Penguat Log: Fitur Utama dan Aplikasi untuk Pemrosesan Sinyal
Sinyal dengan rentang dinamis tinggi akan selalu menjadi tantangan bagi desainer. Sinyal ini diperlukan untuk perangkat pemantauan jarak seperti radar atau sistem sonar. Namun dalam sistem tersebut, kita memerlukan gain tinggi untuk sinyal amplitudo rendah dan sebaliknya untuk sistem amplitudo tinggi. Selain itu, masalah lain pada sinyal adalah memerlukan skala. Proses ini krusial untuk membatasi kehilangan sinyal input dan clipping di kedua ujung rentang amplitudo. Penguat log sangat relevan dalam menyelesaikan masalah ini. Artikel kita akan mengeksplorasi lebih dalam. Mari kita mulai!
Apa Itu Penguat Log?
Gambar 1: Penguat Konvensional
Ia adalah penguat operasional yang berfungsi sebagai konverter logaritmik. Meskipun demikian, tidak seperti yang lain, tegangan outputnya secara langsung proporsional terhadap logaritma natural dari tegangan input sebenarnya.
Oleh karena itu, dalam penguat logaritmikal, mengalikan logaritma natural tegangan input dengan nilai konstan memberikan output.
Prinsip Kerja Penguat Log
Gambar 2: Knob dan input penguat vintage
Fungsi logaritmik berikut menggambarkan prinsip kerja penguat logaritma:
Dalam persamaan, K mewakili konstanta. Di sisi lain, Vref mewakili konstanta normalisasi.
Selama operasi, penguat logaritma membutuhkan lebih dari satu penguat operasional. Dalam hal tersebut, penguat tambahan disebut penguat logaritma terkompensasi.
Selain itu, mereka memerlukan komponen eksternal lainnya seperti op-amp berkinerja tinggi seperti LM771, LM714, dan LM1458.
Dioda dalam penguat log berada dalam mode biasing maju. Oleh karena itu, persamaan dioda penguat adalah
Ia mewakili arus saturasi, VD mewakili penurunan tegangan dioda, dan VT adalah tegangan termal. Juga mungkin untuk menulis ulang arus dioda dalam keadaan biasing tinggi.
Dalam hal ini,
Juga, perhatikan bahwa tegangan pada terminal inverting berada dalam keadaan ground virtual. Oleh karena itu, tegangan output sama dengan -VD.
Selain itu, perhatikan bahwa i1 sama dengan iD.
Oleh karena itu,
Persamaan akhir dari tegangan output (sinyal output) penguat log adalah
Topologi Penguat Log
Secara utama, terdapat dua jenis penguat log. Pertama, ada penguat log multistage dan penguat log DC.
Penguat log multistage
Gambar 3: Layar Radar
Kerjanya bergantung pada pembatasan berurutan dalam sekelompok pengawat dalam hubungan seri. Anda akan menemukan topologi ini pada sinyal frekuensi tinggi, dan oleh karena itu topologi ini dibagikan dalam berbagai aplikasi seperti sistem komunikasi dan perangkat radar.
Saat Anda menghubungkan penguat log multistage, seperti yang ditunjukkan di bawah, Anda akan mendapatkan respons amplitudo logaritmik. Hal yang juga patut dicatat adalah bahwa serangkaian penguat memiliki karakteristik pembatas beban berlebihan.
Gambar 4: Koneksi penguat log multistage.
Meskipun topologi ini membantu menghasilkan respons logaritmik, ia tidak imun terhadap penundaan propagasi, dan masalahnya ada di setiap tahap penguat.
Penyebabnya adalah bahwa komponen sinyal dari tahap awal akan mencapai rangkaian penjumlahan terlebih dahulu. Secara ideal, sinyal dari lokasi lain seharusnya tiba terlebih dahulu. Hasilnya adalah distorsi bentuk gelombang output.
Mengubah rangkaian log primer dari rantai penguat akan menyelesaikan masalah ini. Alih-alih penguat satu tahap, Anda dapat menggantinya dengan pasangan penguat. Dalam konfigurasi penguat baru, masalah sebelumnya tidak lagi hadir.
Penguat log DC
Gambar 5: Komponen Elektronik Isometrik Transistor
Ia adalah topologi penguat log alternatif dari tipe di atas. Dalam rantai penguat ini, ada dioda dalam jalur feedback op-amp. Anda akan menemukan transistor yang terhubung sebagai dioda alih-alih dioda dalam beberapa.
Tegangan output op-amp pada simpang basis-emitor transistor akan proporsional terhadap arus penguat log pada tingkat input. Juga, tegangan output dalam konfigurasi ini sama dengan logaritma dari rasio berikut: arus input: arus saturasi emitor.
Seperti rangkaian lain, ini juga memiliki keterbatasan karena memiliki output yang bergantung pada suhu. Anda dapat menyelesaikan masalah ketergantungan suhu dengan menghubungkan dua penguat sebagai pasangan diferensial. Juga, rangkaian pemantauan suhu tambahan akan secara signifikan menjamin respons maksimal.
Rangkaian Penguat Log
Penguat log Opamp-dioda
Op-amp dalam hal ini memiliki dioda dalam jalur feedback dalam konfigurasi inverting closed-loop. Perhatikan bahwa tegangan di seluruh dioda akan proporsional terhadap log dari arus yang melewatinya.
Di sisi lain, saat op-amp berada dalam mode noninverting, tegangan output proporsional terhadap -log dari arus input. Juga, perhatikan bahwa tegangan input proporsional terhadap arus input, dan oleh karena itu, tegangan output proporsional terhadap log negatif dari tegangan input.
Penguat log Opamp-transistor
Berikut adalah diagram rangkaian untuk jenis penguat ini.
Untuk jenis penguat ini, ada transistor junti bipolar dalam jalur feedback op-amp dalam mode inverting. Perhatikan, dalam rangkaian elektronik seperti ini, Anda perlu menghubungkan kolektor transistor ke input inverting.
Juga, hubungkan emitor ke output dan akhirnya ground basis.
Agar op-amp ini beroperasi, Anda harus memastikan bahwa tegangan input positif.
Aplikasi penguat logaritma
Konverter logaritma berguna untuk hal-hal berikut:
Gambar 8: Prosesor efek audio dalam rack.
- Berguna dalam operasi matematika yang melibatkan perkalian.
- Selain operasi perkalian, berguna dalam fungsi eksponensial dan pembagian.
- Berguna dalam komputer analog untuk sintesis efek audio.
- Berguna dalam konverter analog-to-digital.
- Juga penting dalam alat ukur yang memerlukan operasi perkalian.
- Penguat log penting dalam menghitung decibel (dB).
- Penguat logaritma monolitik penting dalam operasi domain radio frekuensi.
- Berguna dalam konverter seperti konverter analog-to-digital dan konverter akar kuadrat rata-rata.
- Penting dalam aplikasi komparator.
- Terakhir, berguna dalam amplifikasi sinyal AC dan DC.
Kesimpulan
Dalam desain rangkaian sebagian besar komponen elektronik, penguat log berguna. Kami telah menyoroti semua yang perlu diketahui tentang elemen ini. Juga, di tempat yang diperlukan, kami telah menyertakan diagram blok fungsional. Mereka sangat penting dalam memandu Anda untuk memahami koneksi yang melibatkan penguat.
Oleh karena itu, wawasan di atas seharusnya sangat penting untuk memungkinkan Anda mencapai operasional komponen maksimal. Jika Anda memiliki pertanyaan lebih lanjut tentang cara kerjanya dan proses kalibrasi, hubungi kami, dan kami akan segera merespons pertanyaan Anda.
