Logversterker – alle belangrijke informatie om te weten

Hoge dynamische signalen zullen altijd een probleem vormen voor ontwerpers. Ze zijn nodig voor echo-afstandsmeters zoals radar- of sonarsystemen. Maar in dergelijke systemen hebben we een hoge versterking nodig voor de signalen met lage amplitude en vice versa voor systemen met hoge amplitude. Een ander probleem met de tekens is dat ze moeten worden geschaald. Het proces is absoluut noodzakelijk om verlies van ingangssignaal en clipping aan beide uiteinden van het amplitudebereik te beperken. Een log-versterker is relevant bij het oplossen van dit probleem. Ons artikel zal dieper onderzoeken. Laten we beginnen!

Wat is een logversterker?

Afbeelding 1:Een conventionele versterker

Het is een operationele versterker die werkt als een logaritmische omzetter. Desalniettemin is de uitgangsspanning, in tegenstelling tot andere, recht evenredig met de natuurlijke logaritme van de werkelijke ingangsspanning.

Vandaar dat in logaritmische versterkers het vermenigvuldigen van de natuurlijke log van de ingangsspanning met een constante waarde een output geeft.

Het werkingsprincipe van een logversterker

Afbeelding 2:Vintage versterkerknoppen en ingang

De volgende logaritmische functie beschrijft het werkingsprincipe van logaritmeversterkers:

In de vergelijking stelt K de constante voor. Aan de andere kant vertegenwoordigt Vref de normalisatieconstante.

Tijdens bedrijf hebben de logaritmeversterkers meer nodig dan een enkele operationele versterker. In een dergelijk geval worden de extra versterkers gecompenseerde logaritme versterkers genoemd.

Bovendien hebben ze andere externe componenten nodig, zoals krachtige op-amps zoals LM771, LM714 en LM1458.

De diode in de logversterker bevindt zich in een voorwaartse voorspanningsmodus. Daarom is de diodevergelijking van de versterker

Het vertegenwoordigt de verzadigingsstroom, VD vertegenwoordigt de spanningsval van de diode en VT is de thermische spanning. Het is ook mogelijk om de diodestroom in een hoge voorspanningstoestand te herschrijven.

In dit geval

Merk ook op dat de spanning op de inverterende terminal zich in een virtuele grondtoestand bevindt. Daarom is de uitgangsspanning gelijk aan -V_D.

Merk bovendien op dat i₁ is gelijk aan i_D.

Daarom

De laatste vergelijking van de uitgangsspanning (uitgangssignaal) van de logversterker is

Logversterkertopologieën

In de eerste plaats bestaan ​​er twee soorten log-versterkers. Ten eerste is er een meertraps log-versterker en een DC-logversterker.

De meertraps log-versterker

Figuur 3:Een radarscherm

Zijn werking berust op sequentiële begrenzing in een reeks versterkers in serieschakeling. Je vindt dit soort topologie in hoogfrequente signalen en daarom wordt de topologie gedeeld in een breed scala aan toepassingen, zoals communicatiesystemen en radarapparatuur.

Wanneer u meertraps logversterkers aansluit, zoals hieronder weergegeven, krijgt u een logaritmische amplituderespons. Ook opmerkelijk is dat de serie versterkers overbelastingsbeperkende eigenschappen heeft.

Afbeelding 4:Een meertraps log-versterkerverbinding.

Hoewel deze topologie helpt bij het genereren van een logaritmische respons, is deze niet immuun voor vertraging in de voortplanting, en het probleem doet zich voor in elke versterkertrap.

De oorzaak is dat een signaalcomponent uit de beginfase als eerste in het optelcircuit komt. Idealiter komen de signalen van de andere locaties als eerste binnen. Het resultaat is een vervorming van de uitgangsgolfvorm.

Het wijzigen van het primaire logcircuit van de versterkerketen zal dit probleem oplossen. In plaats van de enkeltraps versterkers kun je ze vervangen door versterkerparen. In de nieuwe versterkerconfiguratie is het vroegere probleem niet meer aanwezig.

De DC-logversterker

Figuur 5:Isometrische elektronische componenten Transistors

Het is de alternatieve logamp-topologie van het bovenstaande type. Er is een diode in het feedbackpad van de op-amp in deze versterkerreeks. In sommige gevallen vindt u een diode-verbonden transistor in plaats van een diode.

De op-amp-uitgang op de basis-emitterovergang van de transistor zal evenredig zijn met de log-versterkerstroom op het ingangsniveau. Ook is de uitgangsspanning in deze configuratie gelijk aan de logaritme van de volgende verhouding:ingangsstroom:emitterverzadigingsstroom.

Net als de andere schakeling heeft ook deze een beperking omdat deze een temperatuurafhankelijke uitgang heeft. U kunt het temperatuurafhankelijkheidsprobleem oplossen door twee versterkers als differentieel paar aan te sluiten. Ook zal een extra temperatuurbewakingscircuit een maximale respons aanzienlijk garanderen.

Logversterkercircuit

Opamp-diode log-versterker

De op-amp heeft in dit geval een diode in het feedbackpad in een inverterende configuratie met gesloten lus. Merk op dat de spanning over de diode evenredig is met de log van stroom die erdoorheen gaat.

Aan de andere kant, wanneer de op-amp zich in een niet-inverterende modus bevindt, is de uitgangsspanning evenredig met de -log van de ingangsstroom. Merk ook op dat de ingangsspanning evenredig is met de ingangsstroom en dat de uitgangsspanning dus evenredig is met de negatieve log van de ingangsspanning.

Opamp-transistor log-versterker

Hier is een schakelschema voor dit type versterker.

Voor dit soort versterker is er een bipolaire junctietransistor op het feedbackpad van de op-amp in een inverterende modus. Let op, in dergelijke elektronische circuits moet u de collector van de transistor aansluiten op de inverterende ingang.

Sluit ook de zender aan op de uitgang en aard tenslotte de basis.

Om deze op-amp te laten werken, moet u ervoor zorgen dat de ingangsspanning positief is.

Toepassingen van de logaritmische versterker

Een logaritmische omzetter is handig in het volgende:

Afbeelding 8:Audio-effectprocessors in een rek.

• Nuttig bij wiskundige bewerkingen waarbij vermenigvuldiging betrokken is.
• Naast vermenigvuldiging is het ook handig bij exponentiële functies en delen.
• Ze zijn handig in analoge computers voor het synthetiseren van audio-effecten.
• Nuttig in een analoog-naar-digitaal converter.
• Ook essentieel bij meetinstrumenten die een vermenigvuldigingsoperatie vereisen.
• Logversterkers zijn essentieel bij het berekenen van decibel (dB).
• Monolithische logaritmische versterkers zijn essentieel bij operaties in het radiofrequentiedomein.
• Nuttig in converters zoals analoog-naar-digitaal converters en root mean square converters.
• Essentieel in vergelijkingstoepassingen.
• Ten slotte zijn ze nuttig bij AC- en DC-signaalversterking.

Conclusie

Bij het circuitontwerp van de meeste elektronische componenten zijn logversterkers nuttig. We hebben alles uitgelicht wat er te weten valt over het element. Ook hebben we waar nodig een functioneel blokschema opgenomen. Ze zijn essentieel om u te helpen de verbindingen met de versterkers te begrijpen.

De bovenstaande inzichten zouden dus van het grootste belang moeten zijn om u in staat te stellen maximale inzetbaarheid van componenten te bereiken. Als u nog vragen heeft over het werk- en kalibratieproces, neem dan contact met ons op en we zullen snel op uw vragen reageren.