Log Amplifier – 知っておくべきすべての重要な情報

高ダイナミック信号は常に設計者に問題を引き起こします。これらは、レーダーやソナー システムなどのエコー測距デバイスに必要です。しかし、そのようなシステムでは、低振幅信号には高ゲインが必要であり、高振幅システムにはその逆が必要です。また、標識のもう 1 つの問題は、スケーリングが必要なことです。このプロセスは、入力信号の損失と振幅範囲の両端でのクリッピングを制限する上で不可欠です。この問題を解決するには、ログアンプが適切です。私たちの記事では、さらに深く掘り下げます。始めましょう!

ログ アンプとは?

図 1:従来のアンプ

対数変換器として動作するオペアンプです。それにもかかわらず、他のものとは異なり、その出力電圧は実際の入力電圧の自然対数に正比例します。

したがって、対数アンプでは、入力電圧の自然対数に定数値を掛けると出力が得られます。

Log Amplifier の動作原理

図 2:ビンテージ アンプのノブと入力

次の対数関数は、対数増幅器の動作原理を表しています:

式中、K は定数を表します。一方、Vref は正規化定数を表します。

動作中、対数アンプには複数のオペアンプが必要です。このような場合、追加の増幅器は補償された対数増幅器と呼ばれます。

さらに、LM771、LM714、LM1458 などの高性能オペアンプなど、他の外部コンポーネントが必要です。

ログアンプのダイオードは順方向バイアスモードです。したがって、アンプのダイオード方程式は

これは飽和電流を表し、VD はダイオードの電圧降下を表し、VT は熱電圧を表します。高バイアス状態でダイオード電流を書き換えることも可能です。

この場合、

また、反転端子の電圧は仮想接地状態にあることに注意してください。したがって、出力電圧は -V_{D に等しくなります。}

さらに、 i₁ に注意してください i_D. に等しい

したがって、

ログアンプの電圧出力（出力信号）の最終式は

ログ アンプのトポロジ

主に、ログアンプには 2 種類あります。まず、多段ログアンプとDCログアンプがあります。

多段対数アンプ

図 3:レーダー画面

その動作は、直列接続された一連のアンプのシーケンシャル リミッティングに依存しています。この種のトポロジは高周波信号に見られるため、トポロジは通信システムやレーダー デバイスなどの幅広いアプリケーションで共有されます。

以下に示すように、多段対数アンプを接続すると、対数振幅応答が得られます。また、一連のアンプが過負荷制限特性を備えていることも注目に値します。

図 4:多段対数アンプ接続。

このトポロジーは対数応答の生成に役立ちますが、伝搬遅延の影響を受けないわけではなく、問題はすべてのアンプ ステージに存在します。

その原因は、初段からの信号成分が最初に加算回路に到達するためです。理想的には、他の場所からの信号が最初に到着する必要があります。その結果、出力波形が歪みます。

アンプ チェーンのプライマリ ログ回路を変更すると、この問題が解決します。シングルステージアンプの代わりに、アンプのペアに置き換えることができます.新しいアンプ構成では、前者の問題はもはや存在しません。

DC ログ アンプ

図 5:アイソメトリック電子部品 トランジスタ

これは、上記のタイプの代替対数アンプ トポロジです。このアンプ列のオペアンプのフィードバック パスにはダイオードがあります。一部のダイオードの代わりに、ダイオード接続トランジスタを見つけることができます。

トランジスタのベース - エミッタ接合部でのオペアンプ出力は、入力レベルでのログ アンプ電流に比例します。また、この構成での出力電圧は、次の比-入力電流:エミッタ飽和電流の対数に等しくなります。

他の回路と同様に、温度に依存する出力があるため、これにも制限があります。温度依存性の問題は、2 つのアンプを差動ペアとして接続することで解決できます。また、追加の温度監視回路により、最大の応答が大幅に保証されます。

ログ増幅回路

オペアンプ ダイオード ログ アンプ

この場合のオペアンプは、閉ループ反転構成のフィードバック パスにダイオードを備えています。ダイオード両端の電圧は、通過する電流の対数に比例することに注意してください。

一方、オペアンプが非反転モードの場合、出力電圧は入力電流の -log に比例します。また、入力電圧は入力電流に比例するため、出力電圧は入力電圧の負の対数に比例することに注意してください。

オペアンプ トランジスタ ログ アンプ

これは、このタイプのアンプの回路図です。

この種のアンプの場合、反転モードのオペアンプのフィードバック パスにバイポーラ接合トランジスタがあります。このような電子回路では、トランジスタのコレクタを反転入力に接続する必要があることに注意してください。

また、エミッタを出力に接続し、最後にベースを接地してください。

このオペアンプを動作させるには、入力電圧が正であることを確認する必要があります。

対数増幅器の応用

対数コンバーターは、次の場合に役立ちます:

図 8:ラック内のオーディオ エフェクト プロセッサ。

• 乗算を伴う数学演算に役立ちます。
• 乗算演算に加えて、指数関数と除算に役立ちます。
• アナログ コンピューターでオーディオ効果を合成するのに役立ちます。
• アナログ デジタル コンバーターで役立ちます。
• 乗算演算を必要とする測定器にも不可欠です。
• デシベル (dB) の計算には対数増幅器が不可欠です。
• モノリシック対数増幅器は、無線周波数領域の操作に不可欠です。
• アナログ デジタル コンバーターや二乗平均平方根コンバーターなどのコンバーターで役立ちます。
• コンパレータ アプリケーションに不可欠です。
• 最後に、AC および DC 信号の増幅に役立ちます。

結論

ほとんどの電子部品の回路設計では、対数増幅器が役立ちます。要素について知っておくべきことをすべて強調しました。また、必要に応じて機能ブロック図を含めました。これらは、アンプに関連する接続を理解する上で非常に重要です。

したがって、コンポーネントの操作性を最大限に高めるには、上記の洞察が最も重要です。作業およびキャリブレーション プロセスについてさらに質問がある場合は、お問い合わせください。質問に迅速に対応いたします。