CN116722827A - 一种低频对数放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放大器技术领域，具体涉及一种低频对数放大器，包括第一反向运放电路和第二反向运放电路，第一反向运放电路包括第一电阻、第二电阻、第一运放、第一电容、第一晶体管、第三电阻和第二晶体管，第二反向运放电路包括第四电阻、第二运放、第五电阻、第二电容、第八电阻、第九电阻并联、第七电阻和第六电阻，该对数放大器用方波信号对输入、输出及频率特性进行分析，分析结果表明输出信号越小增益越大，可以用来放大微弱信号，输出信号的幅值随输入信号幅值的增大而减小，能解决输入信号动态范围大，解决现有常用对数放大器无法满足在动态范围宽领域对放大器的需求的问题。
Description
技术领域
本发明涉及放大器技术领域，尤其涉及一种低频对数放大器。
背景技术
对数放大器是一种信号放大器，用于放大某个信号的有效值，它的信号增益由其对数函数的变化而定，因此具有较大的增益抗干扰性能。
常用的对数放大器可以分为集成电路对数放大器、解调对数放大器和基于半波栅的对数放大器。集成电路对数放大器也称反向放大器，它能够响应变化的输入，拥有更高的增益，可以有效的提高信号的电平和质量，但它的可靠性不高，容易因环境温度的变化而影响信号的精度；解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，可以得到很好的对数传递特性，但往往功耗较大，基本上大于30mA；基于半波栅的对数放大器也称半波栅放大器它的优点是可以实现大范围的可调节动态范围，输出电压随输入电压的变化而呈现对数关系，可以有效解决静态的噪声问题，缺点是动态范围小。
上述常用的对数放大器无法满足输入信号动态范围宽领域对于高精度、低功耗、高增益对数放大器的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低频对数放大器，旨在解决现有常用对数放大器无法满足在动态范围宽领域对放大器的需求的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种低频对数放大器，包括第一反向运放电路和第二反向运放电路，所述第一反向运放电路与所述第二反向运放电路电连接；
所述第一反向运放电路包括第一电阻、第二电阻、第一运放、第一电容、第一晶体管、第三电阻和第二晶体管，所述第一电阻与所述第一运放负端连接，所述第二电阻与所述第一运放正端连接，所述第一晶体管与所述第一电阻串联，所述第三电阻与所述第一晶体管和第一运放串联，所述第一电容与所述第一晶体管和所述第三电阻并联，并与所述第二晶体管串联；
所述第二反向运放电路包括第四电阻、第二运放、第五电阻、第二电容、第八电阻、第九电阻并联、第七电阻和第六电阻，所述第二运放负端与所述第二晶体管串联，所述第五电阻与所述第二运放正端串联，所述第二晶体管分别与所述第八电阻和所述第七电阻串联，所述第九电阻与所述第八电阻和所述第二运放串联，所述第六电阻与与所述第九电阻串联，所述第二电容与所述第八电阻、所述第七电阻和所述第九电阻并联。
其中，所述低频对数放大器参考电压为5V。
其中，所述第二电阻远离所述第一运放的一端接地。
其中，所述第五电阻远离所述第二运放的一端接地。
其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为特效相同。
本发明的一种低频对数放大器，所述第一电阻接在所述第一运放负端，所述第二电阻接在所述第一运放正端、所述第一电容与所述第一晶体管和所述第三电阻并联再与所述第二晶体管串联，所述第四电阻接在所述第二运放负端，所述第二运放正端接所述第五电阻、所述第二电容与所述第八电阻和所述第九电阻并联，所述第七电阻与所述第八电阻串联并接地、所述第二运放输出端接所述第六电阻，该对数放大器用方波信号对输入、输出及频率特性进行分析，结果表明在输入信号低于10mA时，放大器有很好的放大特性，输入信号动态范围达50d，小信号增益最高可达到70dB，分析结果得出输出信号越小增益越大，可以用来放大微弱信号，输出信号的幅值随输入信号幅值的增大而减小，能解决输入信号动态范围大，且在输入信号低于10mv时输出信号具有高增益，随着信号的增大输出信号的增益呈对数减小，该低频对数放大器在低频下当输入信号为3mv时，其输出信号达到6V，其小信号增益为66dB，且信号越小增益越大，可以用来放大微弱信号，低频放大器一致性很好，后期不需要调试，适合大批量生产应用，解决现有常用对数放大器无法满足在动态范围宽领域对放大器的需求的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有低频对数放大器的电路结构示意图。
图2是本发明提供的一种低频对数放大器的电路结构示意图。
图3是本发明提供的一种低频对数放大器的输入输出特性示意图。
图中：201-第一电阻、202-第二电阻、203-第一运放、204-第一电容、205-第一晶体管、206-第三电阻、207-第二晶体管、208-第四电阻、209-第五电阻、210-第二运放、211-第二电容、212-第六电阻、213-第九电阻并联、214-第八电阻、215-第七电阻。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图3，本发明提供一种低频对数放大器，包括第一反向运放电路和第二反向运放电路，所述第一反向运放电路与所述第二反向运放电路电连接；
