Amplificador de log – Todas as informações importantes a serem conhecidas

Sinais de alta dinâmica sempre serão um problema para os projetistas. Eles são necessários para dispositivos de alcance de eco, como sistemas de radar ou sonar. Mas em tais sistemas, precisamos de alto ganho para os sinais de baixa amplitude e vice-versa para sistemas de alta amplitude. Além disso, outro problema com os sinais é que eles exigem dimensionamento. O processo é imperativo para limitar a perda e o corte do sinal de entrada em cada extremidade da faixa de amplitude. Um amplificador logarítmico é pertinente para resolver este problema. Nosso artigo irá explorar mais profundamente. Vamos começar!

O que é um amplificador de log?

Figura 1:Um Amplificador Convencional

É um amplificador operacional que funciona como um conversor logarítmico. No entanto, ao contrário de outros, sua tensão de saída é diretamente proporcional ao logaritmo natural da tensão de entrada real.

Assim, em amplificadores logarítmicos, multiplicar o logaritmo natural da tensão de entrada por um valor constante dá uma saída.

O Princípio de Funcionamento do Amplificador de Log

Figura 2:Botões e entrada do amplificador vintage

A seguinte função logarítmica descreve o princípio de funcionamento dos amplificadores logarítmicos:

Na equação, K representa a constante. Por outro lado, Vref representa a constante de normalização.

Durante a operação, os amplificadores logarítmicos requerem mais do que um único amplificador operacional. Nesse caso, os amplificadores adicionais são chamados de amplificadores logarítmicos compensados.

Além disso, eles exigem outros componentes externos, como amplificadores operacionais de alto desempenho, como LM771, LM714 e LM1458.

O diodo no amplificador logarítmico está em um modo de polarização direta. Portanto, a equação do diodo do amplificador é

Ele representa a corrente de saturação, VD representa a queda de tensão do diodo e VT é a tensão térmica. Também é possível reescrever a corrente do diodo em um estado de polarização alta.

Nesse caso,

Além disso, observe que a tensão no terminal inversor está em um estado de terra virtual. Portanto, a tensão de saída é igual a -V_D.

Além disso, observe que i₁ igual a i_D.

Por isso,

A equação final da saída de tensão (sinal de saída) do amplificador logarítmico é

Topologias do amplificador de log

Principalmente, existem dois tipos de amplificadores de log. Primeiro, há um amplificador logarítmico multiestágio e um amplificador logarítmico DC.

O amplificador log multiestágio

Figura 3:Uma tela de radar

Seu funcionamento baseia-se na limitação sequencial em um conjunto de amplificadores em conexão em série. Você encontrará esse tipo de topologia em sinais de alta frequência e, portanto, a topologia é compartilhada em uma ampla gama de aplicações, como sistemas de comunicação e dispositivos de radar.

Ao conectar amplificadores logarítmicos de múltiplos estágios, como mostrado abaixo, você obterá uma resposta de amplitude logarítmica. Também digno de nota é que a série de amplificadores apresenta características de limitação de sobrecarga.

Figura 4:Uma conexão de amplificador log multiestágio.

Embora essa topologia ajude a gerar uma resposta logarítmica, ela não é imune ao atraso de propagação e o problema está presente em todos os estágios do amplificador.

A causa é que um componente de sinal do estágio inicial chegará primeiro ao circuito de soma. Idealmente, os sinais dos outros locais devem chegar primeiro. O resultado é uma distorção da forma de onda de saída.

Alterar o circuito de log primário da cadeia do amplificador resolverá esse problema. Em vez dos amplificadores de estágio único, você pode substituí-los por pares de amplificadores. Na nova configuração do amplificador, o problema anterior não está mais presente.

O amplificador de log DC

Figura 5:Componentes eletrônicos isométricos Transistores

É a topologia alternativa do amplificador de log do tipo acima. Há um diodo no caminho de feedback do op-amp nesta cadeia de amplificador. Você encontrará um transistor conectado a diodo no lugar de um diodo em alguns.

A saída do amplificador operacional na junção base-emissor do transistor será proporcional à corrente do amplificador logarítmico no nível de entrada. Além disso, a tensão de saída nesta configuração é igual ao logaritmo da seguinte relação de corrente de entrada:corrente de saturação do emissor.

Assim como o outro circuito, este também possui uma limitação, pois possui uma saída dependente da temperatura. Você pode resolver o problema da dependência da temperatura conectando dois amplificadores como um par diferencial. Além disso, um circuito adicional de monitoramento de temperatura garantirá significativamente uma resposta máxima.

Circuito do amplificador de log

Amplificador de log de diodo Opamp

O op-amp, neste caso, possui um diodo no caminho de realimentação em uma configuração inversora de malha fechada. Observe que a tensão através do diodo será proporcional ao logaritmo da corrente que passa por ele.

Por outro lado, quando o op-amp está no modo não inversor, a tensão de saída é proporcional ao -log da corrente de entrada. Além disso, observe que a tensão de entrada é proporcional à corrente de entrada e, portanto, a tensão de saída é proporcional ao logaritmo negativo da tensão de entrada.

Amplificador de log de transistor Opamp

Aqui está um diagrama de circuito para este tipo de amplificador.

Para este tipo de amplificador, há um transistor de junção bipolar no caminho de realimentação do op-amp em modo inversor. Observe que, nesses circuitos eletrônicos, você precisará conectar o coletor do transistor à entrada inversora.

Além disso, conecte o emissor à saída e, finalmente, aterre a base.

Para que este amplificador operacional funcione, você deve garantir que a tensão de entrada seja positiva.

Aplicações do amplificador logarítmico

Um conversor logarítmico é útil no seguinte:

Figura 8:Processadores de efeitos de áudio em um rack.

• Útil em operações matemáticas que envolvem multiplicação.
• Além das operações de multiplicação, é útil em funções exponenciais e divisão.
• Eles são úteis em computadores analógicos para sintetizar efeitos de áudio.
• Útil em um conversor analógico-digital.
• Também essencial em instrumentos de medição que requerem uma operação de multiplicação.
• Os amplificadores log são essenciais no cálculo de decibéis (dB).
• Os amplificadores logarítmicos monolíticos são essenciais nas operações de domínio de radiofrequência.
• Útil em conversores como conversores analógico-digitais e conversores de raiz quadrada média.
• Essencial em aplicações de comparação.
• Por último, eles são úteis na amplificação de sinais AC e DC.

Conclusão

No projeto de circuito da maioria dos componentes eletrônicos, os amplificadores log são úteis. Destacamos tudo o que há para saber sobre o elemento. Além disso, quando necessário, incluímos um diagrama de blocos funcional. Eles são vitais para orientá-lo a compreender as conexões que envolvem os amplificadores.

Assim, os insights acima devem ser primordiais para permitir que você alcance a máxima operabilidade do componente. Se você tiver mais dúvidas sobre seu processo de trabalho e calibração, fale conosco e responderemos prontamente às suas perguntas.