Простая схема нелинейного аттенюатора

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2018

При разработке аналоговой схемы вам может потребоваться усилитель с нелинейной передаточной характеристикой, например, логарифмической, экспоненциальной или квадратичной. Обычно такие усилители довольно сложны. Однако не всегда проект требует математической точности. К примеру, вам может понадобиться просто увеличить динамический диапазон усилителя или предотвратить насыщение в расширенном диапазоне входных напряжений. Описанная ниже схема основана на нелинейном аттенюаторе напряжения с коэффициентом ослабления m = V_ATT/V_IN, управляемым входным напряжением (Рисунок 1а). Если входное напряжение достаточно мало для того, чтобы диод D₁ был закрыт, m = 1. Когда по мере увеличения входное напряжение достигает определенного порога V_TH, диод начинает проводить ток, и коэффициент ослабления уменьшается.

Рисунок 1.	Манипулируя сопротивлением резистора аттенюатора (а), можно менять пороги для управления характером нелинейности (б).

Новое значение m зависит от сопротивлений резисторов R₀ и R₂. Величину порога V_TH определяют R₁ и R₂. Оценить величины R₁ и R₂ для заданных значений R₀, V_TH и m можно с помощью следующих формул:

где

V_D – падение напряжения на диоде D₁,
V_R – постоянное напряжение, приложенное к резисторам R₁ и R₂.

Рисунок 2.	Многокаскадный нелинейный аттенюатор (а) может расширить динамический диапазон усилителя (б).

Обратите внимание, что выбором соответствующего коэффициента ослабления m и порогового напряжения V_TH для каждого отрезка передаточной функции форму результирующей характеристики можно сделать любой. Линейная аппроксимация удобна для расчетов, однако реальный коэффициент ослабления вблизи порогового напряжения изменяется плавно. Для расширения диапазона регулирования используйте диоды Шоттки. Передаточная характеристика аттенюатора для постоянного коэффициента ослабления m = 0.16 и разных пороговых напряжений показана на Рисунке 1б. Измеренное напряжение V₁ = V_TH – V_D. Для увеличения динамического диапазона усилителя нелинейный аттенюатор включают на его входе. Чтобы расширить диапазон, можно использовать двухкаскадный аттенюатор (Рисунок 2а). Характеристика усилителя с таким аттенюатором изображена на Рисунке 2б. Область применения нелинейного аттенюатора не ограничена лишь увеличением динамического диапазона. Можно, например, аппроксимировать квадратичный отклик, включив аттенюатор в цепь обратной связи (Рисунок 3).

Рисунок 3.	Нелинейный аттенюатор в цепи обратной связи (а) позволяет аппроксимировать квадратичную характеристику (б).

Материалы по теме