9. Исследование простейшего логарифмирующего преобразователя на операционном усилителе Общие сведения

На рис. 3.9.1а и б приведены схемы простейших логарифмических преобразователей.

Рис. 3.9.1

Ток p-nприблизительно описывается выражением:

где U– напряжение, приложенное к переходу в прямом направлении;I₀– обратный (тепловой) ток;_температурный потенциал. Для кремниевого диода при комнатной температуре 20⁰СI₀1нА, а_25 мВ.

В схеме рис.3.9.1а. ток диода равен входному току U₁/R₁, а прямое напряжение на диодеU= -U₂, поэтому:

или

откуда;

При (*):

.

Первое слагаемое в этом выражении выходного напряжения пропорционально логарифму входного напряжения, а второе – постоянная величина, которая может быть учтена в последующих звеньях преобразования сигнала.

Эта схема очень проста, но имеет большие отклонения от идеальной логарифмической характеристики и сильную чувствительность к изменениям температуры. Удовлетворительная точность логарифмирования в ней может быть получена при изменении входного напряжения в пределах двух – трёх декад.

Несколько более широкий диапазон (до четырёх декад) может обеспечить схема, приведённая на рис. 3.9.1б. Она аналогична предыдущей схеме, но вместо диода в ней используется транзистор в диодном включении. Диод в этой схеме служит для защиты эмиттерного перехода транзистора от обратного напряжения. Тепловой ток маломощных транзисторов меньше теплового тока диода (около 0,1 нА), поэтому условие (*) выполняется в более широком диапазоне изменения U₁.

Экспериментальная часть Задание

Снять передаточные характеристики U₂(U₁) логарифмических преобразователей, схемы которых изображены на рис. 3.9.1а и б. Построить их графики в логарифмическом масштабе по осиU₁.

Порядок выполнения экспериментов

• Соберите цепь логарифмирующего преобразователя с транзистором (рис. 3.9.2). Делитель напряжения в этой схеме (100 кОм /100 Ом) служит для получения малых напряжений на входе операционного усилителя.

Рис. 3.9.2

• Устанавливая регулятором напряжения «-13…+13 В» напряжения U₁, указанные в табл. 3.9.1 (положительной полярности!), снимите зависимость U₂(U₁). По мере увеличения входного напряжения меняйте верхнее сопротивление делителя сначала на 10 кОм, затем – на 1 ком, и , наконец, вставьте вместо него перемычку.

• На рис. 3.9.3. постройте график U₂(U₁) который в принятом логарифмическом масштабе должен быть примерно прямолинейным.

• Уберите из схемы транзистор, а диод переверните катодом вниз. Ещё раз снимите зависимость U₂(U₁) и на том же рисунке постройте график.

• Сравните графики и объясните их различие.

Таблица 3.9.1

U1, В	U2, В
	Схема с транзистором	Схема с диодом
0,001
0,003
0,01
0,03
0,1
0,3
1
3
10

Рис.3.9.3