مقدمة إلى شركات إنتاج لوغاريثومي في تجهيز الإشارات

وفي مجال تجهيز الإشارات الحديثة، فإن إدارة مجموعة واسعة من إشارات المدخلات تتسم بأهمية حاسمة للحفاظ على سلامة الإشارة ووضوحها، وما إذا كان التطبيق هو ضغط سمعي، وقياس قدرة الترددات، أو اقتناء بيانات الاستشعار، يجب أن تستوعب الدوائر إشارات يمكن أن تتباين بأوامر عديدة من الحجم دون تشوه، فوسم الكم الهائل من الشعارات اللوغارية (الرمزية) يعالج هذه الحاجة مباشرة من خلال تطبيق التحول اللوغاريتمي إلى النطاق المركب، مما يجعل من المركبة أكثر فعالية.

وتستكشف هذه المادة المبادئ النظرية وراء التوسع في استخدام الأخشاب، وتوفر التوجيه العملي في مجال التصميم لتنفيذ دوائر تسجيل الدخول، وتفصل تفاصيل عن أهم المهندسين في مجال تبادل الأداء الذين يجب النظر في طلباتهم، وسنناقش أيضا تطبيقات العالم الحقيقي، ونتضمن أمثلة تصميمية يمكن أن تكون الأساس لتنفيذات العرف، والهدف هو تقديم إشارة شاملة وموثوقة لكل من يصمم أو يدمج الدوائر في سلاسل تجهيز الإشارات.

المبادئ الأساسية للمضللين اللغاريثيين

جهاز كمبّر لوغاريثاميكي هو جهاز إلكتروني يُعدّ إنتاجه (أو الحالي) متناسباً مع شعار فولتاج المدخلات (أو الحالي) ويمكن التعبير عن وظيفة النقل المثالية لقطع الخشب على أنها:

Vout] = K · log10](V]in) / Vref

حيث K] عامل جدول (غالباً - 1 V في كل عقد) و]V]]ref هو تركيب مرجعي يحدد نقطة التقلب (مثل، 1 V).

(أ) [ملحوظة] [مضبوطة] [مضبوطة]

ويأتي ضغط النطاق الديناميكي بطبيعة الحال من وظيفة النقل هذه: فالزيادة العشرية في حجم المدخلات لا تنتج إلا زيادة خطية في الناتج (مثلاً، 1 خامساً). وهذا يحول دون ظهور إشارات كبيرة من التقليص ويعزز في الوقت نفسه المساهمة النسبية للإشارات الصغيرة، ويجذب بفعالية النطاق الديناميكي إلى نطاق أضيق يمكن أن تتعامل الدوائر في أسفل النهر مع الصدق الشديد.

الضغط الديناميكي: الحاجة والآلية

أما الضغط على النطاق الديناميكي فهو عملية الحد من الفرق بين أرفع وأسرع أجزاء الإشارة، وفي مجال التجهيز الصوتي، فإن هذا أمر أساسي لمنع التشويه في أشرطة اللاهوت أو المحولات الرقمية، وضمان مستويات الاستماع المتسقة، وتحسين القدرة على الاستنباط في بيئات الضجة، كما أن نظم التأليف والاتصال، وضغط النطاق الدينامي يحمي أجهزة استقبال حساسة من الحمولة المفرطة، ويتيح قياسا دقيقا لأوامر التردد.

وقطعة الخشب تُنجز الضغط من خلال تطبيق منحنى غير خطي للنقل الذي هو أكثر حزماً للإشارات الصغيرة وضحلية بالنسبة للكبيرات، وبالتالي فإن الناتج هو تمثيل مُضغط حيث يُفقد الحجم المطلق ولكن نسبة الدي سيبل مُصان، ولهذا السبب تستخدم قطع الأشجار في كثير من الأحيان في قياس القدرة على توليد الطاقة،

تصميم دائرة مكبرات لوغاريثاميكية: التأطير الأساسي

جهاز الدمج الأساسي

ويستخدم شعار " الشعار العملي " () جهازاً واحداً من أجهزة السيليكون (مثلاً، 1N4148 أو BAT54) في حلقة التغذية المرتدة من عملية جراحية، كما أن مقاوم المدخلات R يضع مدخلاته الحالية، وينتج إنتاجه من طراز dio " I-Vage " .

