Wie funktioniert dieser analoge Operationsverstärker-Multiplikator-Teiler?

In AN-31 gibt es einen 4-Opamp-Analog-Multiplikator-Teiler. Die Menge und Komplexität der Feedback-Pfade ist überwältigend!

Multiplikator/Teiler

Wie funktioniert das überhaupt? Und wie würde man so etwas entwerfen, ohne göttliche Inspiration?

Hmm, da alle + Eingänge alle geerdet sind, ist die Rückkopplung eigentlich ganz einfach. Beachten Sie, wie alle Eingänge über einen Widerstand mit den - Eingängen verbunden sind. Da die + Eingänge geerdet sind, sind die - Eingänge virtuelle Massen . Diese Art von Konstruktion wird verwendet, um eine Spannung genau in einen Strom umzuwandeln. Beim Design geht es darum, zu wissen, wie die Komponenten funktionieren, bestimmte Strukturen zu erkennen. Fast jeder kann lernen, aber es erfordert Anstrengung und Entschlossenheit und das Suchen (und Studieren) vieler, vieler Schaltungen.
Dioden haben eine logarithmische Beziehung zwischen Spannung und Strom, und als Diode geschaltete Transistoren haben eine idealere Beziehung. Denken Sie an exp(ln(E1)+ln(E3)-ln(E2)), was ziemlich genau der Funktionsweise eines Rechenschiebers entspricht. In der Auswahl der Kompensationskomponenten (C4, C3, C6, C7) mag ein Hauch schwarzer Magie stecken.
Ich bin mit dem Log/Log/Exponenten-Multiplikator vertraut, aber für mein softwareblindes Auge sieht es so aus, als würde er nach einem anderen Prinzip funktionieren.
@SpehroPefhany - Die Wahl der Stabilisierungskappen ist ein Kompromiss zwischen Instabilität bei hohen Strömen oder langsamer Reaktion bei niedrigen Strömen. Die translineare Anordnung mit einem Transistor in Basisschaltung in der Rückkopplung fügt eine unerwünschte Verstärkung in der Schleife hinzu, die eine stärkere Dämpfung erfordert, vermeidet jedoch, dass der Basisstrom einen Fehler verursacht.

Antworten (1)

Diese Schaltung führt die Berechnungen unter Verwendung von Logarithmen durch. Diese Schaltung wird komplexer und schwieriger zu interpretieren, indem Komponenten zur Durchführung der Gleichung geteilt werden.

Es beruht auf der exponentiellen Beziehung des Stroms in einer Diode zur Spannung an ihr.

A1, A2 und der Transistor Q2 erzeugen eine Spannung am Ausgang von A1, die der Logarithmus der Eingangsspannung E1 ist (es ist tatsächlich eine negative Spannung mit der Größe des Logarithmus). A2 und Q1 erzeugen eine Spannung, die der Logarithmus von E2 ist, der von dem Logarithmus von E1 subtrahiert wird. Dadurch wird ein Protokoll (E1/E2) erstellt.

A3 und Q3 bilden das Protokoll von E3. Es wird zum vorherigen Ergebnis hinzugefügt, um Protokoll (E1*E3)/E2 zu erstellen.

Q4 und A4 führen dann den Antilog des A3-Ergebnisses durch, um die endgültige Antwort (E1*E3)/E2 zu erstellen.

Logarithmische Verstärker sind in der Regel temperaturinstabil und schwer zu stabilisieren, um Oszillationen zu vermeiden. Die Kondensatoren C1, C2 und C5 dienen der Stabilisierung der Schaltung. Da die effektive Rückkopplung durch die Transistoren mit dem Signalpegel variiert, müssen die Kondensatoren gewählt werden, um die Schaltung für große Eingangspegel zu stabilisieren, aber dann sind die Kondensatoren bei niedrigen Eingangspegeln viel größer als nötig – was zu langen Einschwingzeiten führt.

Hier ist ein Anwendungshinweis, der sie ausführlicher beschreibt Logarithmische Verstärker .

Moderne Transistoren sind nicht für die Verwendung in solchen Schaltungen optimiert und diejenigen, die nicht mehr hergestellt wurden, insbesondere ist für die Genauigkeit ein sehr niedriger Basiswiderstand erforderlich.

Ich habe Log-Verstärker verwendet, um Ströme von Fotodetektoren zu verstärken, bei denen das Signal von Pikoampere bis Milliampere reichen könnte, was sie in einem einzigen Bereich tun können. Gut entworfene Schaltungen können über 7 oder 8 Größenordnungen arbeiten. Für solche Zwecke gibt es einige monolithische Implementierungen (z. B. AD8304 )

Die Topologie in AN-311 sieht wirklich vertraut aus. Tolle Ressource. Die Negation von ln(E2) war auch sehr hilfreich.
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