Amplificator de jurnal

Amplificator logaritmic ( abrevieri : LU - în literatura rusă, în literatura engleză - Log amp) - un tip de amplificatoare electronice analogice , a căror tensiune de ieșire este proporțională cu logaritmul tensiunii de intrare.

LU este adesea denumit traductoare logaritmice deoarece transformă neliniar (logaritmic) semnalul de intrare.

Cea mai importantă aplicație a amplificatoarelor logaritmice este comprimarea intervalului dinamic de semnale cu un interval dinamic larg. LU-urile sunt, de asemenea, folosite pentru a multiplica și împărți semnalele analogice.

În cazul în care semnalele de intrare și de ieșire sunt semnale de tensiune, caracteristica de transfer a LU are următoarea formă:

V_{out}=V_{y}\cdot \log {\frac {V_{in}}{V_{x}}},

unde este tensiunea de ieșire,

V_{out}

V_{y)

- un coeficient constant, are dimensiunea tensiunii,

V_{in}

- tensiune de intrare,

V_{x}

- o anumită tensiune

V_{out}=0.

În această formulă, nu este important să se stabilească baza logaritmului, deoarece funcțiile logaritmice din orice bază sunt egale cu un factor constant, în această formulă factorul constant este coeficientul $V_{y}.$

Pentru a determina fără ambiguitate caracteristica de transfer a LU dată de această formulă, sunt necesari doi parametri - și $V_{x}$ $V_{y}.$

Amplificator logaritmic bazat pe un amplificator operațional și o diodă

Acest LUT folosește dependența exponențială a curentului printr - o diodă semiconductoare de joncțiune p-n . Dependența curentului prin diodă în funcție de tensiunea pe diodă din teoria unei joncțiuni pn semiconductoare este exprimată prin formula: $I_{\text{d)}$ $U_{\text{d)}$

I_{\text{d}}=I_{\text{s}}\left(\exp {\frac {U_{\text{d}}}{\varphi _{\text{T}}} }-1\dreapta),

unde este curentul termic de saturație al joncțiunii pn polarizate invers,

I_{\text{s)}

\varphi _{\text{T)}

este potenţialul de temperatură.

Potențialul de temperatură este exprimat prin formula:

\varphi _{\text{T}}=kT/e,

unde J / K este constanta Boltzmann ,

k=1{,}38\cdot 10^{-23}

T

este temperatura absolută ,

e=1,6\cdot 10^{-19}

Cl - sarcina elementara .

La temperatura camerei (~300 K) , potențialul de temperatură este de ~25,9 mV.

Deoarece în circuitele practice tensiunea pe diodă este de câteva ori mai mare decât potențialul de temperatură, atunci unitatea dintre paranteze în formula pentru curentul diodei poate fi neglijată, prin urmare: $U_{\text{d)}$ $\exp {\frac {U_{\text{d}}}{\varphi _{\text{T}}}}\gg 1$

I_{\text{d}}\approx I_{\text{s}}\exp {\frac {U_{\text{d}}}{\varphi _{\text{T}}}}.

$U_{\text{d}}=V_{\text{out}},$ deoarece potențialul intrării inversoare a amplificatorului operațional (amplificator operațional) este zero din cauza feedback-ului negativ , iar curentul diodei este egal cu curentul de intrare, deoarece curentul intrării inversoare este zero, aceste două ipoteze sunt valabile pentru un amplificator operațional ideal, amplificatoarele operaționale reale se apropie destul de bine de amplificatorul operațional ideal, adică tensiunea de ieșire a LU, al cărei circuit este prezentat în Figura 1, va fi: $I_{\text{d)}$ $I_{\text{d}}=V_{in}/R,$

V_{\text{out}}=-\varphi _{\text{T}}\ln {\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{s}}\,R }}.

Semnul minus din formulă indică faptul că acest LT inversează semnalul de intrare.

Deoarece formula caracteristică de transfer include doi parametri care depind de temperatura diodei - - crește proporțional cu temperatura absolută și - pentru diodele de siliciu se dublează aproximativ cu o creștere a temperaturii de 15 K, schimbările de temperatură provoacă o eroare de conversie. În circuitele practice , deviația de temperatură este compensată prin diferite tehnici de circuit, complicând circuitul. $\varphi _{\text{T)}$ $I_{\text{s)),$

Configurare transdiode

Dezavantajul structurii cu o diodă este un domeniu dinamic relativ îngust , nu mai mult de 4 decenii . Îl puteți extinde folosind un tranzistor bipolar în feedback-ul amplificatorului operațional . Dependența curentului de colector al tranzistoarelor de siliciu de putere mică de tensiunea de la joncțiunea colectorului respectă o lege exponențială în domeniul curenților de colector de la câțiva picoamperi la câțiva miliamperi, ceea ce permite construirea unui tablou liniar cu un interval dinamic de 5- 6 decenii.

Schema unui astfel de LU este prezentată în Figura 2. Pentru această schemă, sunt îndeplinite următoarele relații:

V_{\text{BE}}=-V_{\text{out)),

I_{\text{C}}=I_{\text{s}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{\varphi _{\text{T}}} }-1\right)\aprox I_{\text{s}}e^{\frac {V_{\text{BE}}}{\varphi _{\text{T}}}},

unde este tensiunea bază-emițător a tranzistorului,

V_{\text{BE}}

I_{\text{s)}

este curentul de saturație termică inversă al joncțiunii emițător-bază,

Unde:

V_{\text{BE}}=\varphi _{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{\text{C}}}{I_{\text{s}}} } }\dreapta).

Datorită împământului virtual de la intrarea de inversare a amplificatorului operațional:

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

și, în sfârșit:

V_{\text{out}}=-\varphi _{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{s}} R}}\dreapta).

Caracteristica de transfer a acestei structuri depinde și de temperatură, iar pentru aplicațiile în care este necesară o precizie crescută, este necesară compensarea derivei termice în circuite.

Aplicație

Pentru a măsura puterea emițătorilor de semnal în sistemele GSM , CDMA , TDMA , precum și pentru a indica semnalul recepționat ( RSSI ).

În instrumentele de măsură, de exemplu, în analizatoarele de spectru ale semnalelor electrice.

Pentru înmulțirea și împărțirea valorilor analogice reprezentate de curent sau tensiune. Pentru aceasta se folosesc identitățile: și , în timp ce operațiunile de înmulțire și împărțire sunt înlocuite cu operațiuni de adunare și scădere care se realizează ușor de sumatori analogici de pe amplificatorul operațional. Transformarea logaritmului obținut al produsului sau a semnalelor analogice parțiale în acest caz se realizează printr-un convertor exponențial (potențial). $\ln xy=\ln x+\ln y$ $\ln {\frac {x}{y}}=\ln x-\ln y,$

Literatură

Utilizarea amplificatoarelor logaritmice pentru măsurarea precisă a puterii , Samkov I. Yu. - M.: Electronic Components, No. 3 2008.
Fundamentele teoriei demodulării amplificatoarelor logaritmice , Samkov I. Yu. - M.: Componente electronice, nr. 3 2009.
Chip-uri de amplificatoare logaritmice ale circuitelor tradiționale , Mikhalev P. - M.: Componente și tehnologii, nr. 8 2007.

Amplificator de jurnal

Amplificator logaritmic bazat pe un amplificator operațional și o diodă

Configurare transdiode

Aplicație

Literatură

Link -uri