Vidlákovo elektro 20. Logaritmické zesilovače 2.

11. listopadu 2012 v 2:56 | Petr |  Vidlákovo Elektro

Než se vrhneme do druhé kapitoly o logaritmických zesilovačích jen rekapitulace - je to veliký byznys a proto najít pravdivé informace prakticky nelze. Je veliká skupina logaritmických zesilovačů využívajících logaritmické závislosti mezi napětím a proudem na (diodovém nebo tranzistorovém) PN přechodu, ale ty jsou pro robotika většinou k ničemu. Pak jsou logaritmické zesilovače založené na kaskádě lineárních ale limitovaných zesilovačů, a těmi se budeme zabývat dnes.
Nejprve tedy teoreticků úvod - jak to funguje - na schémátku vidíme že signál prochází řetězcem zesilovačů, takže nakonec se některý zesilovač zahltí a všechny za ním budou taky zahlcené. To nám naznačují sinusovky nakreslené dole. Vtip je v tom, že zahlcené stupně už nezesilují. Takže silný signál bude zesílený jen některými, zatímco slaboučký signál bude zesílen všemi zesilovači. Takže zesílení celé kaskády v závislosti na amplitudě signálu bude asi takové
Nezdá se, že by to byla logaritmická křivka - spíše zalomená úsečka. Ale pokud výsledek logaritmujeme a nakreslíme v logaritmické stupnici - přece jenom logaritmus (přibližný) nakonec dostaneme.
Zde je moje vlastní simulace v excelu pro různé stupně, čím více stupňů tím větší rozsah signálů zesilovač zpracuje a tím přesněji leží výsledek na logaritmické křivce, na druhé straně tím je zesilovač nestabilnější. TAkže existují extrémní případy 12 stupňových logaritmických zesilovačů, ale ty jsou možné a stabilní jenom uvnitř čipu, pokud se pokusíte je postavit parazitní parametry obvodu vám z nich udělají kmitající zmetky.
Jenom poznamenám, že 120 decibelů - tedy zpracování signálu v poměru 1: 1000 000 (milión) je špička, a i logaritmování v rozsahu 1: 100 000 nebo 1: 10 000 se považuje za slušné.
Přesto jsou tyto zesilovače spojené s amplitudovou demodulací signálu v jistém smyslu pro mně nedostatečné - stále mám ambici měřit světlem i vzdálenost a proto nechci přijít ani o informaci o fázi signálu, která se demodulací ztrácí, proto existuje třetí a poslední kategorie logaritmických zesilovačů zvané

Video Logarithmic amplifiers.
Videozesilovače jsou vždycky širokopásmové zesilovače, většinou od 0 Hz do nekolika MHz a v našem případě až třeba do pár GHz. Tyto zesilovače jsou konstruktérův sen - na výstupu je frekvenčně i fázově nezkreslený signál (jenom zpožděný o konstatní čas) jehož amplituda je logaritmem amplitudy původního signálu - lze si přát více ? Noc s Megan Fox ?
Proč nejsou tyto zesilovače v každém Amáru ? Protože jejich výroba je moc dobrý kšeft pro dodavatele speciální elektroniky pro vojsko, čipy do mobilů, digitální signálové procesory atd - velký byznys = málo pravdivých informací.
Tudíž jsem narazil na jediný zdroj užitečných informací - už minule zmíněné PDF.
Zesilovače které jsem popisoval doposud byly tzv succesive detection - tedy zesilovače s postupnou detekcí, zde však máme succesive compression - zesilovač s postupnou kompresí signálu, které fungují v sériové a paralelení variantě
Sériový zesilovač vidíte na obrázku - je to vlastně série dvojic zesilovačů - jeden zesiluje 3x - 20x a druhý jenom 1x. Pokud se zesilující zesilovač zahltí - zahltí se i všechny za ním, ale signál i přesto přenese řada 1x zesilujících zesilovačů až na konec - beze změny původní amplitudy před zahlcením. Nic se tedy neusměrňuje a navíc slabé i silné signály projdou stejnou cestou a mají tudíž konstantní zpoždění - jejich fázi lze po započtení zpoždění použít k měření doby návratu odrazu a tím vzdálenosti překážky.
Sériový zesilovač má velký dynamický rozah, je ale složitý,a má tendenci být nestabilní a kmitat, proto existuje i druhá kategorie - tzv paralelní zesilovače, které jsou jednoduché jako schema ze stavebnice "mladý elektronik"
jedná se o to že zcela stejné zesilovače, lišící se jenom zesílením, jsou zapojeny paralelně, takže signál jde minimem stupňů a navíc ve všech větvích stejným počtem a nakonec se všechny zahlcené i nezahlcené větve sečtou - tím vznikne stejný signál jako u sériového zesilovače.
Vysvětlím zde na vlastní variantě stejné věci - signál prochází celkem 4 větvemi, které mají zesílení 10x, 100x, 1000x a 10 000x první 3 používají jako první stupeň zesilovač U3, který zesiluje 10x na jeho výstup jsou zapojené tři stupně zesilující 1x, 10x a 100x. Zesílení 1000x už nelze získat v jednom stupni, proto pro zesílení 10 000x máme celou druhou větev složenou z U2 a U5. signály ze všech 4 větví se sčítají pomocí oddělovacích / sčítacích rezistorů 1K. Celé je to postavené z původně digitálních hradel CMOS 4069 a na tento zesilovač jich stačí 6 - to je jediné pouzdro.
Není špatné obšlehnout Američanům radarovou technologii a postavit ji kolem integrovného obvodu za 4,50 kč ne ;-))).

Tento obvod zpracuje signál 1: 10 000 tedy přibližně od 1V do 100 uV pod touto hodnotou funguje jako obyčejný 2500x zesilující zesilovač. Proč 2500x - porotože celkové zesílení je (10 000 + 1000 + 100 + 10) / 4 tedy zcela přesně přesně 2777,5x takže ani slabší signály nejsou pro zpracování ztracené.

Co dělají konstruktéři radarů když mají signál s větším rozsahem než je rozsah logaritmického zesilovače - zamontují do něktrého předzesilovače Time gain compensation, kterou jsme řešili minule, tím si celý rozsah signálu zmenší. To je pro nás složité, takže můžeme přidat další stupně - to vede k nestabilitě, nebo dát dva takové zesilovače paralelně s předzesilovači třeba 1x a 1000x a jejich výstupy zase sečíst pomocí odporů - stejně jako výstupy 4 větví.
Jednoduché, účinné, laciné, fungující, nekmitající (většinou) připravené pro použití v mojich i vašich robotech. Co si můžeme více přát ?

Tím jsme ukočili seriálek o řízení zesílení a příště probereme něco, co mě napadne až budu mít inspiraci - do té doby jenom oblíbená rada pro brunety - femme fatale je skvělá jako erotická hra v posteli, nebo pro flirt na diskotéce - i když to zní neuvěřitelně i heterosexuální muži občas ocení prostou ženu - kamarádku - tím spíše, pokud je to ta vlastní ....
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama