Signal Processing'da Logarithmik Amplifiers'a giriş

Modern sinyal işlemede, çok sayıda dinamik giriş sinyalleri yönetmek sinyal bütünlüğünü ve açıklıklarını korumak için kritiktir. Uygulama ses sıkıştırması, RF güç ölçüm veya sensör veri alımı, devreler, birçok değişken olmadan değişebilir sinyalleri barındırmalıdır.Bir logarithmik yükselteç (log amp) doğrudan girişe bir günlük dönüşümü uygulayarak bu ihtiyacı ele alır, dinamik aralığı etkili bir şekilde sıkıştırabilir.Bu, düşük hacimli sinyalleri ele almak için mümkün kılar.

Bu makale, logarithmik ampplikasyonun arkasındaki teorik ilkeleri araştırıyor, giriş amp devrelerini uygulamak için pratik bir tasarım rehberliği sunar ve anahtar performans ticaret mühendislerini dikkate almalıdır. Ayrıca gerçek dünya uygulamalarını tartışacağız ve özel uygulamalar için temel olarak hizmet edebilecek örnekler içerecektir.

Logarithmik Amplifiers

Bir logaritmik yükselteç, çıktı gerilimi (veya mevcut) giriş geriliminin logarithm of the input voltaj (veya mevcut) ile orantılı olarak ifade edilebilir: Bir log amp için ideal transfer fonksiyonu ifade edilebilir:

[FONT:0][DÜDÜDÜDÜŞÜŞÜNÜ: 1)[Üye Olmayanlar İçindekiler[Üye Olmayanlar İçindekiler)[Üye Olmayanlar İçindekiler[Üyeler)

[FONT=0)K[DÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Temel olan mekanizma, yarı iletken eklemlerin üst üsteki değişkenliğidir.[Dönetici:0)[D[Dönder:2][DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler)[DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler)[DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler)[GÜNÜye Olmayanlar İçindekiler)

Dinamik aralık sıkıştırma doğal olarak bu transfer işlevinden takip eder: girişte on kat artış sadece yüksek sadakatle başa çıkabilen bir lineer artıştır (örneğin, 1 V). Bu, kliplerden büyük sinyalleri önler ve aynı anda küçük sinyallerin göreceli katkısını artırır, dinamik aralığın yüksek sadakatle idare edebileceği dar bir gruba kadar çekmesini önler.

Dinamik Range Essay: İhtiyaç ve Mechanism

Dinamik aralık sıkıştırması, ses işlemenin en yüksek ve en sessiz kısımları arasındaki amplitüd farkı azaltma sürecidir, bu, analog kaset veya dijital dönüştürücülerdeki bozulmaları önlemek için gereklidir ve gürültülü ortamlardaki tutarsızlıkları artırmak.In enstrümantasyon ve iletişim sistemlerinde, dinamik aralık sıkıştırma hassas alıcıları aşırı yüklemeden korur ve sinyallerin doğru ölçümlerini sağlar (örneğin, radar geri döndürür.

Bir günlük amp, mutlak ölçek kaybolduğunun ancak ses oranı – veya decibel seviyesi – bu yüzden giriş amplitüsüsü genellikle RF güç ölçümlerinde kullanılır: çıktı gerilimi doğrudan doğruya doğru orantılıdır.

Bir Logarithmik Amplifier Devre Tasarımı: Core Topolojis

Temel Diode-Log Amplifier

En basit pratik giriş amp tek bir silikon diyot kullanır (örneğin, 1N4148 veya BAT54) geri bildirimde bir af-amp. giriş direnicisi:0)R) neredeyse sıfır (gerçekten) olarak), o yüzden diyotun içindeki gerilim aynı zamanda, o zaman baskıyı takip eden gerilimin (kendi başına) sağlandığında yüksek kazanç sağlar.

[FONT:0][DÜDÜDÜDÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜ TÜSİADİ SİADİ SİAD SİAD SİAD SİAD ÂNİN ÂHİRLER ÂNİN ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂNİN ÂHİRLER ÂHİRLER ÂNİNŞİ ÂHİRLER ÂNİNŞİ ÂNİNŞİ ÂNİN ÂNİNŞİ ÂNİN ÂHİRLER ÂNİNŞİ ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂNİNŞİ ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂNİN ÂNİNŞÜŞÜ

Bu devre yaklaşık dört on yıl boyunca iyi çalışır (örneğin, 1 mV’ye 10 V’ye kadar), ancak sıcaklık duyarlıdır, eğime ve eğime neden olur.

Transistor-Based Log Amplifier

Bir diyot (BJT) diyotun yerinde oldukça iyi bir gelişme kullanır.The Transistör-base kisci-base kisve koleksiyoncu kısa bir süre ile bağlantılıdır; ve transistörlerin üst üste daha yakından takip ettiği gibi, [DDDDDD) [Düzüğün 6 ila 6-8 yıl boyunca) arasındaki ilişkiyi takip eder.

