Mạch khuếch đại logarit

MẠCH KHUẾCH ĐẠI LOGARIT

 Phương trình đầu ra cơ bản của bộ khuếch đại logarit (có thể viết là bộ khuếch đại log) là Vout = K.ln (Vin / Vref); Trong đó Vref là hằng số chuẩn hóa và K là hệ số tỷ lệ. Bộ khuếch đại logarit có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực điện tử như nhân hoặc chia (chúng có thể được thực hiện bằng cách cộng và trừ các log của toán hạng), xử lý tín hiệu, điều khiển quá trình trên máy vi tính, nén, giải nén, phát hiện giá trị RMS, v.v.

Bộ khuếch đại logarit dùng Op-amp và diode

Sơ đồ của bộ khuếch đại log dùng Opamp-diode đơn giản được hiển thị ở trên. Sơ đồ này là một op-amp được mắc vòng kín với dây hồi tiếp về đầu (-) được bố trí một diode D. Điện áp trên diode sẽ luôn tỷ lệ với hàm logarit của dòng điện qua nó vì diode được đặt trên đường hồi tiếp của opamp hoạt động ở chế độ đảo, điện áp đầu ra sẽ tỷ lệ với áp đầu vào cực (-) đầu vào. Vì dòng điện đầu vào tỷ lệ với điện áp đầu vào, chúng ta có thể nói rằng điện áp đầu ra sẽ tỷ lệ với hàm logarit của điện áp đầu vào (-).

Theo phương trình của lớp tiếp xúc P/N mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp cho một diode là:  I_d = I_s (e^Vd/Vt – 1 )  với I_d là dòng qua diode, I_s là dòng bão hoà, V_d là điện áp qua diode, V­_t là điện áp tối đa

Vì một opamp lý tưởng có điện trở đầu vào vô hạn, dòng điện đầu vào I_r chỉ có một đường dẫn, đó là thông qua diode. Điều đó có nghĩa là dòng điện đầu vào bằng với dòng diode I_d : I_r = I_d

Vì áp chân đầu vào đảo của opamp hầu như bằng GND, chúng ta có thể cho rằng

Ir = Vin / R => I_d = Vin/R

Ta được  Vin/R =I_s (e^Vd/Vt – 1 ) => Vin = R.I_s (e^Vd/Vt – 1 ) =>  Vout = -Vt In(Vin/I_sR)

Khuếch đại logarit dùng op-amp và transistor

Trong mạch này, một transistor được đặt trên đường dẫn hồi tiếp của op-amp hoạt động ở chế độ đảo. Cực C transistor được kết nối với đầu vào đảo của op-amp, cực E nối ngõ ra op-amp và cực B được GND. Điều kiện cần thiết để op-amp hoạt động là điện áp đầu vào phải luôn dương. Sơ đồ mạch của bộ khuếch đại logarit dùng opamp-transitor được hiển thị bên dưới.

Từ hình trên ta thấy Vbe = -Vout (1)

Chúng ta đã biết rằng Ic = Iso ( e^Vbe/Vt – 1 ) trong đó Ic là dòng cực C của transistor, Iso là dòng bão hòa, Vbe là điện áp giữa 2 cực B và E, Vt là điện áp tối đa.

Một công thức gần đúng có thể được viết như sau: Ic = Iso.e^Vbe/Vt  => Vbe = Vt In (Ic/Iso) (2)

Vì chân đầu vào của một opamp lý tưởng có trở kháng đầu vào vô hạn, đường dẫn duy nhất cho dòng điện đầu vào Ir là đi qua transistor và đồng nghĩa Ir = Ic.

Vì áp đầu vào đảo của opamp gần như bằng không nên Ir = Vin/R = Ic (3)

Từ (1),(2),(3) ta được Vout = -Vt ln (Vin/(Iso.R))