到“对数运算电路”的家里去做客！

只看该作者 · 2012-2-23 18:05

本帖最后由 xiaotaodemeng 于 2012-2-24 14:17 编辑

确实不是我这个人喜欢刨根问底哈，真的是我不习惯混沌不清啊！
最近对数运算电路这个话题深深滴吸引了我，中毒不轻，呵！

如图，第一种和第二种电路司空见惯。其中第二种可以说是第一种的高等进化，看过相当多的文献和帖子，他们说：第二种让几乎所有的电流IE/IC不像第一种那样非得走一趟基极的内阻，这样就有效规避在大电流时发生在二极管身上的悲剧：基极的内阻吸收了大部分的压降而将初恋的对数曲线扭曲。(具体见我的另一篇帖子，讨论得灰常详细哈)

我现在的问题是，第三个电路是不是等同于第一种电路？这种电路我在一些文献里经常碰面。不同的话，区别在哪里？

另外，华成英的书里说第二种电路也要忽略基极电阻才能实现向对数曲线精确拟合，这句话有必要吗？

20分不成敬意，期待高手！！！

补：在书《Analog Electronics with Op Amps》中有关于第二图和第三图这样的描述，供大家讨论参考。这本书太大了，可以在这里搜索下载到：http://bbs.**！

只看该作者 · 2012-2-23 21:18

无图感觉像看天书啊

只看该作者 · 2012-2-23 21:19

看不到图

只看该作者 · 2012-2-23 22:25

不好意思啊，图出问题了，现在补上哈！ 1# xiaotaodemeng

只看该作者 · 2012-2-23 23:12

我觉得是一样，第2种和第3种的基极电位，C极电位，E电位都一样。
一直是共基，一种是射随接法，不知道本质的差异在什么地方？

只看该作者 · 2012-2-23 23:29

图2和图3的区别就是极管的BC极通过运放虚短连在一起，
另一个是直接在直接短接在一起。它们的目的都是形成一
二极管。
http://www.neieo.com/article/2010-10-28/17601.html

只看该作者 · 2012-2-23 23:42

回答得不错，但是希望有深刻一些的理解！

只看该作者 · 2012-2-24 00:12

比如，一图等于三图的话，二图比一图还好在哪里？缺点又是什么？
独立滴看，三图的基极和集电极电压也基本上“接地”，二图的基极和集电极电压也基本上“接地”，两者区别这么大吗？

只看该作者 · 2012-2-24 00:14

又问，华成英的书里说第二种电路也要忽略基极电阻才能理论上实现向对数曲线精确拟合，这句话有必要吗？基极电阻上的压降在基极电流那么小的情况下有那么严重吗?

只看该作者 · 2012-2-24 11:50

你的链接相当有说服力啊，不管他们信不信，反正我是信了 6# MCU52

只看该作者 · 2012-2-24 12:16

对数转换电路的原理就是PN结的IV特性呈指数特性。但是实际的二极管并非是理想的二极管。
实际的二极管一方面有体电阻，如果这个电阻较大，在电流较大时那么它的电阻就会起主要作
用，也就是说二极管不再是指数变化，而是呈线性变化。
另一方面，通过二极管IV特性的可知，在保证二极管安全的情况下，二极管呈指数关系是要有
一定的正向电压的。在这个电压之下，它几乎是个常数。
再一方面，根据二极管的电流方程ID=IS*（E^(VD/VT)-1）,热电压VT=K*T/Q，并非常数
也就是说二极管的电流跟温度有较大的关系，它会直接改变输出特性。
所以要改变对数转换电路的精度，要对以上几点进行改进。
图2和图3没有本质的区别，当然运放总有失调和漂移，会稍改变输出特性。如果BJT的基区
电阻不大的话，图2，3的接入使三极管处于临界饱和状态，CE结的电压几乎是个常数。也就
是PN结的电压VD是个常数。
另一方面，三极管相当于两个背靠背的PN结，其温度特性刚好相反，对温度有一定的补偿。
总之是用BTJ作个理想的二极管。

