Лог усилитель

Логарифмический усилитель , также известный как логарифмический усилитель , логарифмический усилитель или логарифмический усилитель , представляет собой усилитель для которого выходное напряжение Vout _в раз K превышает натуральный логарифм входного напряжения Vin _. , Это можно выразить так:

V_{\text{out}}=K\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{V_{\text{ref}}}}\right)

где V _ref — константа нормализации в вольтах, а K — масштабный коэффициент.

Логарифмический усилитель выдает выходное напряжение, пропорциональное логарифму приложенного входного напряжения. Для разработки схемы логарифмического усилителя обычно используются высокопроизводительные операционные усилители , такие как LM1458, LM771, LM714, а компенсированный логарифмический усилитель может включать более одного. В некоторых ситуациях, особенно в радиочастотной области, монолитные логарифмические усилители также используются для уменьшения количества компонентов и используемого пространства, а также для улучшения полосы пропускания и снижения уровня шума.

Работу логарифмического усилителя можно инвертировать с помощью экспоненты , например операционного усилителя, настроенного на экспоненциальный выходной сигнал . ^[1]

Приложения логарифмического усилителя

Логарифмические усилители используются по-разному, например:

Выполнять математические операции, такие как умножение, деление и возведение в степень. Умножение также иногда называют смешиванием. Это похоже на работу логарифмической линейки и используется в аналоговых компьютерах , методах синтеза звука и некоторых измерительных приборах (например, мощность как произведение тока и напряжения).
Для расчета значения дБ заданной величины.
В качестве преобразователя True RMS .
Расширение динамического диапазона других схем, таких как автоматическая регулировка усиления мощности передачи в радиочастотных цепях или аналого-цифровых преобразователей .

Недостатки базовой конфигурации логарифмического усилителя

Обратный ток насыщения диода удваивается при повышении температуры на каждые десять градусов Цельсия. Аналогично, ток насыщения эмиттера значительно варьируется от одного транзистора к другому, а также в зависимости от температуры. Следовательно, очень сложно установить опорное напряжение для схемы. ^[2]

Базовая схема диода операционного усилителя

Связь между входным напряжением $V_{\text{in}}$ и выходное напряжение $V_{\text{out}}$ дается:

V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S}}\,R}}\right)

где $I_{\text{S}}$ и $V_{\text{T}}$ – ток насыщения и тепловое напряжение диода соответственно.

Динамический диапазон этой базовой диодной схемы на операционном усилителе ограничен 40–60 дБ из-за неидеальных характеристик диода, но динамический диапазон можно увеличить до более чем 120 дБ, заменив диод транзистором в «трансдиодной» конфигурации. . ^[3]

Конфигурация трансдиода

Необходимым условием успешной работы логарифмического усилителя является то, чтобы входное напряжение V _in всегда было положительным. Этого можно добиться, используя выпрямитель и фильтр для обработки входного сигнала перед его подачей на вход логарифмического усилителя. Поскольку V _in положительное, V _out должно быть отрицательным (поскольку операционный усилитель находится в инвертирующей конфигурации) и достаточно велико, чтобы смещать вперед переход эмиттер-база биполярного транзистора, удерживая его в активном режиме работы. Сейчас,

{\begin{aligned}V_{\text{BE}}&=-V_{\text{out}}\\I_{\text{C}}&=I_{\text{S}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)\approx I_{\text{S}}e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}\\\Rightarrow V_{\text{BE}}&=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{\text{C}}}{I_{\text{S}}}}\right)\end{aligned}}

где $I_{\text{S}}\,$ - ток насыщения диода эмиттер-база и $V_{\text{T}}\,$ это тепловое напряжение . Из-за виртуальной земли на дифференциальном входе ОУ,

I_{\text{C}}={\frac {V_{\text{in}}}{R}}

, и

V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S}}R}}\right)

Выходное напряжение выражается как натуральный логарифм входного напряжения. Оба тока насыщения $I_{\text{S}}\,$ и тепловое напряжение $V_{\text{T}}\,$ зависят от температуры, поэтому могут потребоваться схемы температурной компенсации.

См. также

Ссылки

^ «Теория и применение логарифмических усилителей АН-311» (PDF) . Техасские инструменты . 2013. Архивировано (PDF) из оригинала 19 июня 2024 г. Проверено 30 июля 2024 г. }
^ Преобразование среднеквадратического значения в постоянный ток стало простой линейной технологией, примечание к проекту 288, 2002 г.
^ «Учебное пособие по MT-077: основы логарифмического усилителя» (PDF) . Аналоговые устройства . 2009. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2022 г. Проверено 28 июня 2023 г.

Внешние ссылки

Интегральные логарифмические усилители постоянного тока от Maxim's AN 36211
Аналоговая электроника с операционными усилителями Эй Джей Пейтона, В. Уолша

[1] «Теория и применение логарифмических усилителей АН-311» (PDF) . Техасские инструменты . 2013. Архивировано (PDF) из оригинала 19 июня 2024 г. Проверено 30 июля 2024 г. }

[2] Преобразование среднеквадратического значения в постоянный ток стало простой линейной технологией, примечание к проекту 288, 2002 г.

[3] «Учебное пособие по MT-077: основы логарифмического усилителя» (PDF) . Аналоговые устройства . 2009. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2022 г. Проверено 28 июня 2023 г.

[1]

[2]

[3]