Loggförstärkare

En logaritmförstärkare , även känd som logaritmförstärkare eller logaritmförstärkare eller logaritmförstärkare , är en förstärkare för vilken utspänningen V _out är K gånger den naturliga logaritmen för inspänningen Vin _. Detta kan uttryckas som,

V_{\text{out}}=K\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{V_{\text{ref }}}}\höger)

där Vref är normaliseringskonstanten i volt och _K är skalfaktorn.

Logförstärkaren ger en utspänning som är proportionell mot logaritmen för den pålagda inspänningen. För att designa en logförstärkarkrets används ofta högpresterande op-förstärkare som LM1458, LM771, LM714 och en kompenserad logförstärkare kan innehålla mer än en. I vissa situationer, särskilt i RF-domän, används monolitiska logförstärkare också för att minska antalet komponenter och utrymme som används, samt förbättra bandbredd och brusprestanda.

Logförstärkarens funktion kan inverteras av en exponentiator , till exempel en op-amp konfigurerad för exponentiell utmatning .

Loggförstärkarapplikationer

Loggförstärkare används på många sätt, till exempel:

Att utföra matematiska operationer som multiplikation, division och exponentiering. Multiplikation kallas också ibland för att blanda. Detta liknar driften av en linjal och används i analoga datorer , ljudsyntesmetoder och vissa mätinstrument (dvs. effekt som multiplikation av ström och spänning).
För att beräkna dB-värdet för en given kvantitet.
Som en True RMS-omvandlare .
Utöka det dynamiska omfånget för andra kretsar, som automatisk förstärkningskontroll av sändningseffekt i RF- kretsar, eller analog-till-digital-omvandlare .

Nackdelar med grundläggande logförstärkarkonfiguration

Den omvända mättnadsströmmen för dioden fördubblas för varje tiogradig temperaturökning. På liknande sätt varierar emittermättnadsströmmen avsevärt från en transistor till en annan och även med temperaturen. Därför är det mycket svårt att ställa in referensspänningen för kretsen.

Grundläggande op-amp diodkrets

Grundläggande op-amp diodloggomvandlare

Förhållandet mellan ingångsspänningen $V_{\text{in}}$ och utspänningen $V_{\text{out}}$ ges av:

V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{ i}}}{I_{\text{S}}\,R}}\right)

där $I_{\text{S}}$ och $V_{\text{T}}$ är mättnadsströmmen respektive diodens termiska spänning .

Transdiodkonfiguration

En transdiodkonfiguration med en BJT ansluten i den negativa återkopplingsslingan .

En nödvändig förutsättning för framgångsrik drift av en logförstärkare är att inspänningen, V _in , alltid är positiv. Detta kan säkerställas genom att använda en likriktare och filter för att konditionera insignalen innan den appliceras på logförstärkarens ingång. Eftersom V _in är positivt, måste V _ut vara negativt (eftersom operationsförstärkaren är i den inverterande konfigurationen) och är tillräckligt stor för att förspänna emitter-basövergången hos BJT:n och hålla den i det aktiva driftläget. Nu,

{\begin{aligned }V_{\text{BE}}&=-V_{\text{out}}\\I_{\text{C}}&=I_{\text{S}}\left(e^{\frac {V_ {\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)\approx I_{\text{S}}e^{\frac {V_{\text{BE}}}{ V_{\text{T}}}}\\\Högerpil V_{\text{BE}}&=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{\text{C}}} {I_{\text{S}}}}\right)\end{aligned}}

där $I_{\text{S}}\,$ är mättnadsströmmen för emitterbasdioden och $V_{\text{T}}\,$ är den termiska spänningen . På grund av den virtuella jordningen vid operationsförstärkarens differentialingång,

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

och

V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S} }R}}\höger)

Utspänningen uttrycks som den naturliga logaritmen av ingångsspänningen. Både mättnadsströmmen $I_{\text{S}}\,$ och den termiska spänningen $V_{\text{T}}\,$ är temperaturberoende, därför kan temperaturkompenserande kretsar krävas.

Se även

externa länkar

Integrerade DC logaritmiska förstärkare från Maxim's AN 36211
Analog elektronik med Op Amps av AJ Peyton, V. Walsh