Vout = -n(VT) ; ln(in]] / (Rin]

وأخيراً، تعمل الدائرة على مدى أربعة عقود (مثلاً، 1 ملليون إلى 10 V)، ولكنها تنطوي على عدة عيوب، أولاً، إن عامل المثالية [(FLT:0]) وخط التحلل الحالي ](S) [الدرجة الأولى من درجة الحرارة العالية():

جهاز ضخ مضخم مرسل

A significant improvement uses a bipolar junction transistor (BJT) in place of the diode. The transistor’s collector-base junction is connected as a dio (base and collector shorted), and the transistor’s exponential characteristic more closely follows the ideal V[FLT:]

Vout = -VT · ln(]in / (Rin]]

Notice that thermal voltage VT] (not ]n VT) appears; for a matched transistor couple, the ideality factor abolishs out, and the slope is better defined. Using a transistor such as the 2N3904 or BC547

تقنيات التعويض المؤقت

The main limitation of all semiconductor log amps is their strong temperature dependence. both VT (which scales with absolute temperature) and ]S]]] (which roughly doubles for every 10 °C rise)

  • استخدام زوج مترجم مطابق ] في تشكيلة " لو-راتيو " ، ويحمل مترجم واحد مدخلاً؛ أما الآخر فيحمل قائمة مرجعية.
  • Implement a temperature- dependent gain stage after the log amp. An analog multiplier or a thermistor-based resistanceor network can adjust the output scale inversely with temperature. For example, placing a positive temperature coefficient (PTC) resistanceor in the feedback of a second op-amp can compensate for the
  • () استخدام مركب معتمد مخصص لتضخيم لوغاريثام اللوغاريت ] مثل الأجهزة الأنغولية AD8307 () الربط الخارجي [) أو [الدرجة العالية]

مقتطفات مفصَّلة: لوغ واسع النطاق الديناميكية - رانج مستعملاً أشعة أوب - أمب ومترجم

(أ) [تبين عملية التصميم، النظر في بناء مدخل يعمل على مدى 100 ميكروغرام إلى 10 V (أي 5 عقود) [مركبة صغيرة] [مركبة متطورة]

الاختيار المستجيب: ]

  • Op-amp:] OPA227 has a 5 miV compensate voltage, which would be negligible for inputs down to 100 miV (0.1% error). Its transimpedance bandwidth exceeds 1 MHz, sufficient for audio and low-frequency instrumentation.
  • Transistor:] 2N3904 has a wide current range; its beta is typically ⁇ 100 at currents down to 10 nA. The base-collector junction is shorted (acting as a diode-connected transistor). Its collector current is supplied by the op-amp output.
  • Input resistor:] 100 k sets the input current to ]Iin] = Vin[100
  • Reference current source:] To implement temperature compensation via the log-ratio method, we include a second similar transistor with its base-emitter junction driven by a stable reference current (e.g., 10 miA from a current source). The two base-emitter voltages are subtracted using a difference amplifior (a third op-amp confi).

وفيما يلي ناتج مرحلة المتعاقد من الباطن:

V]out] = -VT · ln(Vin] / (R]in) Iref[FT:8]

At room temperature, VT ng 0.026 V, so the slope is 26 mV per decade. For practical use, we amplify this output by a factor of about 38.5 to get exactly 1 V per decade (e.g., using a non-inverting op-amp stage with a gain of (1 + R)

الاعتبارات العملية وعمليات المحاكاة

عند بناء هذه الدائرة، ضعوا في اعتبارهم ما يلي:

  • Input compensate voltage of the op-amp must be low enough that it does not create errors at the lower input end. Most precision op-amps (OPA27, LT1490) are adequate.
  • Parasitic capacitances at the inverting node can cause phase shift and oscillation. Add a small feedback capacitor (10-100 pF) in parallel with the transistor to settle the cycle.
  • () إن الاستجابة المتكررة [(FLT:1]) من مقطع الخشب هي في جوهرها غير خطي، حيث تنخفض الضمادات مع انخفاضات في الوقت الراهن بسبب تزايد التخلف الدينامي للوقود/المروح، وقد يكون لقطع الخشب النموذجي نطاق عدة مئات من الكهرتز بمدخلات عالية، ولكن قليلا من الكهرتز في أدنى نطاق مستلزمات واسعة النطاق.
  • Reectification and filtering - إذا كانت المدخلات هي AC (مثلاً، القدرة السمعية أو الترددية)، يجب أن يكون جهاز الكشف عن الذروة أو محول من طراز RMS-to-DC مفترقاً، غير أن العديد من أجهزة قياس الأخشاب الحديثة تدمج وظيفة الكشف.