所述第一反向运放电路包括第一电阻、第二电阻、第一运放、第一电容、第一晶体管、第三电阻和第二晶体管，所述第一电阻与所述第一运放负端连接，所述第二电阻与所述第一运放正端连接，所述第一晶体管与所述第一电阻串联，所述第三电阻与所述第一晶体管和第一运放串联，所述第一电容与所述第一晶体管和所述第三电阻并联，并与所述第二晶体管串联；
所述第二反向运放电路包括第四电阻、第二运放、第五电阻、第二电容、第八电阻、第九电阻并联、第七电阻和第六电阻，所述第二运放负端与所述第二晶体管串联，所述第五电阻与所述第二运放正端串联，所述第二晶体管分别与所述第八电阻和所述第七电阻串联，所述第九电阻与所述第八电阻和所述第二运放串联，所述第六电阻与与所述第九电阻串联，所述第二电容与所述第八电阻、所述第七电阻和所述第九电阻并联。
在本实施方案中，所述第二晶体管207和所述第一晶体管205由特性相同的两个晶体管构成，这样做的好处是可以消除晶体管反向饱和电流的影响。对反向运放电路而言“所述第二电阻202”接地，这样所述第一运放203的电压约等于0，因此所有小信号电流都会流过所述第一晶体管205。
当输入信号Ui加在如图一所述的从左到右的第一个反向运放电路的反向输入端时，反向所述第一运放203正端的所述第二电阻202接地，从而保证了所述第一电阻201上的电流基本流向了所述第一晶体管205。在所述第二运放210的反向端加入参考电压Uref，由于反向所述第二运放210正端的所述第五电阻209接地，从而保证了反向所述第二运放210反向输入端的所述第四电阻208的电流基本流向了所述第二晶体管207。
所示的低频对数放大器的输入与输出关系为：
其中：Ui为所述低频对数放大器的输入信号、所述第一电阻201为所述低频对数放大器的所述第一运放203的输入电阻、Uref为参考电压，所述低频对数放大器把Uref的值设置为5V、所述第四电阻208为所述低频对数放大器的所述第二运放210的反向端输入电阻；所述低频对数放大器的所述第二运放210的正端的所述第二电阻202接地，因此流过所述第一电阻201的电流I1流向了所述第一晶体管205；所述低频对数放大器的所述第二运放210正端的所述第五电阻209接地，因此流过所述第四电阻208的电流Iref流向了所述第二晶体管207；所述低频对数放大器的所述第八电阻214、所述第九电阻213和所述第七电阻215构成反向运算放大器；VT为所述低频对数放大器所述第一晶体管205和所述第二晶体管207的热电压，其大小随温度的变化而变化。
当所述低频对数放大器的所述第一电阻201与所述第四电阻208的阻值一致时，所述低频对数放大器的输入与输出关系为：
所述低频对数放大器的输入与输出服从对数关系，所述低频对数放大器的输入与输出特性如图3所示，理想曲线由所述低频对数放大器在频率为15HZ时的输入与输出关系(4)所得，拟合曲线由所述低频对数放大器在频率为15HZ时的输入与输出数据拟合得到的。由图3可知所述低频对数放大器输入信号为3mv时，其输出信号达到6V，其小信号增益为66dB,且信号越小增益越大，可以用来放大微弱信号。由图3所示所述低频对数放大器输出信号的幅值随输入信号幅值的增大而减小，能解决输入信号动态范围大的问题。
以上所揭露的仅为本发明一种低频对数放大器较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种低频对数放大器，其特征在于，
包括第一反向运放电路和第二反向运放电路，所述第一反向运放电路与所述第二反向运放电路电连接；
所述第一反向运放电路包括第一电阻、第二电阻、第一运放、第一电容、第一晶体管、第三电阻和第二晶体管，所述第一电阻与所述第一运放负端连接，所述第二电阻与所述第一运放正端连接，所述第一晶体管与所述第一电阻串联，所述第三电阻与所述第一晶体管和第一运放串联，所述第一电容与所述第一晶体管和所述第三电阻并联，并与所述第二晶体管串联；
所述第二反向运放电路包括第四电阻、第二运放、第五电阻、第二电容、第八电阻、第九电阻并联、第七电阻和第六电阻，所述第二运放负端与所述第二晶体管串联，所述第五电阻与所述第二运放正端串联，所述第二晶体管分别与所述第八电阻和所述第七电阻串联，所述第九电阻与所述第八电阻和所述第二运放串联，所述第六电阻与与所述第九电阻串联，所述第二电容与所述第八电阻、所述第七电阻和所述第九电阻并联。
2.如权利要求1所述的一种低频对数放大器，其特征在于，
所述低频对数放大器参考电压为5V。
3.如权利要求1所述的一种低频对数放大器，其特征在于，
所述第二电阻远离所述第一运放的一端接地。
4.如权利要求1所述的一种低频对数放大器，其特征在于，
所述第五电阻远离所述第二运放的一端接地。
5.如权利要求1所述的一种低频对数放大器，其特征在于，
所述第一晶体管和所述第二晶体管为特效相同。
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