对数放大器特性研究与应用分析

输出电压, 一般用对数特性曲线上的最大偏差值 Dmax 来表示
对数特性的精度。在实际应用 中, 通常用测量 对数特性曲
线对 / 最佳拟合0直线的最大偏移来定义, / 最佳拟合0直线
是通过线性回归法对曲线内各个测量点进行线性拟合计算
得来的。当 n 足够大且单级增益 K 选得不太大时, 对数特
性偏差不大。
通过 matlab 软 件对 以上 仿真 结果 进行 分析, 对 数放 大器的输入/ 输出 传输 特性 及对 数精 度如 图 4( a) 、( b) 所 示。下面一条曲线是 对数放 大器 输出电 压与输 入功 率电 平的关系曲线, 对/ 最佳拟合0 直线只有很小的 偏离。上面 一条曲线表示出变换为分贝以后的同一偏移, 并 以放大的 比例画出。
2. 2 动态范围 对数放大器 的动态 范围 一般是 指输 入电压 的动 态范
围。连续检波式对数放大器的输入动态范围为:
Di =
uin ui1
=
uL / K uL / K n
=
K n- 1
( 4)
用对数表示时为: Dic= 20lg Di ( dB)
由( 4) 式可以看出, 连续检波式对数放大器的输入动态
表 2 九级放大器仿真结果 V I/ dBm - 90 - 85 - 80 - 75 - 70 - 65 - 60 - 55 - 50 - 45 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0 U O / V 0. 150 0. 265 0. 443 0. 628 0. 807 0. 987 1. 175 1. 357 1. 546 1. 727 1. 918 2. 095 2. 281 2. 460 2. 652 2. 831 3. 020 3. 205 3. 317
由图 1 可见, 塔康信标接收机整个 对数中放由主 辅放 大器链组成。主放大器链由七级限幅 放大器串联 组成, 辅 放大器链由两级组成, 随着输入信号由 小逐渐增大先 是主
收稿日期: 2007 08 20
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图 1 塔康信标接收机对数放大器原理图
2 特性分析与仿真
2. 1 振幅特性 连续检波式对数放 大器 的对数 振幅 特性是 用电 压连
电子技术
杨法红等: 对数放大器特性研究与应用分析
对数放大器特性研究与应用分析
杨法红, 章小梅, 栾宝宽
( 海军航空工程学院 青岛分院 山东 青岛 266041)
摘 要: 从分析连续检波式对数放大器的特性 参数入手, 对其传输函数进 行了数学 推导, 重 点讨论了 影响其传输 特性的
主要因素, 通过 M atlab 和 M atr ixX 仿真, 研究了输入 动态范围与级联级数 、单级增 益和对数精度的相互 关系, 得 出了两点结
2. 3 对数精度 对数放大器的实际特性总是与理想的对放特性有一定
的偏差。随输入电压值的 不同, 会有不同的 偏差值。当输 入电压为某值时, 其偏差 D为:
D=
uoe - uot uo t
式中, uoe表示实际对数特性曲线上 与该输入电 压对应的输
出电压, uot 表示理想对 数特性曲线 上与该输入 电压对应的
续相加法得到的, 其单级振幅特性如图 2( a) 所示。 当输入电压 较 小时 放 大器 工 作于 线 性区, 其 增益 为
5现代电子技术62008 年第 3 期总第 266 期
K , 当输入电压较 大时 放大 器工 作于限 幅区, 其限 幅电 平 为 uL 。可以证明: 利用这种电压连续相加法得到的振幅特 性只能是近似的对数关系, 所以连续检 波式对数放大 器也 称为似对数放大器。其特性曲线如图 2( b) 所示。
放大链由末级向前级逐渐饱和, 接着是辅放大链 中的两级 由后往前依次饱 和。两个放 大器 链中的 各级检 波输 出并 联馈送至加法器将各级检波信号进行幅度相加, 其输出脉 冲幅度是随输入信号 幅度 的变化 而按对 数规 律压缩 的放 大输出。
1 功能与结构
对数放大器有多种形式, 常用的有 连续检波式对 数放 大器( SDLA) 和双增益对数放大器( T L A) 。连续检波式对 数放大器输出视频信号, 而双增益对数 放大器输出中 频信 号。塔康信标接收机采用的是连续检 波式对数放 大器, 其 工作原理如图 1 所示。
2. 4 仿真与分析 这里采用基于 M atrixX 软件开发平台对对数放大器进
行特性仿真。若要达到 80 dB 的输入 动态范围, 可 采用七 级限幅放大器级联来实现( 单级增益为 14 dB) , 亦可采用九 级来实现( 单级增益为 10 dB) , 其中九级级联结构可分为单
放大链和图 1 所示的双放大链两种形式。七级级联对数放 大器的仿真图如图 3 所示。
uim =
uL K n- m+ 1
( 1)
uom =
mK Du L +
K
Du
L
(
K
1
n-
m
+
,+
1 K2
+
1 K
)
( 2)
当输入电压增 大到 uin 时, 第一级正 好达到 限幅电 平
uL , 图 2( b) 中点 Pn 的坐标值为:
uin =
uL K
由式( 1) 解得:
uon = nK Du L
m=
( Q ing dao Branch, Naval Aeronaut ical Engineering Academ y, Qing dao , 266041, China)
Abstract: Started w ith the analy sis o f character istic par ameter o f t he successive detection lo gar ithmic amplifier , mainly discusses the main facto r af fecting its tr ansfer character istic by mathematics reasoning to its transfer functio n, studies the cor relat ive r elatio ns o f the sing le staircs plus, the ser ies w ith the dy namic r ang e and t he loga rithmic precisio n by matlab and M atr ix X simulatio n. So tw o pieces o f conclusion hav e been reached: one is on condition that t he dynamic range is limited, the mo re the ser ies that is used and the sing le staircs plus is less, the hig her the log arithmic pr ecision is. T he o ther is that using the double amplifier chain can enhance the log arithm start ing po int, so it s stability is improv ed. And the co nclusion has been applied to the pr actical cir cuitcs analysis of t he T acan beaco ning receiv er.
