低端防止信号损失和高端防止限幅削波的方法有哪些

　　设计人员在处理宽动态范围信号时会面临一个大问题。如何才能将幅度变化超过 100 分贝 （dB） 的信号应用于典型动态范围为 60 dB 至 100 dB 的线性放大器或模数转换器 （ADC） 呢？此类信号会出现在像雷达和声呐之类回波测距设备、通信系统和光纤系统中。在此类系统中，低振幅信号需要高增益，高振幅信号需要低增益。是否有一种方法可以动态调节这些信号，在振幅范围的低端防止信号损失，在高端防止限幅或削波？对数放大器或对数转换器可为低电平信号提供高增益，为高电平信号逐步降低增益，从而解决这个问题。本文将介绍几种同时适合低频率和高频率应用的对数放大器。然后，本文将讨论这些有用的非线性放大器的规格和典型应用。

　　对数放大器的作用

　　对数放大器是非线性的模拟放大器，可以产生与输入信号或信号包络呈对数函数关系的输出。它们将具有很大动态范围的输入信号，压缩为具有固定振幅范围的输出信号。实现方法是为低电平输入信号提供高增益，并逐步降低高电平信号的增益（图 1）。

　　输入信号（顶部迹线）属于调幅载波。调制信号为线性斜坡。对数放大器输出（中间迹线）为低电平信号提供较高的增益，并在信号电平增加时逐步降低增益，从而产生对数加权的输出信号。底部迹线是对数放大器输出的包络，是检测器类型对数放大器的输出选项。在 ADC 之前应用对数放大器，可以压缩输入信号，以适应 ADC 的固定输入范围。

　　对数放大器拓扑

　　对数放大器有两种不同的拓扑：多级对数放大器和直流对数放大器。多级对数放大器依赖于一系列放大器的顺序限幅。这种拓扑最常用于频率高达数 GHz 的高频信号，通常用于雷达和通信应用。直流对数放大器在运算放大器的反馈环路中使用二极管或二极管接法晶体管。这种类型的对数放大器频率限 20 兆赫 （MHz） 以下。采用这种技术的对数放大器通常在控制应用中结合传感器使用。