Логарифмирующие и антилогарифмирующие схемы

Для построения схем с логарифмическими передаточными функциями используются вольт-амперные характеристики p-n переходов. Для высококачественных p-n переходов эти характеристики моделируются выражением:

, (9.1)

где — напряжение на диоде;

— ток, протекающий через диод;

— ток диода в режиме насыщения;

N — const [В].

Схема логарифмического усилителя приведена на рис. 9.16.

Рисунок 9.22 — Схема логарифматора

Учитывая, что точка 1 является виртуальным нулем (U ₁₀@0), можем записать:

Подставив значение U_д из выражения (9.1), получим

. (9.2)

Требуется получить для схемы логарифматора . Это получится из выражения (9.2), если выполняется неравенство:

. (9.3)

Следовательно, при выполнении неравенства (9.3) для приведенной схемы получим:

(9.4)

Для устранения смещения нуля, обусловленного напряжением в неинвертирующий вход включают резистор R.

Оценим динамический диапазон изменения для входного () и выходного () сигналов. Динамический диапазон логарифматоров по входу очень велик, и чем он больше, тем выше качество схемы. Минимальный входной сигнал определяется уровнем температурного дрейфа и шумов, которые составляют порядка десятков микровольт. Для типовых ОУПТ в рабочем диапазоне температур 0¸40°С . Максимальный входной сигнал ОУПТ определяется допустимым напряжением уровня базо-эмиттерного перехода транзисторов входного дифференциального каскада, которое порядка 5В ().

Тогда динамический диапазон входных сигналов для представленных уровней составит:

Проходная характеристика логарифмирующей схемы приведена на рис. 9.17. Динамический диапазон выходного сигнала логарифматора существенно сжат и на 5 порядков изменения входного сигнала изменяется на 5 Вольт.

Рисунок 9.23 — Проходная характеристика логарифматора

Антилогарифмирование — операция обратная логарифмированию. При изменении входного сигнала на несколько вольт динамический диапазон выходного сигнала очень велик и составляет 4–6 порядков.

Принципиальная схема антилогарифматора приведена на рис. 9.18. Проведя аналогичные выкладки, получим:

; .

Если тогда:

.

Окончательно имеем:

.

Рисунок 9.24 — Схема антилогарифматора

Следовательно, данная схема антилогарифмирует входной сигнал, равный U_д.

В качестве элемента ОС, имеющего логарифмическую характеристику, для логарифматоров и антилогарифматоров можно использовать [20]:

а) транзисторно-диодную схему (рис. 9.19). Применяется в диапазоне токов 10^–11¸10^–4 А, обеспечивая динамический диапазон по входу 10⁷;

б) диодную схему (рис. 9.20). Работает в диапазоне токов 10^–9¸10^–4 А, обеспечивая динамический диапазон 5 порядков (10⁵);

в) транзисторную схему (рис. 9.20). Рекомендуется для токов 10^–8¸10^–4 А и обеспечивает динамический диапазон по входу 10⁴.

Схема прецизионного модуля показана на рис.9.22. Она состоит из пары согласованных по параметрам транзисторов VT1 и VT2, резистора установки токов R_G =15±0,3 кОм и резистора термокомпенсации R_Т.К. =955±10 Ом, обладающего ТКR =+0,3 %/°С [20].

Рисунок 9.25 — Логарифматор с транзисторно-диодной схемой

Рисунок 9.26 — Логарифматор с диодной схемой

Дата добавления: 2014-01-04