K
u
2 i
+
,+ K n- 1 ui + K nu i)
式中, K D 为检波器的电压传输系数。
当输入电压增大到 ui1 时, 末级正好达到限幅电平 uL ,
图 2( b) 中点 P1 的坐标值为:
ui1 =
uL Kn
uo1 = K D uL + K D uL
1 K n-
1
+
K
1
n-
2
+
Leabharlann Baidu,+
1 K2
图 2 对数放大器的振幅特性
图 2( b) 所示的近似对数 特性曲 线可以看 作是由 多段 折线所组成的。当放大器的输入电压 u i 从 0 逐渐增大时, 最初各 级 均 未 进 入 限 幅 状 态, 这 时 的 输 出 电 压 波 形 如
图 2( b) 中的 OP1 段, 其表达式为:
uo =
K D(K ui+
1 ln K
ln
uimK n+ 1 uL
代入式( 2) , 得:
þ 电子技术应用ü
uom =
K DuL ln K
ln
uimK n+ 1 uL
+
K DuL
K
1
n-
m
+
,+
1 K2
+
1 K
( 3) 式( 3) 表示图 2( b) 中各折线交点 上输出电压与输入电 压的关系。等式 右 边 的第 一 项 为对 数 项, 第 二 项 为 非对 数项。
表 1 七级放大器仿真结果
V I/ dBm - 90 - 85 - 80 - 75 - 70 - 65 - 60 - 55 - 50 - 45 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0
U O/ V 0. 220 0. 365 0. 494 0. 625 0. 778 0. 899 1. 045 1. 187 1. 308 1. 459 1. 596 1. 729 1. 896 2. 044 2. 225 2. 393 2. 534 2. 688 2. 802
文章编号: 1004 373X( 2008) 03 182 03
Characteristic Study and Simulation Analysis of the Logarithmic Amplifier
YA N G F aho ng , Z HA N G X iaomei, LU AN Baokuan
图 3 七级级联对数放大器仿真结果
通过对七级级联和九级单、双放大链结构 3 种对数放大 18 3
电子技术
杨法红等: 对数放大器特性研究与应用分析
器的仿真( 选用相同的单级限幅放大器) , 得出了七级级联的 对数放大器可以处理- 86~ - 6 dBm 的信号, 九级单放大链 结构可以处理- 83~ - 3 dBm 的信号, 九级双放大链结构可 以处理- 63~ 23 dBm 的信号, 由此可见, 3 种对数放大器的动 态范围相同, 但双放大链结构可以提高对数起点。表 1、表 2 分别列出了七级和九级单放大链结构的仿真结果。
范围由对数放大器的 单级增益和 级数决定( 为 了保证级联 后的对数放大器取得合理的对数精度, 单级增益不宜过高, 一般取 10~ 15 dB) , 理论 上, 级 数越多, 得到的 输入动态范 围就越大。但级数增加, 放大器的稳定性就会变差( 实用的 对数放大器常用 4~ 10 级限幅放大器组成) 。
论: 一是在限定动态范围的前提下采用的 级数越多其单级增 益越小 而精度就 会越高, 二 是采用 双放大 链结构可 以提高 对数
起点, 从而提高其稳定性。最后将结论应用于塔康 信标接收机实际电路的分析中。
关键词: 对数放大器; 连续检波; 塔康信标; 对数精度
中图分类号: T N7221 5
文献标识码: A
+
1 K
当输入电压增 大到 ui2 时, 末前级正 好达到 限幅电 平 uL , 图 2( b) 中点 P2 的坐标值为:
ui2 =
uL K n- 1
uo2 = 2K Du L + K Du L
1 K n-
2
+
,+
1 K2
+
1 K
依次类推, 当第 m 级正好达到限幅电平 u L 时, 图 2( b) 中点 Pm 的坐标值为:
Keywords: lo gar ithmic amplifier; successiv e detectio n; T acan beaconing; lo gar ithmic precisio n
对数放大器是一 种输入 输出信 号成 对数关 系的瞬 时 压缩动态范围的放 大器。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 短的时间间隔内 变化 70~ 120 dB, 但 输出 信 号应 保持 在 20~ 40 dB 范 围内, 对数 放 大器 正好 可以 满 足这 种要 求。 军用塔康信标接收机在中频放大级采 用了对数放 大器, 他 能使弱信号得 到高 增 益放 大, 对 于强 信 号 则自 动 降低 增 益, 从而使 输出信号 幅度相 对稳定, 保 证了后 续电路对 询 问脉冲的精确定时。