amplificador de registro

Circuito eléctrico

Un amplificador logarítmico , también conocido como amplificador logarítmico o amplificador logarítmico o amplificador logarítmico , es un amplificador para el cual el voltaje de salida V _out es K veces el logaritmo natural del voltaje de entrada V _in . Esto se puede expresar como,

${\displaystyle V_{\text{out}}=K\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{V_{\text{ref}}}}\right)}$

donde V _ref es la constante de normalización en voltios y K es el factor de escala.

El amplificador logarítmico proporciona un voltaje de salida que es proporcional al logaritmo del voltaje de entrada aplicado. Para diseñar un circuito amplificador logarítmico, se utilizan comúnmente amplificadores operacionales de alto rendimiento como LM1458, LM771, LM714 y un amplificador logarítmico compensado puede incluir más de uno. En algunas situaciones, especialmente en el dominio de RF, también se utilizan amplificadores logarítmicos monolíticos para reducir la cantidad de componentes y el espacio utilizado, así como mejorar el ancho de banda y el rendimiento del ruido.

El funcionamiento del amplificador logarítmico se puede invertir mediante un exponenciador , como un amplificador operacional configurado para salida exponencial . ^[1]

Aplicaciones de amplificador de registros

Los amplificadores logarítmicos se utilizan de muchas maneras, como por ejemplo:

• Realizar operaciones matemáticas como multiplicación, división y exponenciación. A la multiplicación también se le llama a veces mezcla. Esto es similar al funcionamiento de una regla de cálculo y se utiliza en computadoras analógicas , métodos de síntesis de audio y algunos instrumentos de medición (es decir, potencia como multiplicación de corriente y voltaje).
• Calcular el valor dB de una cantidad determinada.
• Como conversor True RMS .
• Ampliar el rango dinámico de otros circuitos, como el control automático de ganancia de la potencia de transmisión en circuitos de RF o convertidores de analógico a digital .

Inconvenientes de la configuración básica del amplificador logarítmico

La corriente de saturación inversa del diodo se duplica por cada diez grados Celsius de aumento de temperatura. De manera similar, la corriente de saturación del emisor varía significativamente de un transistor a otro y también con la temperatura. Por tanto, es muy difícil establecer el voltaje de referencia para el circuito. ^[2]

Circuito de diodo de amplificador operacional básico

Convertidor de registro de diodos de amplificador operacional básico

La relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida viene dada por: ${\displaystyle V_{\text{in}}}$ ${\displaystyle V_{\text{out}}}$

${\displaystyle V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S}}\,R}}\right)}$

donde y son la corriente de saturación y el voltaje térmico del diodo respectivamente. ${\displaystyle I_{\text{S}}}$ ${\displaystyle V_{\text{T}}}$

El rango dinámico de este circuito de diodo con amplificador operacional básico está limitado a 40-60 dB debido a las características no ideales del diodo, pero el rango dinámico se puede aumentar a más de 120 dB reemplazando el diodo con un transistor en una configuración de "transdiodo". . ^[3]

Configuración de transdiodo

Una configuración de transdiodo con un BJT conectado en el circuito de retroalimentación negativa .

Una condición necesaria para el funcionamiento exitoso de un amplificador logarítmico es que el voltaje de entrada, V _in , sea siempre positivo. Esto se puede garantizar mediante el uso de un rectificador y un filtro para acondicionar la señal de entrada antes de aplicarla a la entrada del amplificador logarítmico. Como V _in es positivo, V _out está obligado a ser negativo (ya que el amplificador operacional está en la configuración inversora) y es lo suficientemente grande como para polarizar directamente la unión emisor-base del BJT manteniéndolo en el modo de operación activo. Ahora,

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\text{BE}}&=-V_{\text{out}}\\I_{\text{C}}&=I_{\text{S}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)\approx I_{\text{S}}e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}\\\Rightarrow V_{\text{BE}}&=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{\text{C}}}{I_{\text{S}}}}\right)\end{aligned}}}$

donde es la corriente de saturación del diodo base emisor y es el voltaje térmico . Debido a la tierra virtual en la entrada diferencial del amplificador operacional, ${\displaystyle I_{\text{S}}\,}$ ${\displaystyle V_{\text{T}}\,}$

${\displaystyle I_{\text{C}}={\frac {V_{\text{in}}}{R}}}$, y

${\displaystyle V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S}}R}}\right)}$

El voltaje de salida se expresa como el logaritmo natural del voltaje de entrada. Tanto la corriente de saturación como el voltaje térmico dependen de la temperatura, por lo que pueden ser necesarios circuitos de compensación de temperatura. ${\displaystyle I_{\text{S}}\,}$ ${\displaystyle V_{\text{T}}\,}$

Ver también

• Diodo
• Aplicaciones de amplificador operacional § Salida logarítmica

Referencias

1. "Teoría AN-311 y aplicaciones de amplificadores logarítmicos" (PDF) . Instrumentos Texas . 2013. Archivado (PDF) desde el original el 19 de junio de 2024 . Consultado el 30 de julio de 2024 .}
2. La conversión de RMS a CC ahora es sencilla Tecnología lineal, Nota de diseño 288, 2002
3. "Tutorial MT-077: conceptos básicos del amplificador de registro" (PDF) . Dispositivos analógicos . 2009. Archivado (PDF) desde el original el 29 de octubre de 2022 . Consultado el 28 de junio de 2023 .

enlaces externos

• Amplificadores logarítmicos de CC integrados del AN 36211 de Maxim
• Electrónica analógica con amplificadores operacionales por AJ Peyton, V. Walsh