المعمار المتقدم للسجلات

مخلفات كشف

أما بالنسبة لتطبيقات التردد العالي (الرقم المرقم إلى عدة ميغاهيرتز)، فإن نهج الكشف المتعاقب يستخدم على نطاق واسع، ويتألف من سلسلة من المراحل المتماثلة من المضخات، ويتبعها كل منها جهاز استجمام (مدير)، وتلخص نواتج جميع أجهزة الكشف لإنتاج نطاق رئيسي من DC يتناسب مع سجل حجم الإشارة المرجعية، ويوفر هذا الهيكل درجة حرارة عالية من المقياس رقم 95 (B).

المترجمون الشفويون والمسدسون

وفي العديد من تطبيقات الاستشعار البصري والكيميائي، يمكن أن تتباين الصورة الفوتوغرافية من مستحضر التصوير الضوئي على مدى عقود عديدة، ويستخدم جهاز الترميز المزود بمقياس للأشعة دونوغرافية (وهو جهاز لاسلكي متصل بالدي أو جهاز مترجم ثنائي القطب) بصورة مباشرة فولتية تناسب مع نظام لوغاريتم الشدة الخفيفة، وهذا مفيد في نظم قياس المضاربة، ومقاييس حرارة الصوت، ومقياس درجة الحرارة المستخرجة.

طلبات أجهزة الاستنشاق باللوغاريثام

ولا غنى عن أجهزة التضخيم اللغاريثية في مجموعة واسعة من التخصصات:

  • Audio Signal Processing:] Compressors, limiters, and equalizers use log amps to implement level detection and gain control curves that mimic human hearing.
  • RF and Microwave Power Measurement:] As mentioned, many power meters and spectrum analyzers rely on log amps to convert RF power (which may be in dBm) to a linear DC voltage for display. Such instruments can measure from -70 dBm to +20 dBm with high accuracy.
  • Medical Imaging:] In ultrasound and MRI systems, the echo signals from curriculum boundaries vary enormously in amplitude. Log compression is applied to map these signals to the limited dynamic range of the display (e.g., 8-bit grayscale) while maintaining subtle detail. The dynamic range compmpion performed by a log log.
  • Sensor Data Acquisition:] pH meters, light meters, ionization chambers, and some accelerometers produce outputs that span many decades. A log amp interface simplifies digitization by reducing the range from, say, 1 mV to 10 V to a more manageable 0-3 range for a standard ADC.
  • Compmunications:] Automatic gain control (AGC) in receivers often uses ampre in log to detect the received signal strength indicator (RSSI). The log amp output gives a rapid, monotonic indication of signal strength that allows the AGC cycle to adjust gain smoothly without tracking artifacts.

In environments where signal levels are unpredictable or vary widely, log amps provide a robust analog front end that simplifies system design and improves overall performance. For an excellent overview of theory and many practical log amp designs, the application note ]Log Amp Basics from Analogices] ()

اختبار ووصف لونغ امب

وعند تقييم دائرة حروف الأخشاب، فإن البارامترات الرئيسية لقياسها هي خطأ الامتثال للقطع، والنطاق الدينامي، ودرجة الحرارة العائمة، ويستخدم الاختبار النموذجي مصدراً متطوراً دقيقاً (أو مصدره الحالي) يمكن أن يمتد عبر النطاق المقصود، إذ تسجل كل خطوة حجم الناتج وتقارنه بوظيفة لوغاريتية مثالية، وتضع الخطأ في المئة أو في العلامات الفوقة.

(ب) التحقق من استقرار درجة الحرارة، ووضع الدائرة في فرن متحكم فيه درجة الحرارة (أو استخدام سلاح حراري وجهاز حرق حراري) ورصد الناتج عند مستوى أو مستويين من المدخلات، وينبغي أن يكون الانجراف أقل من 0.1 دروني/س بالنسبة للدوائر غير المشمولة، وأقل من 0.01 درونيغرام/س بالنسبة للتصميمات المعوضة.

خاتمة

ويظل المضخمون اللغاريون أداة حيوية لضغط النطاق الدينامي في تجهيز الإشارات، إذ إن قدرتهم على تحويل نطاق مدخلات متعدد الأوجه إلى ناتج خطي يسهل تغييره يجعلها مثالية لللوجستيات، ونموذج التردد، والتأليف، والتطبيقات الطبية، وسواء قمتم ببناء دائرة متبادلة مفصّلة لتفاعل مع أجهزة الاستشعار العرفية أو اختيار مبادئ معيارية ذاتية لقياس التردد العالي

For further reading, consult Texas Instruments’ Log Amplifier Cookbook (]external link) which provides additional circuit variants and detailed analysis of frequency compensation techniques.