7.4. Антилогарифмический преобразователь

Результат обработки аналоговых сигналов с использованием их логарифмирования представляется в кодированной – логарифмической форме. Для его перевода в обычную систему отсчета приходится иногда прибегать к процедуре декодирования (антилогарифмированию).

Антилогарифмическую процедуру можно осуществить на тех же самых элементах, что и логарифмическую. В частности, это можно сделать в логарифмическом преобразователе, поменяв вход и выход в нем местами.

Упрощенная схема такого преобразователя, использующего те же самые элементы, приведена на рис.7.10.

+R1 А +

Uвх RТ

Рис. 7.10

136

Процедура определения связи выходного напряжения Uвых с входным Uвх здесь аналогична рассмотренным ранее:

UБ = UА –Uбэ1 = UА – (kT/q) ln (Uэт/RI0) =

=Uвх RТ /(R1 + RТ) – (kT/q) ln (Uэт/RI0).

Сдругой стороны, поскольку база транзистора VT2 заземлена, то напряжение UБ = – (kT/q) ln (Uвых/RI0), отсюда

–(kT/q) ln (Uвых/RI0) = Uвх RТ /(R1 + RТ) – (kT/q) ln (Uэт/RI0).

После элементарных математических преобразований получим

–(q/kT) RТ /(R1 + RТ) Uвх = ln (Uвых /Uэт).

От натурального логарифма легко перейти к десятичному

–0,4343(q/kT) RТ /(R1 + RТ) Uвх = 0,4343 ln(Uвых /Uэт),

или –0,4343(q/kT) RТ /(R1 + RТ) Uвх = lg(Uвых /Uэт),

или –K Uвх = lg(Uвых /Uэт), отсюда

Uвых = Uэт 10–KUвх.

При Uэт = const и K =1 увеличение Uвх на 1 В приводит к возрастанию выходного напряжения в десять раз.

Поскольку в состав антилогарифмических, экспоненциальных, преобразователей входят операционные усилители, то на их выходе всегда наблюдается напряжение постоянного тока из-за Iвх см

и Uвх сд.

Экспоненциальные, антилогарифмические, усилители выпускают в виде отдельных микросхем. Однако чаще всего они вх одят как составляющие модули в сложные микросхемы, где осуществляются процедуры логарифмирования.

7.5. Коммерчески доступные логарифмические и экспоненциальные преобразователи

Существует обширное семейство микросхем, построенных с использованием рассмотренных принципов. Различаются они функциональным назначением.

Обычные логарифмические преобразователи предназначены для сжатия информации. Часто используются в измерительной

137

технике в качестве входных ступеней, предшествующих аналогоцифровым преобразователям. Поскольку, как известно, процедуры логарифмирования осуществляются только над однонаправленным током (током через транзистор, являющимся экспоненциальным элементом, текущим только в одном направлении), то собственно логарифмическому преобразованию всегда предшествует процедура прецизионного выпрямления преобразуемого переменного сигнала.

Эталонное напряжение (эталонный ток) чаще всего формируется в самой микросхеме. В некоторых микросхемах токи м ожно менять. В результате на выходе логарифмического преобразова-

теля формируется напряжение Uвых = K lg(Uвх /Uэт) или Uвых = = K lg(Iвх /Iэт). Здесь K – крутизна характеристики преобразовате-

ля. Обычно она составляет около 20... 40мВ/дБ. Зачастую к рутизну можно регулировать внешними элементами. Практически у всех преобразователей крутизна линейно зависит от напряжения питания.

Типичная зависимость выходного напряжения преобразователя от уровня регистрируемого напряжения представлена на рис. 7.11.

Рис. 7.11

138

Обычно используют полулогарифмические системы координат. Выходное напряжение, чаще всего, представляют в вольтах, уровень входного сигнала – горизонтальная ось – либо в децибелвольтах дБВ (dBV), либо в децибел-милливаттах дБмВт (dBm). В первом случае речь идет о децибелах, отнесенных к одному вольту, а во втором– к одному милливатту мощности.

При измерении уровней мощности принято их относить к одному милливатту эталонной мощности. При этом полагается, что мощность выделяется на вполне определенном сопротивлении. Чаще всего принимается сопротивление величиной 50 Ом. В этом случае эталонной мощности в один милливатт соответствует среднеквадратическое напряжение в 225 мВ.

Естественно, выходное измеряемое напряжение и соответствующая ему измеряемая мощность связаны друг с другом. Это позволяет одну и ту же характеристику (рис.7.11) использовать для оценки уровня как измеряемого напряжения, так и измеряемой мощности. Для этого нужно знать, помимо крутизны характеристики, еще и координаты точки ее п ересечения с горизонтальной осью.

Окончательно

Рпер (dВm) = Рпер(dВV) – 10lg[Z0×1мВт/1В2].

Подчеркнем, что речь идет о среднеквадратических значениях напряжения.

Таким образом, зная координаты точки пересечения в форме dBv (дБв), легко определить ее координаты в dBm (дБм).

Пример. Определить координаты точки пересечения в форме dBm, если они заданы в dBV. Форма измеряемого напряжения синусоидальная, Z0=50 Ом.

Решение.

Рпер (dВm) = Рпер(dВV) – 10lg[50 Ом×1 10–3 Вт/1В2] = = Рпер(dВV) – lg(50×10–3) = Рпер(dВV)+13 dB.

Вид характеристики логарифмического преобразователя зависит от частоты измеряемого сигнала (рис. 7.12). От этого же зависят и координаты точки пересечения.

Для примера в табл. 7.1 приведены параметры характеристики одного из логарифмических преобразователей применительно к разным частотам измеряемых сигналов.

139

Таблица 7.1

Рис. 7.12

Пример. Оценить уровень выходного сигнала логарифмического преобразователя, если уровень входного сигнала составляет –33 dBV. Крутизна характеристики K = 20 мВ/дБ = 0,02 В/дБ. Координата точки пересечения Рпер (dBV) = –108 dBV.

Решение.

Uвых = 0,02 В/дБ×[–33 дБВ –(–108 дБВ)] = 1,5 В.

Если бы горизонтальная ось была оцифрована в dBm, то уровень входного сигнала равнялся бы –33 dB + 13 dB = –20 dBm, а координаты точки пересечения определялись бы как –108 dB+ +13dB = –95 dB.

Помимо обычных логарифмических преобразователей с постоянным коэффициентом сжатия информации, на рынке коммерчески доступных микросхем существуют преобразователи с регули-

руемым коэффициентом сжатия.

140

Характеристики одного из таких преобразователей, позволяющих менять коэффициент сжатия в 15 раз, представлены на рис.

7.13.

Рис. 7.13

141