Логарифмические усилители. Используя в цепях, которые подключаются к операционному усилителю, нелинейные сопротивления, такие, как диоды и варисторы

Используя в цепях, которые подключаются к операционному усилителю, нелинейные сопротивления, такие, как диоды и варисторы, можно получать нелинейные функции.

Вольт-амперная характеристика диода (рисунок 6.3) показывает, что при малых токах он имеет очень большое динамическое сопротивление, а с увеличением тока его сопротивление уменьшается. Эта характеристика довольно точно аппроксимирует экспонентную функцию при измерениях тока в диапазоне пяти декад.

Рисунок 6.3 – Вольт-амперная характеристика кремниевого диода

Если диод ввести в инвертирующий усилитель вместо резистора обратной связи (рисунок 6.4), то получается схема, которая имеет большой коэффициент усиления при малых уровнях входа и малым коэффициентом усиления при высоких уровнях.

Рисунок 6.4 – Логарифмический усилитель

Усилитель в таком включении аппроксимирует логарифмическую функцию

где k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура;

q – заряд электрона;

– обратный ток насыщения.

Для оценок укажем, что при комнатной температуре

На рисунке 6.5 показаны характеристики логарифмического усилителя.

Рисунок 6.5 – Характеристика логарифмического усилителя

Исключение входного резистора, приводит к созданию усилителя – преобразователя тока в напряжение с логарифмической характеристикой

Если поменять местами диод и резистор, как показано на рисунке 6.6, получим схему антилогарифмического усилителя с характеристикой вход-выход в виде

Рисунок 6.6 – Антилогарифмический усилитель и его характеристика