运放对数电路

① 运放电路放大倍数的计算

在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。

一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联，简称输入电阻法。

二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端，简称开路电压法。

(1)运放对数电路扩展阅读：

对数放大器是指输出信号幅度与输入信号幅度呈对数函数关系的放大电路。实际的对数放大器总是兼具线性和对数放大功能,它的输入-输出幅度特性如图1。输入信号弱时,它是一个线性放大器,增益较大；输入信号强时,它变成对数放大器,增益随输入信号的增加而减小。对数放大器在雷达设备中有特别重要的作用。它不仅可以保证雷达接收机有很宽的动态范围，而且可以限制接收机输出的杂波干扰电平，达到恒虚警的效果。

对于单脉冲雷达（见跟踪雷达），还可归一化角误差信号；对于动目标显示雷达，还可抑制固定目标起伏。

在雷达、通信和遥测等系统中，接收机输入信号的动态范围通常很宽，信号幅度常会在很短时间间隔内从几微伏变化到几伏，但输出信号应保持在几十毫伏到几伏范围内。采用对数放大器可以满足这种要求，它能使弱信号得到高增益放大，对于强信号则自动降低增益，避免饱和。 设计良好的对数放大器能达到D1超过100分贝而D2在30分贝以下。除动态范围外，对数放大器的主要指标还包括对数关系的准确度和频率响应。

对数中频放大器和对数射频放大器，可用相同的方法获得对数特性。

晶体二极管的PN结电压（见固态电子器件）是结电流的对数函数，用它作为放大电路的负载或反馈元件可以使放大器具有对数幅度特性。使用这种方法虽然电路简单，但通常只能达到小于50分贝的输入动态范围，而且放大器的频带受PN结电容的限制，不能太宽。利用多级放大器串联或并联相加形成近似对数放大特

性，可以获得较好的结果。图2是多级串联相加对数放大器的框图，其中每级都是一个线性-限幅放大器。当输入信号弱时,放大器各级均不饱和，总增益最高。随着输入信号幅度的增大，从末级起各级放大器依次进入饱和状态，总增益随之降低。实用的对数放大器常用 4～10级限幅放大器组成。若规定放大器的动态范围，较多的级数能达到的对数关系也较准确。

② 指数运算和对数运算电路

指数运算和对数运算电路通过二极管特性实现。

这些电路与微积分电路不同，它们基于二极管的正向曲线拟合，原理上不涉及微分方程，因此设计较为简单。

二极管直流特性包括反向饱和电流I_S和温度电压U_T，数值范围分别约为0.1nA~10nA和20mV~50mV，参考值约为26mV。

利用这些特性，可以设计出指数和对数运算电路。设计难点在于选择合适的电阻和输入电压。

设计电路时，可以采用集成运放构建比例放大电路作为基础，以实现运算功能。

具体设计包括微分运算电路，输入信号可以为正弦波、方波或三角波。同时，差分放大器采用任意波形的双路同相位输出，利用两个运放来搭建电路。

通过验证电路功能，可以拟合得到参数I_S和U_T，并通过推导得出输出电压与输入电压的关系。输出电流I_D通常在0.1mA~20mA范围内。

在使用任意波形发生器时，需要注意负载电阻的大小或采用实测输入信号，并确保高Z或50Ω设置。选择合适的频率进行滤波。

任意波形发生器的两路输出通常以交流形式出现。当设置相位相等时，两路信号会相互增强或削弱，具体取决于信号频率。

任意波形发生器的内阻与微分电路中的电容组成低通滤波器，其截止频率取决于内阻和电容的组合。具体值可通过计算确定。

方波信号通过低通滤波后，高频谐波被削弱，形成平滑的正弦波形，这是因为低通滤波器可以滤除高于截止频率的高频分量。

对于指数运算电路，正常工作范围通常在输入电压U_D大约为0.299V~0.437V范围内，具体取决于I_S和U_T参数。对数运算电路的输入电压范围则通常在0.001V~2V之间，取决于电阻配置。

③ 运算放大器与一个二极管串联的一个电路，作用是什么如图。手绘较粗糙，高手们将就看。

答：本图所画的电路是对数放大器。
1、用二极管作运算放大器的反馈元件，由于内二极管的正向伏—安特容性是对数的，所以放大器的输出电压与输入电压成对数关系。
2、图所示的二极管方向，输入电压只能是正的。如果输入负讯号，二极管处于反向，输出与输入不再遵从对数关系，而且由于二极管的反向电阻很大，放大器的负反馈很弱，输出级将处于正向饱和状态。