對數放大器的原理和分類(lèi)

對數放大器的原理和分類(lèi)

對數放大器原理

針對上述的三種對數放大器，我們分別來(lái)講述其實(shí)現信號對數變換的原理。

基本對數放大器

基本對數放大器在IC設計中使用了跨導線(xiàn)性電路，因此也稱(chēng)做跨導線(xiàn)性（Translinear）對數放大器?？鐚Ь€(xiàn)性電路是電流模電路的主要組成部分，是許多線(xiàn)性和非線(xiàn)性模擬集成電路的理論基礎?？鐚Ь€(xiàn)性的概念在1975年由Barrie Gillbert創(chuàng )立，跨導線(xiàn)性對數放大器就是基于雙極性（BJT）三極管的對數特性。如圖1

若將ic視為激勵信號電流，UBE看作響應信號電壓，將輸入偏流為零的隔離放大器接在集電極C與基極B之間以隔離iB的影響。

可以看出，理想BJT的UBE與其ic是理想的對數關(guān)系。等式中，Is是BJT的飽和電流，它與溫度密切相關(guān)。此外熱電壓UT也依賴(lài)于溫度。在集成的跨導線(xiàn)性對數放大器中這種受溫度影響的缺點(diǎn)已被一個(gè)具有同樣溫度變化特性的三極管修正，而且可以確保對數斜率的穩定性。

UY叫做對數斜率，固定電流IZ叫做對數截距（有關(guān)對數放大器的一些名詞將在后面予以說(shuō)明）。

基帶對數放大器與解調對數放大器

對于高頻應用，常常選擇基帶對數放大器或解調對數放大器。盡管這兩種放大器在細節上有些不同，但原理是相同的，它不是采用一個(gè)放大器的對數特性而是用多個(gè)相同的線(xiàn)性放大器級聯(lián)來(lái)分段線(xiàn)性逼近對數函數。如圖2所示，這里只是一個(gè)理想的通用模型，其核心為一個(gè)限幅放大器，每個(gè)放大單元的傳遞函數如圖3所示，對于N個(gè)級聯(lián)限幅放大器構成的對數放大器， EK為限幅放大器的飽和電壓，A為放大倍，當輸入信號電壓小于臨界值EK/AN-1時(shí)，限幅放大器的每一級都不會(huì )飽和，因此，小于EK/AN-1的輸入信號可以得到充分的放大，此時(shí)輸出信號幅度是輸入信號幅度的AN-1倍。當輸入電壓大于EK/AN-1小于EK時(shí)，由于各級限幅的原因，輸入信號越大，飽和的級數越多。當輸入大于EK時(shí)，輸出則為NAEK。輸入信號幅度在EK/AN-1和EK之間的信號，其總的輸出電壓與輸入電壓的幅度可用下式表示：

VIN= EK/AN-M ，VOUT=，其中M為飽和的級數（M≤N）

實(shí)際的電路結構是：對于小信號采用增益為A的放大器，而大信號則采用單位增益放大器，稱(chēng)之為A/1放大器，如圖4所示，限幅增益放大器和單位增益緩沖器并聯(lián)，輸出送加法器。解調對數放大器與基帶對數放大器雖然都采用上述的級聯(lián)限幅放大器，解調對數放大器不是將輸出直接累加，而是先檢波然后輸出累加，用級聯(lián)限幅放大器構成的對數放大器有兩種輸出：對數輸出和限幅輸出。許多應用中限幅輸出并不需要，但有些應用中，兩種輸出都是必須的。解調對數放大器的對數輸出一般包括幅度信息，而相位和頻率信息則被丟失。如果采用半波檢波器和延時(shí)補償，相位和頻率信息也可被保留。