Логарифмический усилитель кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое логарифмический усилитель, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое логарифмический усилитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.

логарифмический усилитель (logarithmic amplifier) - это электронное устройство, которое выполняет преобразование входного напряжения в соответствующий выходной сигнал, пропорциональный логарифму входного напряжения.

Логарифмический усилитель (аббревиатуры: ЛУ — в русскоязычной литературе, в англоязычной литературе — Log amp) — вид аналоговых электронных усилителей, выходное напряжение которых пропорционально логарифму входного напряжения.

ЛУ часто называют логарифмическими преобразователями, так как он нелинейно (логарифмически) преобразует входной сигнал.

Наиболее важным применением логарифмических усилителей является сжатие динамического диапазона сигналов с широким динамическим диапазоном. Также ЛУ применяются для перемножения и деления аналоговых сигналов.

В случае, когда входные и выходные сигналы являются сигналами напряжения, передаточная характеристика ЛУ имеет следующий вид:

где — выходное напряжение,

— некоторый постоянный коэффициент, имеет размерность напряжения,

— входное напряжение,

— некоторое напряжение, при котором

В этой формуле непринципиально задание основания логарифма, так как логарифмические функции по любому основанию равны с точностью до постоянного множителя, в этой формуле постоянный множитель — коэффициент

Для однозначного определения передаточной характеристики ЛУ, заданной этой формулой, требуется задание двух параметров — и .

Логарифмический усилитель на операционном усилителе и диоде

Конкретная реализация логарифмического усилителя может варьироваться в зависимости от требуемых характеристик и спецификаций. Обычно для реализации логарифмических усилителей используются операционные усилители и различные элементы сглаживания и фильтрации сигнала.

Важно отметить, что точная схема и реализация логарифмического усилителя может зависеть от конкретного приложения и требований к устройству.

Рисунок 1. Инвертирующий ЛУ на операционном усилителе и диоде.

В этом ЛУ используется экспоненциальная зависимость тока через полупроводниковый диод с p-n-переходом. Зависимость тока через диод в зависимости от напряжения на диоде из теории полупроводникового p-n-перехода выражается формулой:

где — тепловой ток насыщения обратно смещенного p-n-перехода,

— температурный потенциал.

Температурный потенциал выражается формулой:

где Дж/К — постоянная Больцмана,

— абсолютная температура,

Кл — элементарный заряд.

При комнатной температуре (~300 K) температурный потенциал составляет ~25,9 мВ.

Так как в практических схемах напряжение на диоде в несколько раз превышает температурный потенциал, то и единицей в скобках в формуле для тока диода можно пренебречь, поэтому:

так как потенциал инвертирующего входа операционного усилителя (ОУ) за счет действия отрицательной обратной связи равен нулю, и ток диода равен входному току, так как ток инвертирующего входа равен нулю, эти два допущения справедливы для идеального ОУ, реальные ОУ достаточно хорошо приближаются к идеальному ОУ, то есть выходное напряжение ЛУ, схема которого приведена на рисунке 1 будет:

Знак «минус» в формуле указывает, что этот ЛУ инвертирует входной сигнал.

Так как в формулу передаточной характеристики входят два параметра, зависящие от температуры диода - — нарастает пропорционально абсолютной температуре и — для кремниевых диодов приблизительно удваивается при увеличении температуры на 15 К, изменения температуры вызывают ошибку преобразования. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В практических схемах температурный дрейф компенсируют различными схемотехническими приемами, усложняя схему.

Трансдиодная конфигурация

Рисунок 2. ЛУ выполненный на ОУ и биполярном транзисторе.

Недостаток структуры с диодом — сравнительно узкий динамический диапазон, не более 4 декад. Расширить его можно применив в обратной связи ОУ биполярный транзистор. Зависимость тока коллектора маломощных кремниевых транзисторов от напряжения на коллекторном переходе подчиняется экспоненциальному закону в диапазоне токов коллектора от единиц пикоампер до нескольких миллиампер, что позволяет строить ЛУ с динамическим диапазоном в 5-6 декад.

Схема такого ЛУ приведена на рисунке 2. Для этой схемы выполняются соотношения:

где — напряжение база-эмиттер транзистора,

— обратный тепловой ток насыщения перехода эмиттер-база,

откуда:

Из-за виртуальной земли на инвертирующем входе ОУ:

и окончательно:

Передаточная характеристика этой структуры также зависит от температуры, и для применений, где необходима повышенная точность, требуется схемотехническая компенсация температурного дрейфа.

Применение

Основное применение логарифмических усилителей связано с обработкой сигналов, которые имеют широкий динамический диапазон, например, в аудио- и видеоаппаратуре, телекоммуникационных системах, радиосвязи и других областях.

Логарифмические усилители могут использоваться для различных целей, включая амплитудную компрессию (ограничение динамического диапазона), детектирование амплитуды, а также измерение и контроль сигналов, которые имеют экспоненциальный характер изменения, например, акустические или радиосигналы.

Для измерения мощности передатчиков сигнала в системах GSM, CDMA, TDMA, а также индикации принимаемого сигнала (RSSI).

В измерительных приборах, например, в анализаторах спектра электрических сигналов.

Для перемножения и деления аналоговых величин, представленных током или напряжением. Для этого используются тождества: и , при этом операции умножения и деления заменяются операциями сложения и вычитания легко выполняемыми аналоговыми сумматорами на ОУ. Преобразование полученного логарифма произведения или частного аналоговых сигналов в этом случае производится экспоненцирующим (потенцирующим) преобразователем.

Логарифмические усилители используются по-разному, например:

• Для выполнения математических операций, таких 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.
• Как преобразователь истинного среднеквадратичного значения .
• Расширение динамического диапазона других схем, таких как автоматическая регулировка усиления мощности передачи в радиочастотных цепях или аналого-цифровых преобразователях .

Недостатки базовой конфигурации логарифмического усилителя

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

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Диод
• усилитель

Исследование, описанное в статье про логарифмический усилитель, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое логарифмический усилитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства