Низкочастотный логарифмический усилитель Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 262

1973

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Ю. М. АЧКАСОВ, С. А. ЖУРИКОВ, В. Е. СТЕННИКОВ

(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)

В настоящее время существуют следующие методы построения логарифмического усилителя (ЛУ):

включение логарифмирующих элементов в цепь нагрузки усилителя [1-5-3];

включение логарифмирующих элементов в цепь обратной связи (обычно отрицательной) [ 1, 4];

метод последовательного сложения логарифмических эффектов

использование линейных элементов для создания нелинейной логарифмической характеристики [8].

Анализируемый ниже усилитель работает по принципу включения логарифмирующих элементов в цепь общей отрицательной обратной связи. По схемному исполнению он близок к усилителю, описанному в [4], и отличается от него использованием диодов вместо стабилитрона в качестве логарифмирующих элементов и способом включения цепи обратной связи. Обратная связь охватывает как входной (переходный), так и выходной (переходный) конденсаторы. Благодаря этому емкости переходных конденсаторов могут быть взяты существенно меньшей величины, чем в случае построения ЛУ по [4].

На рис. 1 приведена принципиальная схема низкочастотного ЛУ, предназначенного для работы в лабораторной сейсмической аппаратуре.

[5 + 7];

е'с Ж**

Рис 1 (Г1ч-Г4— 2Г312 В\ 01-ь-03~Я223)

С2-0.22

9 Заказ 6692

Да Я

Усилитель состоит из трех усилительных каскадов (Гь Гг, ^з), включенных по схеме с общим эмиттером, повторителя (Г4), охваченных общей отрицательной обратной связью, которая состоит из двух включенных встречно-параллельно диодов и резистора /?</. Резистор Яг/ включенный 1

на входе, принципиально необходим для работы логарифмического усилителя. Резистор Яс включен для предварительного снижения номиналов переходных конденсаторов С\ и С3. Диод Д\ предназначен для термокомпенсации режима усилителя по постоянному току. Регулировка усиления ЛУ происходит за счет изменения динамического сопротивления диодов Д2, Дз при изменении амплитуды входного сигнала. Коэффициент усиления можно определить по формуле

где Яс — динамическое сопротивление цепи обратной связи (Д2, Дз,

С возрастанием амплитуды входного сигнала увеличивается полоса пропускания усилителя.

Условие устойчивости ЛУ в области низких частот описывается формулой

-^-(2)

где

*=—; *1=—; *1=ЯгСь х2=/?2С3; Т1

т3 — (*Н+/?ВЫХ)С3,

где/?вых —динамическое выходное сопротивление ЛУ без учета конденсатора С3.

На практике устойчивость усилителя можно обеспечить как соответствующим подбором емкостей конденсаторов С2 и С3, так и изменением сопротивлений Явых.

На рис. 2 и 3 приведены соответственно амплитудные и частотные характеристики, снятые с экспериментального образца логарифмического усилителя. Из обеих характеристик следует, что амплитуда выходного сигнала зависит от температуры окружающей среды и изменяется

Шы%

400

300 200 100 а

Рис. 2

со скоростью 5,9 мв/°С. Логарифмирование с точностью приблизительно 10% осуществляется в диапазоне амплитуд входных сигналов 5-г-1000 мв, что видно из рис. 2, на котором штриховая линия соответствует идеальному логарифмированию.

Фазовая характеристика логарифмического усилителя (рис. 4) снята для случая, когда фазовые сдвиги выходного сигнала наибольшие, т. е. при минимальном входном сигнале и для низкочастотной ветви частотной характеристики.

В результате испытаний экспериментального образца ЛУ были определены следующие характеристики:

динамический диапазон усилителя по входному сигналу — 46 дб. динамический диапазон по выходному сигналу в пределах регулирования —8 дб;

1/§ык

N

и?/' // пи*.

ч "Ч. \ -

у 1<: 5н{ г чин. \

ч \

✓ «л— >

ю* з го' (з* з м* га

Рис. 3. —*=+22°С;—----/=+50°С

У

1 1

$ и ¿к- 5 ль. пи*.

0 \

9 А

€ го го зо щ

Рис. 4

полоса пропускания —4-^300 гц;

начальный порог логарифмирования по входному сигналу — 5 мв пик;

амплитуда выходного сигнала, соответствующая началу порога логарифмирования при ¿ = 20° С — 0,26 в пик;

температурный коэффициент выходного напряжения — 5,9 мв/° С; максимальный сдвиг фазы в диапазоне регулирования на частоте 20 гц — не более 5°;

мощность, потребляемая от источника питания,— не более 1,5 мет.

Выводы

1. Описанный низкочастотный ЛУ в отличие от известных имеет меньшие номиналы низкочастотных конденсаторов благодаря тому, что цепь отрицательной обратной связи охватывает входной и выходной конденсаторы.

2. Динамический диапазон ЛУ но входному сигналу можно увеличить до 60 дб, если исключить из схемы резистор но в таком случае емкости конденсаторов С1Н-С3 при той же полосе пропускания необходимо увеличить в 5-г-10 раз.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. М. Волков. Логарифмические усилители на транзисторах. Киев, «Техника», 1965.

9'

131

2. Г. М. Крылов, А. С. К а к у н и н, В. И. Панов. Расчет логарифмических усилителей с нелинейными элементами в цепях нагрузки. «Энергия», 1969.

3. П. П. Юшков. Усилитель с логарифмической амплитудной характеристикой. «Приборы и техника эксперимента», 1969, № 6.

4. Е. G. Trend el 1. Wide-range logarithmic amplifier, „Electronic Engineering.",

1968, vol. 40, № 485, p. 404.

5. R. S. Hughes. New log amp cascades to desired range, „Electronic Design*',

1969, vol. 17, X, № 22.

6. M. Д ж. Моррис. Применение насыщающихся операционных усилителей в усилителе переменного тока с логарифмической характеристикой. «Электроника» (США), 1970, т. 43, № 19.

7. В. J. К а г a k a t s a n i s. Ant. Spetsakis, A. logarithmic amplifier, „Electronic Engineering.", 1969, vol. 41, № 498, pp. 46—48.

8. JI. P. Сим мер инг, Т. А. С и л а й д ж. Прецизионный логарифмический усилитель. Экспресс-информация «Контрольно-измерительная техника», 1969, вып. 46, реф. 339.