителя решит эту проблему. Вместо однокаскадных усилителей их можно заменить парами усилителей. В новой конфигурации усилителя прежней проблемы больше нет.

Усилитель журнала постоянного тока

Рис. 5. Изометрические электронные компоненты Транзисторы

Это альтернативная топология логарифмического усилителя описанного выше типа. В цепи обратной связи операционного усилителя в этой цепочке есть диод. В некоторых вы найдете транзистор с диодным соединением вместо диода.

Выход операционного усилителя на переходе база-эмиттер транзистора будет пропорционален току логарифмического усилителя на входном уровне. Кроме того, выходное напряжение в этой конфигурации равно логарифму следующего соотношения:входной ток:ток насыщения эмиттера.

Как и в другой схеме, у этой также есть ограничение, поскольку она имеет выходной сигнал, зависящий от температуры. Решить проблему температурной зависимости можно, соединив два усилителя дифференциальной парой. Кроме того, дополнительная схема контроля температуры значительно гарантирует максимальный отклик.

Схема логарифмического усилителя

Лаговый усилитель на операционном диоде

Операционный усилитель в этом случае имеет диод в цепи обратной связи в инвертирующей конфигурации с обратной связью. Обратите внимание, что напряжение на диоде будет пропорционально логарифму протекающего через него тока.

С другой стороны, когда операционный усилитель находится в неинвертирующем режиме, выходное напряжение пропорционально -log входного тока. Также обратите внимание, что входное напряжение пропорционально входному току, и, таким образом, выходное напряжение пропорционально отрицательному логарифму входного напряжения.

Логанговый усилитель на операционном усилителе

Вот принципиальная схема для этого типа усилителя.

Для усилителя такого типа на пути обратной связи операционного усилителя в инвертирующем режиме имеется транзистор с биполярным переходом. Обратите внимание, что в таких электронных схемах вам нужно будет подключить коллектор транзистора к инвертирующему входу.

Также подключите эмиттер к выходу и, наконец, заземлите базу.

Чтобы этот операционный усилитель работал, вы должны убедиться, что входное напряжение положительное.

Применение логарифмического усилителя

Логарифмический преобразователь полезен в следующих случаях:

Рис. 8. Процессоры аудиоэффектов в стойке.

• Полезно в математических операциях, связанных с умножением.
• Помимо операций умножения, это полезно в экспоненциальных функциях и делении.
• Они полезны в аналоговых компьютерах для синтеза звуковых эффектов.
• Полезен в аналого-цифровом преобразователе.
• Также важно в измерительных приборах, требующих операции умножения.
• Логафорные усилители необходимы для расчета децибел (дБ).
• Монолитные логарифмические усилители необходимы для работы в радиочастотной области.
• Полезен в преобразователях, таких как аналого-цифровые преобразователи и преобразователи среднеквадратичного значения.
• Обязательно для компараторов.
• Наконец, они полезны для усиления сигналов переменного и постоянного тока.

Заключение

В схемотехнике большинства электронных компонентов полезны логарифмические усилители. Мы выделили все, что нужно знать об элементе. Кроме того, там, где это необходимо, мы включили функциональную блок-схему. Они жизненно важны для того, чтобы помочь вам понять соединения, связанные с усилителями.

Таким образом, приведенные выше идеи должны иметь первостепенное значение для обеспечения максимальной работоспособности компонентов. Если у вас есть дополнительные вопросы о его работе и процессе калибровки, свяжитесь с нами, и мы оперативно ответим на ваши вопросы.