對數(shù)放大器,對數(shù)放大器是什么意思

若將ic視為激勵(lì)信號電流，UBE看作響應(yīng)信號電壓，將輸入偏流為零的隔離放大器接在集電極C與基極B之間以隔離iB的影響。

可以看出，理想BJT的UBE與其ic是理想的對數(shù)關(guān)系。等式中，Is是BJT的飽和電流，它與溫度密切相關(guān)。此外熱電壓UT也依賴于溫度。在集成的跨導(dǎo)線性對數(shù)放大器中這種受溫度影響的缺點(diǎn)已被一個(gè)具有同樣溫度變化特性的三極管修正，而且可以確保對數(shù)斜率的穩(wěn)定性。

UY叫做對數(shù)斜率，固定電流IZ叫做對數(shù)截距（有關(guān)對數(shù)放大器的一些名詞將在后面予以說明）。

基帶對數(shù)放大器與解調(diào)對數(shù)放大器

對于高頻應(yīng)用，常常選擇基帶對數(shù)放大器或解調(diào)對數(shù)放大器。盡管這兩種放大器在細(xì)節(jié)上有些不同，但原理是相同的，它不是采用一個(gè)放大器的對數(shù)特性而是用多個(gè)相同的線性放大器級聯(lián)來分段線性逼近對數(shù)函數(shù)。如圖2所示，這里只是一個(gè)理想的通用模型，其核心為一個(gè)限幅放大器，每個(gè)放大單元的傳遞函數(shù)如圖3所示，對于N個(gè)級聯(lián)限幅放大器構(gòu)成的對數(shù)放大器， EK為限幅放大器的飽和電壓，A為放大倍，當(dāng)輸入信號電壓小于臨界值EK/AN-1時(shí)，限幅放大器的每一級都不會(huì)飽和，因此，小于EK/AN-1的輸入信號可以得到充分的放大，此時(shí)輸出信號幅度是輸入信號幅度的AN-1倍。當(dāng)輸入電壓大于EK/AN-1小于EK時(shí)，由于各級限幅的原因，輸入信號越大，飽和的級數(shù)越多。當(dāng)輸入大于EK時(shí)，輸出則為NAEK。輸入信號幅度在EK/AN-1和EK之間的信號，其總的輸出電壓與輸入電壓的幅度可用下式表示：

VIN= EK/AN-M ，VOUT=，其中M為飽和的級數(shù)（M≤N）

實(shí)際的電路結(jié)構(gòu)是：對于小信號采用增益為A的放大器，而大信號則采用單位增益放大器，稱之為A/1放大器，如圖4所示，限幅增益放大器和單位增益緩沖器并聯(lián)，輸出送加法器。解調(diào)對數(shù)放大器與基帶對數(shù)放大器雖然都采用上述的級聯(lián)限幅放大器，解調(diào)對數(shù)放大器不是將輸出直接累加，而是先檢波然后輸出累加，用級聯(lián)限幅放大器構(gòu)成的對數(shù)放大器有兩種輸出：對數(shù)輸出和限幅輸出。許多應(yīng)用中限幅輸出并不需要，但有些應(yīng)用中，兩種輸出都是必須的。解調(diào)對數(shù)放大器的對數(shù)輸出一般包括幅度信息，而相位和頻率信息則被丟失。如果采用半波檢波器和延時(shí)補(bǔ)償，相位和頻率信息也可被保留。

對數(shù)放大器的技術(shù)指標(biāo)

這里我們有必要對對數(shù)放大器的相關(guān)指標(biāo)做進(jìn)一步的說明，因?yàn)樗麄兣c工程實(shí)踐密切相關(guān)。也是在使用對數(shù)放大器中必須考慮的問題。

噪聲

所有信號處理系統(tǒng)都受到隨機(jī)噪聲的限制，這便對最小信號設(shè)置了可被檢測或識別的門限。隨機(jī)噪聲和信號輸入端的帶寬密切相關(guān)，隨機(jī)噪聲常用“噪聲頻譜密度（SND）”來定義，總的噪聲功率與系統(tǒng)的噪聲帶寬BN（用Hz來表示）成正比。在線性系統(tǒng)中，輸出噪聲功率N與系統(tǒng)的帶寬有關(guān)，這里的帶寬通常是指3dB帶寬，對于理想低通系統(tǒng)而言，3dB帶寬就是系統(tǒng)的等效噪聲帶寬。而在非線性系統(tǒng)中例如對數(shù)放大器，情況就不同了，即使輸入端很小的噪聲都會(huì)引起放大器末級的過載現(xiàn)象。因此對數(shù)放大器的主要缺點(diǎn)是會(huì)降低大信號的信噪比。所以對數(shù)放大器的前級一般的噪聲頻譜密度（NSD）設(shè)計(jì)的非常低。例如AD8307的前級放大器SND為1.5nV/。

交調(diào)失真

兩個(gè)單一頻率的交調(diào)失真指標(biāo)在射頻應(yīng)用中特別重要。它是表征放大器的交調(diào)失真（IMD）的質(zhì)量因數(shù)。諧波失真是由幅度傳遞函數(shù)特性中的非線性所致。交調(diào)失真由兩個(gè)或更多不同頻率的信號混頻而成。當(dāng)輸入信號只含一種頻率時(shí)，放大器的輸出僅產(chǎn)生諧波失真，若輸入信號含兩中頻率，則輸出產(chǎn)生諧波失真和交調(diào)失真。此時(shí)，輸出包含了放大器的直流偏移、有用信號、二次諧波、二階交調(diào)失真、三次諧波、三階交調(diào)失真等等。大多數(shù)的交調(diào)失真可以被濾掉（包括二階交調(diào)失真），但輸入信號的兩個(gè)頻率靠的很近時(shí)，三階交調(diào)失真將和兩個(gè)基頻相近而不容易被濾掉。通常三階交調(diào)失真與窄帶應(yīng)用有關(guān)，而二階交調(diào)失真與寬帶應(yīng)用有關(guān)。如果放大器的非線性可以用冪級數(shù)展開的話，那么輸入信號每增加1dB，二階交調(diào)失真會(huì)增加2dB，三階交調(diào)失真會(huì)增加3dB。輸入信號超過一定值后，放大器開始飽和，同時(shí)IMD分量明顯增加，理想輸出功率和二階交調(diào)，三階交調(diào)失真功率會(huì)會(huì)在某一點(diǎn)相交。這些交點(diǎn)在縱軸上的投影既對應(yīng)的輸出功率通常為放大器輸出功率提供基準(zhǔn)。交點(diǎn)功率越大，使IMD增大的電平就越大。所以給定的信號電平下IMD就越低。（如圖4所示）。另一個(gè)值得關(guān)注的參數(shù)是1dB壓縮點(diǎn)（1dB compression point）,從這點(diǎn)開始，輸出信號已開始受到限制，并相對理想的輸入輸出曲線衰減1dB。