22(2) Логарифмический и антилогарифмический (экспоненциальный) усилители

Л огарифмическим называется усилитель, выходное напряжение которого пропорционально логарифму от его входного напряжения. Антилогарифмический (экспоненциальный) усилитель вы­полняет обратное преобразование напряжения. Логарифмический и антилогарифмический усилители находят широкоe применение, например, при реализации математических операций умножения и деления. Действительно, чтобы умножить числа, достаточно сложить их логарифмы. Последнее просто выполнить с использованием схем, приведенных на рис. 8.8 и 8.11. Для получения логарифмической характеристики в цепь ООС включают р-n-переход. Это могут быть диод или биполярный транзистор, включенный по схеме с общей базой.

Рис. 8.19. Схемы логарифмического усилителя с диодом (а) и биполярным транзистором (б) в цепи обратной связи

Рис. 8.20. Схемы экспоненциалыюго (антилогарифмического) усилителя с диодом (а) и биполярным транзистором (б)

Примеры реали­зации логарифмических усилителей приведены на рис. 8.19. а, б.

Получим выражения, связывающие входное и выходное напря­жжения, для схем, приведенных на рис. 8.19.

Для схемы рис. 8.19, а можно записать

где U_T — температурный потенциал.

Очевидно, что в данной схеме u_д=u_вых. Тогда, решив приве­денное выражение относительно выходного напряжения, получим

Для схемы на рис. 8.19,6 по аналогии запишем

откуда

Очевидно, что эти выражения аналогичны.

При использовании схем на рис. 8.19 следует помнить, что при больших токах диода или транзистора приведенные выражения дают значительную погрешность, что является следствием действия собственных активных сопротивлений приборов. Поэтому максимальное выходное напряжение для приведенных схем не должно превышать примерно 0,6 В. При необходимости иметь большие напряжения выходной сигнал схемы должен быть усилен.

Логарифмические усилители формируют на выходе напряже­ние только одной полярности. Так, для схем на рис. 8.19 при поло­жительном входном напряжении на выходе схемы формируется отрицательное напряжение. Для получения положительного вы­ходного напряжения диод в схеме на рис. 8.19, а необходимо вклю­чить в обратном направлении. При этом, естественно, изменится и полярность входного напряжения. Аналогичный эффект в схеме на рис. 8.19,б можно получить, если применить транзистор дру­гого типа проводимости (р-п-р).

Для получения антилогарифмического (экспоненциального) усилителя в рассмотренных выше схемах полупроводниковый при­бор и резистор необходимо поменять местами (рис. 8.20,а,б).

Поступив аналогично проделанному для схемы на рис. 8.20, а, можно записать

Для схемы с транзистором в соответствующем выражении ток /₀ необхо­димо заменить на /_эо.

В схемах антилогарифмических усилителей также возможно получение выходного напряжения только одной полярности, в устройствах на рис. 8.20 при положительном входном напряжении на выходе формируется сигнал отрицательной полярности. Для изменения полярностей входных и выходных сигналов в с на рис. 8.20, а диод должен быть включен в обратной полярности, а в схеме на рис. 8.20,6 — использован транзистор обратного типа проводимости.

Следует отметить, что так как параметры полупроводниковых приборов сильно зависят от температуры окружающей среды, рассмотренным схемам без применения дополнительных средств термокомпенсации будет свойственна большая погрешность. Поэтому реальные схемы логарифмических и антилогарифмических усилителей сложнее рассмотренных.