Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
усилителя включен резистор Rs, чтобы ограничить ток, который может течь
по переходу база-эмиттер транзистора со стороны выхода усилителя при
больших уровнях сигнала. Как говорилось в параграфе 6.3, эмиттерный ток
биполярного транзистора связан с напряжением база-эмиттер соотношением
вида вольт-амперной характеристики р-п перехода:
где /0' - обратный ток утечки, е - заряд электрона, к - постоянная
Больцмана, Т - абсолютная температура. Или, переходя к натуральным
логарифмам,
Обратимся теперь к схеме на рис. 11.41 и воспользуемся привычными
предположениями о мнимой земле на инвертирующем входе ОУ; получим:
нию, равному 2 х10 5Н/м2, представляющему собой, грубо говоря, порог
[(6.2а)]
при hFE " 1 и /с*/?. Поэтому
то есть
(11.30)
21 Зак. 4729.
322 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
Рис. 11.41. Простейшая схема логарифмического усилителя.
Основная особенность этой схемы заключается в том, что ток обратной связи
IF является коллекторным током 1С транзистора, то есть /с =/,=?..
Но переход эмиттер-база включен непосредственно между выходом и землей,
поэтому выходное напряжение равно кТ 1
Уо=Уве=- In if (из (11.30))
кг, г,' '<¦
" "Г ад" ¦ <1131"
Таким образом, мы нашли, что выходное напряжение пропорционально
натуральному логарифму от входного напряжения. Эту связь нетрудно
выразить через более привычные логарифмы по основанию 10, применяя
правило: logl0x = In х log10e. Поэтому
_кТ logi о (^7 /^i ) (11.32)
е log10e
Проще это соотношение записать так:
V0=b\agnVj+c, (11.33)
где b и с - постоянные.
На рис. 11.42 приведена проходная характеристика простейшей схемы
логарифмического усилителя; очевидно, что выходное напряжение колеблется
в небольших пределах, изменяясь всего лишь на величину порядка
Уо=-
Логарифмические усилители 323
0,3 В при изменении входного сигнала в диапазоне четырех декад. При малых
входных напряжениях схема становится критичной по отношению к
балансировке, осуществляемой потенциометром R4 . Чтобы облегчить
регулировку, последовательно с обычным 10-килоомным потенциометром
регулировки смещения включен резистор Ry с переменным сопротивлением для
тонкой настройки. С помощью схемы балансировки устанавливают нуль на
выходе усилителя при замыкании накоротко его входа. В таком состоянии ток
транзистора в цепи обратной связи пренебрежимо мал и усилитель работает в
режиме, близком к отсутствию обратной связи; поэтому он очень
чувствителен к регулировке смещения.
Vf (вольты)
Рис. 11.42. Типичная проходная характеристика простейшего
логарифмического усилителя.
Помимо ограниченного диапазона выходных напряжений, у простейшей схемы
логарифмического усилителя, приведенной на рис. 11.41, имеется еще один
дефект: она чувствительна к температуре из-за множителя к Т/е в вольт-
амперной характеристике транзистора. Этих двух неприятностей можно
избежать, воспользовавшись более совершенной схемой, представленной на
рис. 11.43. Здесь добавлен второй каскад, чтобы повысить усиление и
обеспечить температурную компенсацию. Температурная компенсация
достигается введением еще одного перехода база-эмиттер транзистора Т2,
который как бы противостоит основному логарифмирующему транзистору Тх, во
всем рабочем диапазоне ток, текущий через транзистор Т2, изменяется
пренебрежимо мало, так что в этом транзисторе не происходит
преобразования сигнала, обратного логарифмированию, осуществляемому
транзистором Тх. Однако транзистор Т2 испытывает те же самые изменения
температуры, что и транзистор Тх, так что результирующие изменения
разности потенциалов между базой и эмиттером транзистора Т2 компенсируют
соответствующие изменения у транзистора Тх.
При монтаже транзисторы Тх и Т2 следует располагать возможно ближе один к
другому, чтобы температура окружающей их среды была одной и той же. Здесь
можно достичь очень хороших результатов, применив "сверхсогла-сованную"
пару транзисторов, такую как LM394N. Чтобы в этих условиях
Рис. 11.43. Логарифмический усилитель с температурной компенсацией.
сохранить устойчивость на высоких частотах, в цепях обратной связи обоих
усилителей включены шунтирующие конденсаторы С, и Сг
Потенциометром Rs определяется масштабный коэффициент (усиление), и
совсем просто настроить его так, чтобы изменение входного сигнала на 10
дБ давало удобное для отсчета изменение выходного напряжения на 1 В.
Установкой трех других потенциометров осуществляется балансировка;
Ут (вольты)
Рис. 11.44. Типичный график зависимости Кш от Кп для логарифмического
усилителя, представленного на рис. 11.43.
Прецизионные выпрямители 325
потенциометры R} и настраиваются точно так же, как и в простейшей схеме
на рис. 11.41: при заземленном входе они устанавливаются в такое
положение, чтобы потенциал эмиттера Тх был настолько близок к нулю вольт,
насколько это возможно. С помощью потенциометра RU) регулируется смешение
по постоянному току на выходе; в большинстве случаев смещение по