[FONT:0][DÜDÜDÜDÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜye: ÂHÂHÂHÂHÂHÂDÜŞÜNÜ ÂHÂHÂHÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİRLER ÂHİR ÂHİRLER ÂHİRLER ÂN ÂHİRLER ÂHİRLER ÂN ÂHİRLER ÂN ÂN ÂN ÂNİN

Termal gerilimin:0)VT[DÜDÜT 1:0) (notize:2)) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Sıcaklık Açıklama Teknikleri

Tüm yarı iletken giriş amplerinin ana sınırlamaları güçlü sıcaklık bağımlılığıdır. Her ikiurlu da:0)VT) ve aşağıdaki tekniklerin bir veya daha fazlaını azaltmak için:2).I).

  • [FONT=0) Bir eşleştirilmiş transistör çifti bir "log-ratio" konfigürasyonunda.Bir transistör mevcut girdileri taşır; diğeri referanslar taşır). Bu, birçok ticari giriş amplifünün arkasındaki ilkedir.
  • [FONT:0] Bir sıcaklık bağımlısı bir aşama[Dönetici:0))) bir analog amplif veya akmisatör tabanlı direnç ağı, çıkış ölçeklerini sıcaklıkla ayarlayabilir. Örneğin, pozitif bir sıcaklık katlama katsayı (PTC) geri bildirimine karşı dirençlidir.
  • [FONT:0) Bir IC'yi logaritmik amplifikasyona adanmış olarak kullanın[DÜT:2)Analog Cihazları AD8307)[D[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayan Linkler[DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler) veya DÜŞÜNÜye Olmayanlar (DÜye Olmayanlar))

Detaylı Örnek: A Wide-Dynamic-Range Log Amp Bir Op-Amp ve Transistororor kullanarak

Tasarım sürecini göstermek için, giriş gerilimi aralığı 100 μV üzerinde çalışan bir giriş amplitübünü [Düzücük: 5 yıl) inceleyeceğiz. Düşük devreli bir giriş aktif-ampütürünü (örneğin, s.)[D)[D)[D:0))[D:0|[Dönetici:2|[Dönetici:2|Dönetici: 9)) ve sc.

[0]Component seçimi:[Dönemli:[Dönemli)[[Dönemli seçim:[Dönemli)

  • [FONT:0)Op-amp: [Dönetici: [Dönder: [Dönetici: 0,8] OPA227, 5 μV dengeleme gerilimine sahiptir, bu da 100 μV'ye kadar girişler için uygun olacaktır (% 0.1 hata).
  • [FONT:0)Transistor:[Dönetici:[Dönetici:0) 2N3904 geniş bir mevcut aralığı vardır; beta genellikle 10 nA'ya kadar 100. ana-kolek bandı kısadır (konuş-bağlayıcısı olarak bağlantıya bağlanır).
  • [FONT=0)[[Dönetici] [Dönetici: {0}[Dönetici: {0}[Dönetici][Dönetici: {0|D][/FONT=))[[D][/FONT=3][/FONT=))))) {0|0|0|0|0|0|0|0|15|0|0|0|0|0|15|15|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
  • [FONT:0)Reference mevcut kaynağı:[Dönetici:0]Dörtücü gerilimler ile sıcaklık tazminatını uygulamak için, bir yükleyici olarak yapılandırılan ikinci bir transistör ekledik.

Kaldırıcı sahnenin çıktısı:

[FONT:0)V[DÜDÜDÜDÜ:2)[Üye: 9)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)))

Oda sıcaklığında, 0:0)VT[DÜDÜDÜDÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Pratik Tanımlar ve Simülasyonlar

Böyle bir devre inşa ederken, aşağıdakileri aklınızda bulundurun:

  • [FONT:0)Input dengeleme gerilimi[[Dönetici:0) Af-amp'ın düşük giriş sonunda hataları yaratmaması yeterli olacaktır. En hassas af-amps (OPA227, LT1490) yeterli.
  • [FONT=0] Parasitic kapasitances[[Dönetici:0))) inverting node faz değişimi ve oscillation neden olabilir. küçük bir geri yükleme cihazı ekleyin (10-100 pF) ile birlikte, transistörle birlikte döngüyü stabilize etmek için.
  • [FONT=0]Frequency response[[Dönetici:0)Dörtücük, girişteki tüm bant genişliğini gerektiren uygulamalar için, diyot/transistor'un dinamik bir şekilde kısıtlanması (örneğin AD8307) yüksek girişlerde birkaç yüz kHz bant genişliğine sahip olabilir.
  • [FONT=0]Rectification and filter – Eğer giriş AC (örneğin, ses veya RF gücü), bir zirve dedektörü veya RMS-to-DC dönüştürücü, giriş amplifikasyonundan önce gelmelidir. Ancak, birçok modern giriş amplifikatörü algılama işlevini birleştirir.