只看该作者 · 2012-2-24 12:29

上面是基于低频等效模型的分析，在频率较高时三极管的寄生电容也应考虑在内。

只看该作者 · 2012-2-24 13:41

1"如果BJT的基区电阻不大的话，图2，3的接入使三极管处于临界饱和状态，CE结的电压几乎是个常数。也就是PN结的电压VD是个常数。"可以详细一点吗？还是不太懂哦

2“图2和图3没有本质的区别”，那么我在书《Analog Electronics with Op Amps》中看到关于这两者如下的描述呢？

11# MCU52

只看该作者 · 2012-2-24 13:51

BJT的基区电阻不大的话，VB=VC，
BJT饱和VB>VC.所以临界下。
以上只是我个人看法，不一定对。

2万 · 2012-2-24 18:42

图2图3区别还是很大的，最主要是图3中IC不等于IE了，得加上IB。输出电压表达式不同了。另外图3无增益，图2中管子有与频率相关的增益，且连在负反馈路径中，需频率补偿，14楼的比较表据此得出的。
图1与图3主要区别在于工艺方面，三极管优于二极管，且二极管横向结构导致寄生电阻大。比如收音机的检波电路现在多用二极管结构的三极管，不直接用2AP9等了。其它没什么大的区别，最主要是比较肖克莱理想方程满足方面，在实际中哪个更好了我猜。

只看该作者 · 2012-2-25 00:45

遇到高手指点了，不能放过机会。采访一下大侠：“14楼里面说transdiode（即第二幅图）不能被reversed，想要处理负电压的信号，必须并联一个pnp管，或者“inverter stage””，最后的这个inverter stage是什么意思啊大侠？
如果大侠不忙不慌的话，请告诉我，14楼说第三幅图的电路极性能通过reversing the transistor的方式改变，这个reversing the transistor啥意思？第二幅图为啥又不能做这个小手术呢？
：），谁让我遇到你了呢，大侠，嘿嘿！回答正确，或者别人回答正确，直接给你20分中的15分。嘿嘿！ 19# xukun977

只看该作者 · 2012-2-25 10:44

就差最后这一点了，大家帮帮忙，快些把帖子结了，好吗？

2万 · 2012-2-25 13:19

你那本书既然summary了，说明前文中有详细解释过啊？我是做IC的，看分立元件电路设计对我帮助不大，所以懒的下载看了。
第3图中“二极管”左右转置，电流方向就向左了，就可以处理Vin<0了。第2图不行，左右倒置后Vbe=0了。

只看该作者 · 2012-2-25 14:43

本帖最后由 lymex 于 2012-2-25 14:55 编辑

首先，2和3的确有很好的对数特性，但由于都具有很大的温漂，因此不会被真正的对数电路所采用。

正规的对数电路，无论是分立元件的还是IC，都需要再增加一个补偿管：

具体描述可以参见LTC1051或LM194的数据表。

其次，电路2的确有局限，主要是，微电流下可能因为hFE小于1而受到影响（对数特性被破坏、响应慢），但电路3在此情况下Ic小但还有Ib所以才范围更广。另外，所谓电路2不能用在电流反向，是因为这种三极管不能反接。要想用在输入电流为正的场合，必须改换PNP管（或在PNP原来的管子上并联），而PNP管的微电流特性不如PNP的。书上的inverter stage，就是要增在输入端曾加一个反相器（在不增加PNP管的场合）。

最后，就电路2和3的对比而言，电路3足够好，绝非书中说的只有4到5个10进位，我实测过完全可以从10pA开始，一直到1mA都具备不错的对数特性，这就是8个进位！当然，电路3只能用在输入电流为负的场合，要想输入电流为正的场合也能用，把这个三极管做成的二极管反过来接即可，这就是所谓reversing the transistor:

只看该作者 · 2012-2-25 16:42

谢谢你开窍了我！15分给你了 22# xukun977

到“对数运算电路”的家里去做客！

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