Rr - сопротивление источника сигнала. В отличие от ошибки, вызываемой действием Гв, влияние ошибок ОУ увеличивается при уменьшении амплитуды входного сигнала. Действие ОУ минимально при сбалансированных сопротивлениях на его входах, отрегулированном и см и сколмпенсированных входных токах (см. гл. 1).

Температурный дрейф выходного напряжения ЛУ определяется температурными зависимостями £0 и /к.о и дрейфом параметров ОУ. Следует учитывать, что тепловой ток /к.о удваивается на каждые 7,5° С увеличения температуры, а температурный дрейф £о = 2-3 мВ/°С.

2.2.2. САМОВОЗБУЖДЕНИЕ ЛУ И ЕГО УСТРАНЕНИЕ

В отличие от узлов с пассивной ОС в логарифмических усилителях цепь ОС одновременно активная и нелинейная, а ее коэффициент передачи зависит от входного сигнала.

При малых изменениях эмиттерного тока транзистора проводимость цепи ОС равна й/э/с? э~/э/фт = 1 э и, следовательно, меняется от 1/25 МОм до 1/25 Ом при 1 мА>/э>1 нА. Поэтому обычные методы устранения самовозбуждения (например, включение конденсатора Ск в цепь ОС параллельно нелинейному элементу) неприменимы по следующим причинам. При большом токе, например /э==1 мА, полюс, обусловленный Гд, появится на частоте, большей /т=1 МГц, если Ск~0,01 мкФ. При уменьшении входного сигнала, например /э~1 нА, тот же конденсатор приводит к появлению полюса на частоте 1 Гц. Кроме того, при /э= 1 мА усили-гель должен работать на нагрузку 25 Ом и при этом обеспечивать размах выходного напряжения /7вых~0,7 В, в то время как большинство усилителей не допускает применения нагрузки сопротивлением меньше 2 кОм.

Наиболее простым решением данной задачи является включение резистора Ra между эмиттером транзистора и выходом ОУ (рис. 2.19,а). Резистор R уменьшает также нагружающее действие выхода ОУ и коэффициент передачи с выхода последнего на эмиттер транзистора. Поскольку максимальное изменение выходного напряжения в большинстве ОУ равно 10 В, а ток через Ra равен :умме токов /э и нагрузки /н, то Ra выбирается из условия /?э= = 9,3 В/(/э + / ).

Рис. 2.19. Схема коррекции АЧХ логарифмических усилителей

Рис. 2.20. Включение диодов для защиты транзистора в логарифмическом усилителе

Коэффициент передачи ЛУ (рис. 2.19) Ки{р) = {Яэ+Гэ)Х 1Х[\+рЯг{С + Ск)]/Яг[1+рСк{Яэ + Гэ)], где С - паразитная емкость на инвертирующем входе. На частоте сй>1/Ск(э + /э)= = £01 получим /Си= 1+ Си/Ск. Амплитудно-частотные характеристики ОУ и ЛУ пересекаются на частоте сй2=ют/( 1 + Си/Ск), и логарифмический усилитель не утрачивает устойчивости, если выполняется неравенство cui<cu2. Например, если Кэ= 2,2 кОм, ют = = 10 рад/с, С =10 пФ и Гэ= 26 Ом, то Ск=88 пФ (обычно выбирается Ск=100 пФ), как следует из выражения Ск=(1-1-

+ У 1+4сйтС (/?э + /-э) )/2юг(/?э + /-э).

Защита ЛУ от перегрузок. Как правило, логарифмические усилители оперируют сигналами одной полярности и используют высококачественные транзисторы, напряжение пробоя перехода в которых невелико. Поэтому необходимо применять показанные на рис. 2.20 цепи защиты транзистора. Диоды VD1, VD2 исключают изменение напряжения на коллекторе транзистора за пределами диапазона ±0,7 В. Диод VD3 предотвращает увеличение напряжения на эмиттере траизистора, большее 0,7 В. Таким образом, на переходах транзистора падение напряжения не может стать больше 0,7 В.

2.2.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЛУ

В простейшей схеме ЛУ (рис. 2.21) для получения высокой точности логарифмирования в диапазоне изменения входного тока на 6 декад применен регулируемый источник опорного напряжения. Логарифмирование входного сигнала осуществляется

2S/r

330 гго

Рис. 2.21. Одновходовый термокомпенсированный логарифмический усилитель

усилителем Л/. Усилитель А2 используется для компенсации ошибок смещения, обусловленных Л/, и усиления выходного напряжения этого усилителя до требуемого значения. Благодаря действию отрицательной ОС в прецизионном ОУ 153УД5 коллекторный ток транзистора VTI устанавливается равным UzxIRi- Значение коллекторного тока транзистора VT3 подбирается таким, чтобы при 7вх = 0 выходное напряжение А2 также было примерно равно ну-

лю. Если параметры транзисторов VT1 и VT3 идентичны, то справедливо выражение

lJa.6 = Ua.6i~U Фг In f/i ) =Фг In {R, U/Ri f/on)-

Поскольку база транзистора VTI заземлена, напряжение появляется на неинвертирующем входе ОУ 140УД6 и ивых = А logX Х( вх/5), где A = Eo{R, + Rb + R6)/{R+R5) и BRiUoJRs.

Включением терморезистора R5 с дрейфом -0,33%/°С уменьшается собственный дрейф схемы, равный примерно +0,337о/°С. Действие входных токов ОУ 140УД6 можно уменьшить, установив сопротивление диода VT3 близким к сопротивлению цепи R4R5. Масштабные коэффициенты Л -ц Б подстраиваются резисторами R6 и R2. При использовании в схеме резисторов с разбросом сопротивлений меньше 1 % диапазон логарифмирования равен 1 мкА - 10 мА. Температурный дрейф существенно сказывается при /вх<1мкА.

Дифференциальный термокомпенсированный ЛУ показан на рис. 2.22. В верхней части схемы для устранения возможного самовозбуждения ЛУ включены резистор R1 и конденсатор С1. Действие сопротивления базы Гб компенсируется делителем R2- R4. Резисторы R5~R7 обеспечивают компенсацию тока смещения, протекающего в цепи инвертирующего входа ОУ. Диоды VD1, VD2 и резистор R8 образуют цепь ограничения отрицательного нап-

Rff iOM

Рис. 2.22. Дифференциальный логарифмический усилитель