ЦИФРОУПРАВЛЯЕМЫЙ ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ
DIGITALLY CONTROLLED LOGARITHMIC AMPLIFIER

Изобретение относится к устройствам преобразования аналоговых электрических сигналов и может быть использовано в электронике для создания усилителей с большим динамическим диапазоном входного сигнала, а также в системах управления электроприводами.
Известен логарифмический преобразователь (патент РФ №2252452, МПК G06G 7/24 с приоритетом от 22.12.2003), содержащий первый и второй операционные усилители, источник входного тока, выход которого через масштабный резистор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, логарифмирующий транзистор, эмиттер которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а база и коллектор подключены к базе линеаризирующего транзистора, эмиттер которого через нормирующий резистор подключен к выходу источника входного тока, а коллектор к выходу первого операционного усилителя, термостабилизирующий транзистор, коллектор и база которого подключены к выходу первого операционного усилителя, а эмиттер соединен с коллектором логарифмирующего транзистора, термокомпенсирующий транзистор, база и коллектор которого подключены к эмиттеру термостабилизирующего транзистора, источник тока смещения, выход которого подключен к эмиттеру термокомпенсирующего транзистора и к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом резисторного делителя напряжения, включенного между выходом второго операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, причем логарифмирующий и линеаризирующий, термостабилизирующий и термокомпенсирующий транзисторы попарно находятся в тепловом контакте, введены последовательно включенные источник опорного напряжения, сумматор, второй и третий входы которого соединены соответственно с базой и эмиттером термокомпенсирующего транзистора, нелинейный элемент, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, множительное устройство, второй вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя, и дифференциальный усилитель, другой вход которого соединен со вторым входом множительного устройства, а выход дифференциального усилителя является выходом логарифмического преобразователя.
Недостатком устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием нескольких транзисторов, которые должны быть подобраны с идентичными параметрами для осуществления термокомпенсации, а также отсутствие цифрового управления в процессе преобразования.
Известен цифровой логарифмический преобразователь (а.с. №881741, опубл. 15.11 1981, бюл. №42), содержащий n-разрядные сумматор и регистр (n-разрядность аргумента), входы которого являются входами преобразователя, выходы регистра подключены к разрядным входам сумматора, выходы которого являются выходом преобразователя, в который дополнительно введено запоминающее устройство, к адресным входам которого подключены (n-2) выхода старших разрядов регистра, а (n-3) информационных выходов запоминающего устройства подключены к (n-3) входам младших разрядов сумматора.
Недостатком устройства является невозможность преобразования аналоговых сигналов, а также реализация только функции логарифма с основанием 2.
Технической задачей изобретения являются повышение точности и быстродействия устройства, а также использование цифрового управления.
Поставленная цель достигается тем, что цифроуправляемый логарифмический усилитель содержит входной резистор, выход которого соединен со входом операционного усилителя с функцией формирования выходного напряжения, пропорционального логарифму от входного напряжения, при помощи кусочно-линейной аппроксимации, аналогово-цифровой преобразователь, на вход которого поступает входной сигнал, последовательно включенные в обратную связь операционного усилителя набор резисторов и магазин сопротивлений, причем один вывод всех резисторов из набора резисторов подключен ко входу операционного усилителя, а вторые выводы, управляемые через ключи старшими разрядами аналогово-цифрового преобразователя, подключены к одному из выводов магазина резисторов, управляемого через ключи младшими разрядами аналогово-цифрового преобразователя, а второй вывод магазина резисторов соединен с выходом операционного усилителя.
На чертеже представлена схема цифроуправляемого логарифмического усилителя, содержащего входной резистор 1, операционный усилитель 2, включенные последовательно в обратную связь набор резисторов 3 и магазин сопротивлений 4, для переключения которых входное напряжение подается на аналогово-цифровой преобразователь 5, управляющий код с которого подается на ключи 6 и 7.
Работа цифроуправляемого логарифмического усилителя основана на кусочно-линейной аппроксимации логарифмической функции. Входное напряжение UВХ подается через входной резистор 1 на операционный усилитель 2. В обратную связь операционного усилителя 2 включены последовательно набор резисторов 3, переключение которого осуществляется ключом 7, и магазин сопротивлений 4, переключение которого осуществляется ключом 6. Для формирования управляющего кода для ключей 6 и 7 входное напряжение UВХ подается на вход аналогово-цифрового преобразователя 5, старшие разряды выходного кода которого поступают на ключ 7, переключающий сопротивления набора резисторов 3, а младшие разряды выходного кода поступают на ключ 6, переключающий сопротивления магазина сопротивлений 4.
Устройство работает следующим образом. Входное напряжение UВХ усиливается операционным усилителем 2, коэффициент усиления которого определяется отношением сопротивлений включенных последовательно в обратную связь операционного усилителя 2 набора резисторов 3 и магазина сопротивлений 4 к входному резистору 1. Для реализации логарифмической функции осуществляется переключение включенных последовательно в обратную связь сопротивлений набора резисторов 3 и магазина сопротивлений 4. Для этого входное напряжение поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя 5. Старшие разряды выходного кода аналогово-цифрового преобразователя 5 поступают на ключ 7, переключающий сопротивления набора резисторов 3, а младшие разряды выходного кода поступают на ключ 6, переключающий сопротивления магазина сопротивлений 4.
Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается формирование выходного напряжения усилителя, пропорционального логарифму от входного напряжения, при помощи кусочно-линейной аппроксимации. Это позволяет обеспечить преобразование сигналов в эквивалентную область представления, выраженную в децибелах.