Логарифмический преобразователь
Нелинейными функциональными преобразователями сигналов называют электронные схемы, выходные сигналы которых являются нелинейными функциями входных. Логарифмические преобразователи (иногда их называют логарифмическими усилителями, что неверно, так как логарифмирование – процесс нелинейный, а усиление – линейный) получают посредством включения в цепь обратной связи ОУ нелинейного элемента, сопротивление которого меняется при изменении приложенного к нему напряжения. В качестве такого элемента обычно используют диод (рис. 6.21) или транзистор.
Рис. 6.21 |
При этом достаточную для практики точность обеспечивает аппроксимация вольт-амперной характеристики p–n-перехода логарифмической функцией (на самом деле зависимость тока через открытый диод представляет собой дробно-степенную функцию). Так, для всех трех указанных схем можно записать:
Uвыx = –Uн. э = –N lg(Iвx/ I0) = –N lg(Uвx/ I0R1) =
= –N lg(Uвx) + N lg(I0R1) = –N lg(Uвx),
где Uвx – напряжение на входе схемы; Uвыx – выходное напряжение схемы; Uн.э– напряжение на нелинейном элементе (диоде или транзисторе); Iвx – входной ток схемы (и одновременно, в силу огромного значения входного сопротивления ОУ, ток через нелинейный элемент); I0– обратный ток диода или ток неосновных носителей p–n-перехода «эмиттер – база» транзистора; N – масштабный коэффициент; значение R1 подбирают таким, чтобы выполнялось равенство I0R1 = 1 В. Диодная схема (рис. 6.21) обладает большим динамическим диапазоном входных напряжений (до 7 декад), однако она может работать только с однополярным входным сигналом. Транзисторная схема работает с разнополярными входными сигналами, однако точность логарифмирования при ее использовании ниже, чем при использовании диодной схемы, и динамический диапазон меньше (4…6 декад). Наличие транзистора в обратной связи ОУ способствует повышению склонности схемы к самовозбуждению. В качестве противодействия такому нежелательному явлению в цепь эмиттера транзистора включают сопротивление. Схема логарифмического преобразователя является инвертирующей, так как входное напряжение подается на инвертирующий вход ОУ.
Рис. 6.22 | Рис. 6.23 |
На ином принципе построена схема логарифмического преобразователя с кусочно-линейной аппроксимацией (КЛА) амплитудной характеристики (рис. 6.22). Получение кусочно-линейной аппроксимации логаримической зависимости с помощью схемы рис. 6.22 поясняют графики рис. 6.23.
В этой схеме не используется какая-либо нелинейность и логарифмическая зависимость заменяется кусочной аппроксимацией с помощью ломаной линии.
Фактически схема представляет собой линейный инвертирующий усилитель на ОУ, у которого коэффициент усиления КU зависит от уровня входного сигнала. Входной сигнал сравнивается с многочисленными порогами, формируемыми резистивным делителем. Если порог превышен, то открывается диод, включенный в цепь обратной связи усилителя и эта цепь начинает влиять на значение КU = − Rос/Rвx.
Сопротивления R во всех цепях обратной связи одинаковы. Если превышен только самый нижний порог, то включена одна цепь обратной связи, Rос = R, КU = −R/Rвx; при превышении второго порога появляется вторая цепь, параллельная первой и Rос = R/2, КU = −R/2Rвx (в два раза меньше, чем при самом малом входном сигнале), далее Rос по мере превышения все новых порогов принимает значения Rос = R/3, Rос = R/4ит. д., а КU, соответственно, снижается в 3, 4 раза и т. д.
Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 3209;