Log forstærker

Logaritmisk forstærker ( forkortelser : LU - i russisk litteratur, i engelsk litteratur - Log amp) - en type analoge elektroniske forstærkere , hvis udgangsspænding er proportional med logaritmen af indgangsspændingen.

LU omtales ofte som logaritmiske transducere , fordi den ikke-lineært (logaritmisk) transformerer inputsignalet.

Den vigtigste anvendelse af logaritmiske forstærkere er komprimering af det dynamiske område af signaler med et bredt dynamisk område. LU'er bruges også til at multiplicere og dividere analoge signaler.

I det tilfælde, hvor input- og outputsignalerne er spændingssignaler, har overførselskarakteristikken for LU følgende form:

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

hvor er udgangsspændingen,

V_{ud}

{\displaystyle V_{y))

- en eller anden konstant koefficient, har dimensionen af spænding,

V_{in}

- indgangsspænding,

V_{x}

- en vis spænding

V_{out}=0.

I denne formel er det ikke vigtigt at sætte basis for logaritmen, da de logaritmiske funktioner i enhver base er lig op til en konstant faktor, i denne formel er den konstante faktor koefficienten $V_{y}.$

For entydigt at bestemme overførselskarakteristikken for LU givet ved denne formel, kræves to parametre - og $V_{x}$ $V_{y}.$

Logaritmisk forstærker baseret på en operationsforstærker og en diode

Denne LUT bruger den eksponentielle afhængighed af strøm gennem en p-n junction halvlederdiode . Afhængigheden af strømmen gennem dioden afhængig af spændingen over dioden fra teorien om en halvleder-pn-forbindelse er udtrykt ved formlen: $I_{\text{d))$ $U_{\text{d))$

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

hvor er den termiske mætningsstrøm for den omvendt forspændte pn-forbindelse,

I_{\text{s))

\varphi _{\text{T))

er temperaturpotentialet.

Temperaturpotentialet er udtrykt ved formlen:

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

hvor J / K er Boltzmann konstanten ,

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

T

er den absolutte temperatur ,

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

Cl - elementær ladning .

Ved stuetemperatur (~300 K) er temperaturpotentialet ~25,9 mV.

Da spændingen over dioden i praktiske kredsløb er flere gange højere end temperaturpotentialet, kan enheden i parentes i formlen for diodestrømmen ignoreres, derfor: $U_{\text{d))$ $\exp {\frac {U_{\text{d}}}{\varphi _{\text{T}}}}\gg 1$

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

$U_{\text{d}}=V_{\text{out}},$ da potentialet for den inverterende indgang på operationsforstærkeren (op-amp) er nul på grund af negativ feedback , og diodestrømmen er lig med indgangsstrømmen, da strømmen af den inverterende indgang er nul, er disse to antagelser gældende for en ideel op-amp, rigtige op-amps nærmer sig den ideelle op-amp ganske godt, det vil sige, udgangsspændingen af LU, hvis kredsløb er vist i figur 1, vil være: $I_{\text{d))$ $I_{\text{d}}=V_{in}/R,$

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

Minustegnet i formlen indikerer, at denne LT inverterer indgangssignalet.

Da transferkarakteristikformlen omfatter to parametre, der afhænger af diodens temperatur - - stiger proportionalt med den absolutte temperatur og - for siliciumdioder ca. fordobles med en temperaturstigning på 15 K, forårsager temperaturændringer en konverteringsfejl. I praktiske kredsløb kompenseres temperaturdrift af forskellige kredsløbsteknikker, hvilket komplicerer kredsløbet. $\varphi _{\text{T))$ $I_{\text{s)),$

Transdiode konfiguration

Ulempen ved strukturen med en diode er et relativt snævert dynamisk område , ikke mere end 4 årtier . Du kan udvide den ved at bruge en bipolær transistor i op-forstærkerens feedback . Afhængigheden af kollektorstrømmen for laveffekts siliciumtransistorer af spændingen ved kollektorforbindelsen adlyder en eksponentiel lov i området for kollektorstrømme fra nogle få picoampere til flere milliampere, hvilket gør det muligt at bygge et lineært array med et dynamisk område på 5- 6 årtier.

Skemaet for en sådan LU er vist i figur 2. For dette skema er følgende relationer opfyldt:

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

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

hvor er transistorens base-emitterspænding,

V_{\text{BE}}

I_{\text{s))

er den omvendte termiske mætningsstrøm af emitter-basisforbindelsen,

hvor:

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

På grund af den virtuelle jord ved den inverterende indgang på op-ampen:

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

og endelig:

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

Overførselskarakteristikken for denne struktur afhænger også af temperaturen, og til applikationer, hvor der kræves øget nøjagtighed, kræves termisk driftkompensation i kredsløbet.

Ansøgning

Til at måle effekten af signalsendere i GSM- , CDMA- , TDMA -systemer samt at indikere det modtagne signal ( RSSI ).

I måleinstrumenter, for eksempel i spektrumanalysatorer af elektriske signaler.

Til at multiplicere og dividere analoge værdier repræsenteret ved strøm eller spænding. Til dette bruges identiteterne: og , mens operationerne multiplikation og division erstattes af additions- og subtraktionsoperationer, der let udføres af analoge addere på op-amp. Transformationen af den opnåede logaritme af produktet eller delvise analoge signaler i dette tilfælde udføres af en eksponentiel (potentierende) konverter. $\ln xy=\ln x+\ln y$ $\ln {\frac {x}{y}}=\ln x-\ln y,$

Litteratur

Brugen af logaritmiske forstærkere til nøjagtig effektmåling , Samkov I. Yu. - M .: Electronic Components, nr. 3 2008.
Grundlæggende om teorien om demodulerende logaritmiske forstærkere , Samkov I. Yu. - M .: Electronic Components, nr. 3 2009.
Chips af logaritmiske forstærkere af traditionelle kredsløb , Mikhalev P. - M .: Components and technologys, nr. 8 2007.

Log forstærker

Logaritmisk forstærker baseret på en operationsforstærker og en diode

Transdiode konfiguration

Ansøgning

Litteratur

Links