Логарифмирующее устройство

Логарифмический усилитель (Рис.30) предназначен для получения выходного напряжения, которое пропорционально логарифму входного напряжения. Для этого можно использовать характеристику диода, которая описывается следующим выражением:

I_Д=I_об(e^U/mUt-1),

где I_об – статический обратный ток; Ut — термический потенциал; m – корректирующий множитель. В рабочей области, где выполняется условие I_A>> I_об,с достаточной степенью точности можно считать, что

I_Д=I_об*e^U/mUt

ОУ преобразует входное напряжение U_вх в ток I_Д=U_вх/R₁ . При этом

U_вых=-m*Ut*ln(U_вх/(I_об*R₁))

Диапазон возможных рабочих напряжений ограничен двумя специфическими свойствами диодов. Они обладают паразитным омическим сопротивлением, на котором при большом токе падает существенное напряжение, приводящее к искажению логарифмической характеристики. Кроме того, множитель m зависит от тока. Поэтому удовлетворительная точность в этой схеме может быть получена при изменении входного напряжения в пределах двух декад.

Влияние множителя m можно исключить, применив вместо диода транзистор (Рис.31).

В этом случае

U_вых=-Ut*ln(U_вх/(I_Эоб*R₁)),

где I_{Эоб —} обратный ток эмиттерного перехода.

Рис.30

Поскольку зависящий от величины тока коэффициент отсутствует, этот логарифмический усилитель обладает гораздо более широким диапазоном рабочих токов, чем предыдущий. При надлежащем выборе транзистора коллекторный ток может принимать значения от пикоампер до миллиампер, т.е. диапазон его изменения составляет девять декад. Для построения логарифмирующих усилителей следует применять операционные усилители с очень малыми входными токами, чтобы полностью использовать этот диапазон.