Amplificador de registro

Amplificador logarítmico ( abreviaturas : LU - en literatura rusa, en literatura inglesa - Log amp) - un tipo de amplificadores electrónicos analógicos , cuyo voltaje de salida es proporcional al logaritmo del voltaje de entrada.

La LU a menudo se conoce como transductores logarítmicos porque transforma la señal de entrada de forma no lineal (logarítmica).

La aplicación más importante de los amplificadores logarítmicos es la compresión del rango dinámico de señales con un amplio rango dinámico. Las LU también se utilizan para multiplicar y dividir señales analógicas.

En el caso de que las señales de entrada y salida sean señales de tensión, la característica de transferencia de la LU tiene la siguiente forma:

V_{salida}=V_{y}\cdot \log {\frac {V_{entrada}}{V_{x}}},

donde esta el voltaje de salida

V_{fuera}

{\ Displaystyle V_ {y}}

- algún coeficiente constante, tiene la dimensión de voltaje,

V_{en}

- voltaje de entrada,

V_{x}

- un cierto voltaje

V_{salida}=0.

En esta fórmula no es importante poner la base del logaritmo, ya que las funciones logarítmicas en cualquier base son iguales hasta un factor constante, en esta fórmula el factor constante es el coeficiente $V_{y}.$

Para determinar sin ambigüedades la característica de transferencia de la LU dada por esta fórmula, se requieren dos parámetros: y $V_{x}$ $V_{y}.$

Amplificador logarítmico basado en un amplificador operacional y un diodo

Esta LUT utiliza la dependencia exponencial de la corriente a través de un diodo semiconductor de unión p-n . La dependencia de la corriente a través del diodo en función del voltaje a través del diodo de la teoría de una unión pn de semiconductores se expresa mediante la fórmula: $I_{\text{d))$ $U_{\text{d))$

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

donde es la corriente térmica de saturación de la unión pn polarizada inversamente,

I_{\text{s))

{\ estilo de visualización \ varphi _ {\ texto {T}}}

es el potencial de temperatura.

El potencial de temperatura se expresa mediante la fórmula:

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

donde J / K es la constante de Boltzmann ,

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

T

es la temperatura absoluta ,

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

Cl - carga elemental .

A temperatura ambiente (~300 K) , la temperatura potencial es de ~25,9 mV.

Dado que en los circuitos prácticos el voltaje a través del diodo es varias veces mayor que el potencial de temperatura, entonces la unidad entre paréntesis en la fórmula para la corriente del diodo puede despreciarse, por lo tanto: $U_{\text{d))$ $\exp {\frac {U_{\text{d}}}{\varphi _{\text{T}}}}\gg 1$

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

$U_{\text{d}}=V_{\text{fuera}},$ dado que el potencial de la entrada inversora del amplificador operacional (op-amp) es cero debido a la retroalimentación negativa , y la corriente del diodo es igual a la corriente de entrada, dado que la corriente de la entrada inversora es cero, estas dos suposiciones son válidas para un amplificador operacional ideal, los amplificadores operacionales reales se acercan bastante bien al amplificador operacional ideal, es decir, el voltaje de salida de la LU, cuyo circuito se muestra en la Figura 1, será: $I_{\text{d))$ $I_{\text{d}}=V_{en}/R,$

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

El signo menos en la fórmula indica que este LT está invirtiendo la señal de entrada.

Dado que la fórmula de la característica de transferencia incluye dos parámetros que dependen de la temperatura del diodo: aumenta en proporción a la temperatura absoluta y , para los diodos de silicio, se duplica aproximadamente con un aumento de temperatura de 15 K, los cambios de temperatura provocan un error de conversión. En los circuitos prácticos , la deriva de temperatura se compensa con varias técnicas de circuito, lo que complica el circuito. ${\ estilo de visualización \ varphi _ {\ texto {T}}}$ $I_{\text{s)),$

Configuración del transdiodo

La desventaja de la estructura con un diodo es un rango dinámico relativamente estrecho , no más de 4 décadas . Puede expandirlo usando un transistor bipolar en la retroalimentación del amplificador operacional . La dependencia de la corriente de colector de los transistores de silicio de baja potencia con el voltaje en la unión del colector obedece a una ley exponencial en el rango de corrientes de colector desde unos pocos picoamperios hasta varios miliamperios, lo que permite construir un arreglo lineal con un rango dinámico de 5- 6 décadas.

El esquema de tal LU se muestra en la Figura 2. Para este esquema, se cumplen las siguientes relaciones:

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

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

donde es el voltaje base-emisor del transistor,

V_{\text{BE}}

I_{\text{s))

es la corriente de saturación térmica inversa de la unión base-emisor,

dónde:

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

Debido a la tierra virtual en la entrada inversora del amplificador operacional:

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

y finalmente:

V_{\text{salida}}=-\varphi _{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{entrada}}}{I_{\text{s}} R}}\derecha).

La característica de transferencia de esta estructura también depende de la temperatura, y para aplicaciones donde se requiere mayor precisión, se requiere compensación de deriva térmica en el circuito.

Aplicación

Para medir la potencia de transmisores de señal en sistemas GSM , CDMA , TDMA , así como para indicar la señal recibida ( RSSI ).

En instrumentos de medida, por ejemplo, en analizadores de espectro de señales eléctricas.

Para multiplicar y dividir valores analógicos representados por corriente o voltaje. Para esto, se utilizan las identidades: y , mientras que las operaciones de multiplicación y división se reemplazan por operaciones de suma y resta que se realizan fácilmente mediante sumadores analógicos en el amplificador operacional. La transformación del logaritmo obtenido del producto o señales analógicas parciales en este caso se realiza mediante un convertidor exponencial (potenciador). ${\ estilo de visualización \ ln xy = \ ln x + \ ln y}$ $\ln {\frac {x}{y}}=\ln x-\ln y,$

Literatura

El uso de amplificadores logarítmicos para la medición precisa de potencia , Samkov I. Yu. - M.: Electronic Components, No. 3 2008.
Fundamentos de la teoría de la demodulación de amplificadores logarítmicos , Samkov I. Yu. - M.: Electronic Components, No. 3 2009.
Chips de amplificadores logarítmicos de circuitos tradicionales , Mikhalev P. - M .: Componentes y tecnologías, No. 8 2007.

Amplificador de registro

Amplificador logarítmico basado en un amplificador operacional y un diodo

Configuración del transdiodo

Aplicación

Literatura

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