Нелинейные преобразователи сигналов. Логарифмирующий усилитель. Антилогарифмирующий усилитель

Нелинейные устройства предназначены для преобразования (изменение) формы сигнала и соответствующего изменения его спектра. Нелинейные элементы широко используются в устройствах переноса спектра (модуляторах), образования новых частотных составляющих (детекторах), а также для линеаризации характеристик датчиков и расши-рения динамического диапазона, регулирования коэффициента усиления и других целей.

К нелинейным относят преобразователи, в которых выходной сигнал связан с входным нелинейной зависимостью . Наибольшее распространение получили функциональныепреобразователи входного напряжения в выходное , реализованные на элементах с нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ). Типичной физической структурой, обладающей нелинейной ВАХ, является электрический контакт полупроводников с отличающимися параметрами. На базе p-n переходов получены разнообразные приборы (диоды, динисторы, стабилитроны, транзисторы, тиристоры).

Наибольшее распространение получили нелинейные преобразователи с использованием нелинейности характеристики полупроводникового диода. Непосредственное использование прямой ветви ВАХ, имеющей для напряжений u>>φ_Т близкую к экспоненциальной зависимость тока от напряжения позволяет реализовать логарифмирующий преобразователь. Если задавать ток i, то напряжение определяется соотношением:

,

где I₀ – тепловой (обратный) ток диода.

Логарифмический усилитель — вид электронных усилителей, выходное напряжение которого пропорционально логарифму входного напряжения. Логарифмические усилители могут совершать больший комплекс операций по сравнению с классическими линейными усилителями, и их схемы значительно отличаются.

Наиболее важной целью логарифмических усилителей является не усиление (хотя оно используется для достижения главной функции), главная цель логарифмических усилителей — сжатие сигнала широкого динамического диапазона к его децибельному эквиваленту. Возможно, более подходящий термин — логарифмический преобразователь, так как его главной функцией является преобразование сигнала из одной области представления в другую через определённую нелинейную трансформацию.

Для обычного случая, когда все переменные — напряжения, независимо от конструкции усилителя связь между переменными имеет следующий вид:

где — выходное напряжение, — напряжение наклона (логарифм обычно имеет основание 10, поэтому в этом случае берётся в Вольтах на декаду), — входное напряжение, — напряжение пересечения (напряжение , при котором ). Все логарифмические усилители косвенно требуют определения двух значений: и . Выражение математически неполно для описания демодуляции ЛУ, однако оно является простым для понимания основных принципов.

Самый простой логарифмический усилитель (т. н. традиционной схемотехники) — обычный операционный усилитель с диодом (или транзистором), включённым в цепь обратной связи. Однако сейчас существует большое количество логарифмических усилителей, построенных иным образом (например, с помощью ограничительных ячеек).

Для выполнения операций антилогарифмирования можно использовать антилогарифмирующую ячейку (рис. 3.3-2). В отличие от логарифмирующей ячейки, в ней выходное напряжение снимается не с диода а с резистора, а его сопротивление должно быть существенно меньше сопротивления диода в любой точке рабочего участка ВАХ. С помощью описанных логарифмирующих и антилогарифмирующих ячеек могут быть построены схемы деления и умножения сигналов

Поиск по сайту: