2.2.5 Логарифмдеуші сұлбасы

Сигналдың логарифмделуі операциялық күшейткіш сұлбасымен жүзеге асады, онда КБ тізбегінде p–n (диод немесе транзистор) ауысуы қосылған (7-сурет). Логарифмдік сұлбаларды құру үшін p–n ауысуының вольт-амперлік сипаттамасы қолданылады.

I=I₀(e^U/φт-1),

мұндағы I₀ - p–n ауысуының кері қанығу тогы, А;

φт-температуралық потенциал, В.

Т=20º С, φт=26 мВ, әдетте практикада U>>26 мВ болғанда:

I=I₀e^U/φт,

lnI=lnI₀+(U/φ_T),

U=φ_T(lnI-lnI₀).

Логарифмдік күшейткіштің шығыс кернеуі кері байланыстағы кері белгімен алынған кедергінің кернеуіне тең. Кері байланыс тізбегінде диод орналасқан, ашық диод арқылы ток I≈U_кір/R, сондықтан:

U_кір=- φ_Tln(U_кір/ I₀R).

Диод өткізу қабілетінде болу үшін кіріс сигналының полярлығы оң болуы керек.

Логарифмдік күшейткіштер аналогты есептеуіш құрылғыларында сигналды логарифмдеу және потенциалдау үшін тікелей тағайындалып қолданылады. Сонымен қатар, логаримдік сұлба сигналдың динамикалық аралығы компрессиялау(қысу) үшін қолданылады. Көптеген сигналдар кең динамикалық аралықты иеленеді, яғни D - сигналдың максималды қуатының минималдыға қатынасы. Мысалы, симфониялық оркестрге D=80...90 дБ, және сол уақытта көптеген ақпаратты тасушылар, сонымен бірге байланыстар каналы да сигналды динамикалық аралықтағы ұқсас мәндермен бере алмайды. Мұндай жағдайда берудің соңында сигналдың динамикалық аралығын логарифмдік күшейткіш көмегімен қысу болады, ал қабылдау соңында кері операция-экспандирлеу (логарифмдеу) болады (6-суретте көрсетілгендей):

U_шығ Потенциалдау

U_n-функция

Логарифмделу

U_кір

6 сурет - Сигналды қысу және логарифмдеу

Қысу-логарифмдеу нәтижесінде кіріс және шығыс сигналдарының арасындағы сызықты тәуелділік қалпына келеді, сөйтіп сызықты сипаттама орын алады. Сонымен, анықтамалықтардан:

КД520А диод түрінің көрсеткіштері:

Тұрақты тура кернеуі, U_тура, В 1

Тұрақты кері тогы, I_кері, мкА 1

Импульстік максималды кернеуі, В 2

Импульстік максималды тогы, мА 2.

КБ тізбегіндегі токтың максималды мәнін оның өз кедергісінің әсерінен елемеуге болады, сондықтан ол 0,5 мА тең.

R1 резисторының кедергісін U_{макс кір}/R₁ = I_{д макс} шартынан анықтаймыз, осыдан R₁ = U_{макс кір}/I_{д макс} = 2/0,1·10^-3 = 20 кОм екенін табамыз. Бұл мәнге жақын стандартты номинал 3,9 кОм. Логарифмдеушінің максималды шығыс кернеуі:

U_{макс шығ} = φ_т[ln(U_{макс кір} / R) - ln I_кері],

мұнда жоғарыдағыдай φ_т – температуралық потенциал, 26 мВ тең, егер t =20⁰ C болса, онда

U_{макс шығ} = 26 × 10^-3 [ln (2/ 3,9·10³) - ln10^-6] = 0,162 В.

Осылайша, көбейткіштің сызықты режимдегі жұмысы кепілді болады, өйткені оның кірісіндагі кернеу логарифмдеушінің шығысына қосылған кернеудің 1 В мәнінен аз. Операциялық күшейткіш негізіндегі логарифмдеушінің кірісінің симметриялылығы үшін R1 және R2 кедергілері бірдей болуы қажет, сондықтан R2 де 4 кОм-ға тең деп аламыз.

7 сурет - Логарифмдеуші сұлбасы