对数放大器 - 需要了解的所有重要信息

高动态信号总是会给设计人员带来问题。它们是雷达或声纳系统等回波测距设备所必需的。但是在这样的系统中，我们需要低幅度信号的高增益，反之亦然高幅度系统。此外，标志的另一个问题是它们需要缩放。该过程对于限制输入信号损失和幅度范围两端的削波是必不可少的。对数放大器在解决这个问题方面是相关的。我们的文章将深入探讨。开始吧！

什么是对数放大器？

图 1：传统放大器

它是一个运算放大器，用作对数转换器。然而，与其他产品不同的是，它的输出电压与实际输入电压的自然对数成正比。

因此，在对数放大器中，将输入电压自然对数乘以一个常数值即可得到输出。

对数放大器的工作原理

图 2：老式放大器旋钮和输入

下面的对数函数描述了对数放大器的工作原理：

在等式中，K代表常数。另一方面，Vref 表示归一化常数。

在操作过程中，对数放大器需要一个以上的运算放大器。在这种情况下，附加放大器称为补偿对数放大器。

此外，它们还需要其他外部组件，例如 LM771、LM714 和 LM1458 等高性能运算放大器。

对数放大器中的二极管处于正向偏置模式。因此，放大器的二极管方程为

它代表饱和电流，VD 代表二极管的压降，VT 是热电压。也可以在高偏置状态下重写二极管电流。

在这种情况下，

另外，请注意，反相端子处的电压处于虚拟接地状态。因此，输出电压等于-VD。

此外，请注意 i1 等于 iD。

因此，

对数放大器的电压输出（输出信号）最终方程为

对数放大器拓扑

主要存在两种类型的对数放大器。首先，有一个多级对数放大器和一个直流对数放大器。

多级对数放大器

图 3：雷达屏幕

它的工作依赖于一组串联放大器中的顺序限制。您会在高频信号中发现这种拓扑，因此该拓扑在通信系统和雷达设备等广泛的应用中共享。

当您连接多级对数放大器时，如下图所示，您将获得对数幅度响应。另外值得注意的是，该系列放大器具有过载限制特性。

图 4：多级对数放大器连接。

虽然这种拓扑结构有助于产生对数响应，但它不能免受传播延迟的影响，并且问题存在于每个放大器级。

原因是来自初始阶段的信号分量将首先到达求和电路。理想情况下，来自其他位置的信号应该首先到达。结果是输出波形失真。

改变放大器链的主对数电路将解决这个问题。您可以用成对的放大器代替单级放大器。在新的放大器配置中，前一个问题不再存在。

直流对数放大器

图 5：等距电子元件晶体管

它是上述类型的替代对数放大器拓扑。此放大器串中的运算放大器反馈路径中有一个二极管。你会发现一个二极管连接的晶体管代替了一些二极管。

晶体管基极-发射极结处的运算放大器输出将与输入电平的对数放大器电流成正比。此外，此配置中的输出电压等于以下比率的对数 - 输入电流：发射极饱和电流。

与其他电路一样，这也有局限性，因为它具有与温度相关的输出。您可以通过将两个放大器连接为差分对来解决温度依赖性问题。此外，额外的温度监控电路将显着保证最大响应。

对数放大电路

运算放大器-二极管对数放大器

在这种情况下，运算放大器在闭环反相配置的反馈路径中具有一个二极管。请注意，二极管两端的电压将与通过的电流对数成正比。

另一方面，当运算放大器处于同相模式时，输出电压与输入电流的-log 成正比。另外，请注意输入电压与输入电流成正比，因此输出电压与输入电压的负对数成正比。

运算放大器-晶体管对数放大器

这是这种放大器的电路图。

对于这种放大器，在反相模式下运算放大器的反馈路径上有一个双极结型晶体管。请注意，在此类电子电路中，您需要将晶体管的集电极连接到反相输入。

此外，将发射器连接到输出，最后将基极接地。

要使此运算放大器运行，您必须确保输入电压为正。

对数放大器的应用

对数转换器在以下方面很有帮助：

图 8：机架中的音频效果处理器。

• 在涉及乘法的数学运算中很有用。
• 除了乘法运算之外，它在指数函数和除法中也很有用。
• 它们在模拟计算机中用于合成音频效果非常有用。
• 在模数转换器中很有用。
• 在需要乘法运算的测量仪器中也必不可少。
• 对数放大器在计算分贝 (dB) 时必不可少。
• 单片对数放大器在射频域操作中必不可少。
• 在模数转换器和均方根转换器等转换器中很有用。
• 在比较器应用中必不可少。
• 最后，它们可用于交流和直流信号放大。

结论

在大多数电子元件的电路设计中，对数放大器都有帮助。我们已经突出显示了有关该元素的所有信息。此外，如有必要，我们还提供了功能框图。它们对于指导您理解涉及放大器的连接至关重要。

因此，上述见解对于使您能够实现最大的组件可操作性至关重要。如果您对其工作和校准过程有其他疑问，请与我们联系，我们会及时回复您的问题。