Log-Verstärker – Alle wichtigen Informationen, die Sie wissen sollten

Hochdynamische Signale stellen Designer immer vor ein Problem. Sie werden für Echo-Entfernungsgeräte wie Radar- oder Sonarsysteme benötigt. Aber in solchen Systemen brauchen wir eine hohe Verstärkung für Signale mit niedriger Amplitude und umgekehrt für Systeme mit hoher Amplitude. Ein weiteres Problem mit den Schildern besteht darin, dass sie skaliert werden müssen. Der Prozess ist unerlässlich, um Eingangssignalverluste und Clipping an beiden Enden des Amplitudenbereichs zu begrenzen. Ein Log-Verstärker ist zur Lösung dieses Problems geeignet. Unser Artikel wird tiefer gehen. Fangen wir an!

Was ist ein Protokollverstärker?

Abbildung 1:Ein herkömmlicher Verstärker

Es ist ein Operationsverstärker, der als logarithmischer Wandler arbeitet. Dennoch ist seine Ausgangsspannung im Gegensatz zu anderen direkt proportional zum natürlichen Logarithmus der tatsächlichen Eingangsspannung.

Daher ergibt bei logarithmischen Verstärkern die Multiplikation des natürlichen Logarithmus der Eingangsspannung mit einem konstanten Wert eine Ausgabe.

Das Arbeitsprinzip des Protokollverstärkers

Abbildung 2:Knöpfe und Eingang eines Vintage-Verstärkers

Die folgende Logarithmusfunktion beschreibt das Arbeitsprinzip von Logarithmusverstärkern:

In der Gleichung steht K für die Konstante. Andererseits repräsentiert Vref die Normalisierungskonstante.

Im Betrieb benötigen die Logarithmusverstärker mehr als einen einzigen Operationsverstärker. In einem solchen Fall werden die zusätzlichen Verstärker als kompensierte Logarithmusverstärker bezeichnet.

Darüber hinaus benötigen sie andere externe Komponenten wie leistungsstarke Operationsverstärker wie LM771, LM714 und LM1458.

Die Diode im logarithmischen Verstärker befindet sich in einem Vorwärtsvorspannungsmodus. Daher lautet die Diodengleichung des Verstärkers

Es stellt den Sättigungsstrom dar, VD stellt den Spannungsabfall der Diode dar und VT ist die thermische Spannung. Es ist auch möglich, den Diodenstrom in einen Zustand mit hoher Vorspannung umzuschreiben.

In diesem Fall

Beachten Sie auch, dass sich die Spannung am invertierenden Anschluss in einem virtuellen Massezustand befindet. Daher ist die Ausgangsspannung gleich –V D .

Beachten Sie außerdem, dass i₁ gleich i_D.

Daher

Die endgültige Gleichung des Spannungsausgangs (Ausgangssignal) des logarithmischen Verstärkers ist

Log-Verstärker-Topologien

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Log-Amps. Erstens gibt es einen mehrstufigen Log-Verstärker und einen DC-Log-Verstärker.

Der mehrstufige Log-Amp

Abbildung 3:Ein Radarbildschirm

Seine Funktionsweise beruht auf einer sequentiellen Begrenzung in einer Reihe von Verstärkern in Reihenschaltung. Sie finden diese Art von Topologie in Hochfrequenzsignalen, und daher wird die Topologie in einer Vielzahl von Anwendungen wie Kommunikationssystemen und Radargeräten geteilt.

Wenn Sie wie unten gezeigt mehrstufige Log-Amps anschließen, erhalten Sie einen logarithmischen Amplitudengang. Bemerkenswert ist auch, dass die Verstärkerserie über Überlastbegrenzungseigenschaften verfügt.

Abbildung 4:Eine mehrstufige Log-Amp-Verbindung.

Während diese Topologie dabei hilft, eine logarithmische Antwort zu erzeugen, ist sie nicht immun gegen Ausbreitungsverzögerungen, und das Problem ist in jeder Verstärkerstufe vorhanden.

Die Ursache ist, dass eine Signalkomponente von der Anfangsstufe zuerst zur Summierschaltung gelangt. Idealerweise sollten die Signale von den anderen Standorten zuerst eintreffen. Das Ergebnis ist eine Verzerrung der Ausgangswellenform.