Gelişmiş Log Mimarileri

Başarıcı-Deteksiyon Girişi

Yüksek frekanslı uygulamalar (DC to several GHz), başarıcı-deteksiyon yaklaşımı yaygın olarak kullanılır.Aynı limitli yükselteç aşamalarından oluşur, her biri bir retifier (detector) tarafından takip edilir. Tüm dedektörlerin çıktıları DC'den 500 MHz'ye kadar çalışır ve 25 mV / dB'ye kadar (100 dB'ye kadar) mükemmel bir şekilde sabitlenir.

Photodiodes ve Sensörler için Logarithmic Converter

Birçok optik ve kimyasal algılama uygulamaları, bir fotodiode'den fotoğraf akımları onlarca yıldan fazla değişebilir. Bir transimpedance amplifikatör ile aynı sıcaklık tazminat ilkeleri uygulanır, genellikle bir eşli fotoğraf çift veya bipolar transistör kullanarak doğrudan ışık yoğunluğuna göre bir gerilim sağlar.Bu, spektrofometre, deyimometride faydalıdır.

Logarithmik Amplifiers Uygulamaları

Logarithmik yükselteçler geniş bir disiplin aralığında vazgeçilmezdir:

  • [FONT=0]Seso Signal Processing:[Döncükler, limitler ve eşitleştiriciler, seviye algılamayı uygulamak ve taklit eden kontrol eğrilerini kazanmak için oturum açma ve kullanma becerisine de sahiptir. Ayrıca, "analog modellemesi" etkiler.
  • [FONT=0)RF ve Mikrodalga Güç Ölçümü:[Dönemli olarak, birçok güç metre ve spektrum analizcisi RF gücü dönüştürmek için log ampsülmeye güveniyor (bu görüntü için lineer DC gerilimi olabilir.Bu tür cihazlar için lineer DC gerilimi ölçmek için.
  • [FONT=0)Medical Görüntüleme: [Dönetici: [Dönetici: 0,0) Ultrason ve MRG sistemleri, doku sınırlarından gelen yankı sinyalleri çok büyük ölçüde amplitüdünde değişir. Log kompresyon, bu sinyalleri ekranın sınırlı dinamik yelpazesine haritaya haritaya uygular (örneğin, 8bit gri ölçekli)
  • [FONT=0]Sensor Data Acquisition:[Dönetici: [Dönetici: 0-3 V standart ADC için bir standart için.Bu, uzun yıllar boyunca çıktılar üretmek için ihtiyaç duyar.Bir log amp arayüzü, aralığı azaltarak sayısallaştırmayı basitleştirir, 1 mV ila 10 V standart ADC için 0-3 V.
  • [[Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: 0,0) İletişimler:[[Döneticiler: [FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=

Sinyal seviyelerinin tahmin edilemez veya geniş ölçüde değiştiği ortamlarda, kriptografik cihazlardan sağlam bir analog cephe uç sağlar () Sürekli olarak teori ve birçok pratik giriş tasarımlarına genel bir bakış için, uygulama notu:0)Log Ampirik Cihazlar).

Bir Log Ampilitesini Test Etmek ve Karakterize Etmek

Bir log amp devresini değerlendirildiğinde, ölçüm için anahtar parametreler, giriş uygun hatadır, dinamik aralık ve sıcaklık sürükler. Tipik bir test seti, doğrulanmış aralıkta 5 yıl içinde 0,5 dB içinde olabilir.Her adım için, çıktı gerilimi kaydeder ve onu ideal bir logarith işlevi ile karşılaştırır.

Sıcaklık stabilitesini kontrol etmek için, bir sıcaklık kontrollü fırında devre (veya bir ısı tabancası ve termo çift) ve bir veya iki giriş seviyesindeki çıktıyı izlemek gerekir.Saç, 0.1 dB/°C'den daha az olmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Logarithmik yükselteçler sinyal işlemede dinamik bir aralık sıkıştırma için hayati bir araç olarak kalır. Çok boyutlu bir giriş aralığına doğrusal, kolayca sayısal bir çıktı onları görsel, RF, enstrümantasyon ve tıbbi uygulamalar için ideal kılar. Özel bir sensör arayüzü için ayrı bir transistör tabanlı devre inşa etmek veya yüksek frekanslı ölçümler için monolithic IC seçmek için, altta yatan ilkeleri aynı şekilde uygular: gerçek bir logakonomik yanıt oluşturmak için mükemmel bir karakteristik kullanır.

Daha fazla okuma için, danışma:0)Texas Instruments' Log Amplifier Cookbook) ([Dönetici bağlantı) ek devre çeşitleri ve frekans tazminat teknikleri ayrıntılı analiz sağlar.