Das Ändern des primären Log-Schaltkreises der Verstärkerkette löst dieses Problem. Anstelle der einstufigen Verstärker können Sie diese durch Verstärkerpaare ersetzen. In der neuen Verstärkerkonfiguration ist das frühere Problem nicht mehr vorhanden.

Der DC-Log-Verstärker

Abbildung 5:Isometrische elektronische Komponenten Transistoren

Es ist die alternative Log-Amp-Topologie des obigen Typs. In dieser Verstärkerkette befindet sich eine Diode im Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers. In einigen finden Sie anstelle einer Diode einen als Diode geschalteten Transistor.

Der Ausgang des Operationsverstärkers am Basis-Emitter-Übergang des Transistors ist proportional zum logarithmischen Verstärkerstrom am Eingangspegel. Außerdem entspricht die Ausgangsspannung in dieser Konfiguration dem Logarithmus des folgenden Verhältnisses:Eingangsstrom:Emitter-Sättigungsstrom.

Wie die andere Schaltung hat auch diese eine Begrenzung, da sie einen temperaturabhängigen Ausgang hat. Sie können das Problem der Temperaturabhängigkeit lösen, indem Sie zwei Verstärker als Differenzpaar verbinden. Außerdem garantiert eine zusätzliche Temperaturüberwachungsschaltung maßgeblich eine maximale Reaktion.

Protokollverstärkerschaltung

Opamp-Dioden-Log-Verstärker

Der Operationsverstärker verfügt in diesem Fall über eine Diode im Rückkopplungspfad in einer invertierenden Konfiguration mit geschlossenem Regelkreis. Beachten Sie, dass die Spannung an der Diode proportional zum Logarithmus des durchfließenden Stroms ist.

Wenn sich der Operationsverstärker andererseits in einem nicht invertierenden Modus befindet, ist die Ausgangsspannung proportional zum -log des Eingangsstroms. Beachten Sie auch, dass die Eingangsspannung proportional zum Eingangsstrom ist und somit die Ausgangsspannung proportional zum negativen Logarithmus der Eingangsspannung ist.

Opamp-Transistor-Log-Verstärker

Hier ist ein Schaltplan für diesen Verstärkertyp.

Für diese Art von Verstärker gibt es einen Bipolartransistor im Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers in einem invertierenden Modus. Beachten Sie, dass Sie in solchen elektronischen Schaltungen den Kollektor des Transistors mit dem invertierenden Eingang verbinden müssen.

Schließen Sie außerdem den Emitter an den Ausgang an und erden Sie schließlich die Basis.

Damit dieser Operationsverstärker funktioniert, müssen Sie sicherstellen, dass die Eingangsspannung positiv ist.

Anwendungen des logarithmischen Verstärkers

Ein logarithmischer Umrechner ist hilfreich bei:

Abbildung 8:Audioeffektprozessoren in einem Rack.

• Nützlich bei mathematischen Operationen, die Multiplikationen beinhalten.
• Zusätzlich zu Multiplikationsoperationen ist es bei Exponentialfunktionen und Divisionen nützlich.
• Sie sind in analogen Computern nützlich, um Audioeffekte zu synthetisieren.
• Nützlich in einem Analog-Digital-Wandler.
• Auch wichtig bei Messgeräten, die eine Multiplikationsoperation erfordern.
• Log-Verstärker sind für die Berechnung von Dezibel (dB) unerlässlich.
• Monolithische logarithmische Verstärker sind für Operationen im Hochfrequenzbereich unerlässlich.
• Nützlich in Konvertern wie Analog-Digital-Konvertern und Effektivwert-Konvertern.
• Unverzichtbar in Vergleichsanwendungen.
• Zu guter Letzt sind sie bei der AC- und DC-Signalverstärkung nützlich.

Schlussfolgerung

Beim Schaltungsdesign der meisten elektronischen Komponenten sind Protokollverstärker hilfreich. Wir haben alles Wissenswerte über das Element hervorgehoben. Außerdem haben wir, wo nötig, ein Funktionsblockdiagramm beigefügt. Sie sind von entscheidender Bedeutung, um Sie zum Verständnis der Verbindungen zwischen den Verstärkern anzuleiten.

Daher sollten die oben genannten Erkenntnisse von größter Bedeutung sein, damit Sie eine maximale Betriebsfähigkeit der Komponenten erreichen können. Wenn Sie weitere Fragen zu seinem Arbeits- und Kalibrierungsprozess haben, sprechen Sie mit uns, und wir werden Ihre Fragen umgehend beantworten.