Логарифмический усилитель с применением микросхемы AD8307.
Wolfgang Schneider, DJ8ES. Оригинал статьи опубликован в журнале "VHF Communications"
№2 2000 pp. 119…124
Ниже описан логарифмический усилитель, имеющий полезный динамический
диапазон 90 дБ, который может служить дополнением к большому парку измерительного
оборудования. Имеются согласованные выходы, так что, результат может быть отражён,
например, на экране осциллографа. Измеряемый сигнал может быть выведен также через
последовательный трёхпроводный порт с помощью АЦП для последующей обработки с использованием
микроконтроллеров или персонального компьютера.
Общие вопросы
Измерения с использованием генератора качающейся частоты,
например, с использованием КВ синтезатора частоты на диапазон частот 1…65 МГц [
1 ], предполагают наличие логарифмического дисплея для индикации с максимально возможным
динамическим диапазоном. Для осуществления этого, практически, идеальным компонентом
является логарифмический усилитель Analog Devices AD8307, применяемый
в качестве детектора с линейной шкалой децибел на выходе. Беглый взгляд на схему
и Вам становится ясно: как мало необходимо деталей для усилителя (Рис. 1).
Схема
Сердцем схемы, приведённой на Рис. 2 является AD8307 – логарифмический усилитель от Analog Devices. В технических характеристиках на AD8307 указано, что она работоспособна до 500 МГц и имеет динамический диапазон примерно 90 дБ. Эти характеристики сохраняются для входных уровней от +17 до -75 дБм. AD8307 может быть использована до частот порядка 900 МГц, но снижение точности работы усилителя, при этом, приходится учитывать (возможно, придётся ввести частотную коррекцию – UA9LAQ).
Рис. 1. Прототип логарифмического усилителя с рабочей полосой до 500 МГц.
С ростом частоты выходное напряжение на дисплей немного падает.
Соответствующая характеристика показана как функция частоты AD8307 на
Рис. 3. В интересующем нас (т.е., коротковолновиков – UA9LAQ) диапазоне
частот 1…65 МГц изменения пренебрежимо малы. Если нужно (и допустимо), то можно
провести компенсацию, которая, возможно, потребуется при широкополосных измерениях.
Таблица 1.
Выходное напряжение логарифмического детектора при подаче на вход:
|
Вход, дБм |
Выход,20мВ/дБ |
Выход,50 мВ/дБ |
Выход, 100 мВ/дБ |
|
+10 |
2,00 |
5,01 |
10,01 |
|
0 |
1,80 |
4,50 |
9,00 |
|
-10 |
1,59 |
3,99 |
7,97 |
|
-20 |
1,39 |
3,48 |
6,96 |
|
-30 |
1,19 |
2,99 |
5,97 |
|
-40 |
0,99 |
2,48 |
4,96 |
|
-50 |
0,79 |
1,98 |
3,95 |
|
-60 |
0,59 |
1,49 |
2,97 |
|
-70 |
0,40 |
1,00 |
2,00 |
|
-80 |
0,24 |
0,60 |
1,20 |
|
|
|
|
|
Линейный “децибельный” выход микросхемы (вывод 4) имеет в данной схеме градиент 20 мВ/дБ (т.е. на каждый децибел приходится 20 мВ выходного напряжения - UA9LAQ) и высокоимпедансен (т.е., имеет малую нагрузочную способность – UA9LAQ). В качестве буферного усилителя применён “банальный” двойной операционный усилитель LM358. Благодаря применению двух разных сопротивлений в цепи обратной связи на выходах ОУ (на их нагрузке) имеем два разных градиента выходного напряжения: 50 мВ/дБ и 100 мВ/дБ. Линейность и расстройка (по отношению ко входному сигналу) устанавливаются двумя подстроечными резисторами (См. также “Ввод в эксплуатацию” - ниже). В Табл. 1 даны значения выходного напряжения при соответствующем входном для достижения баланса. Для расширения возможностей, на плате устройства оставлено место под 12-битный АЦП LTC1286, выпускаемый Linear Technologies. Это позволит снять сигнал (через трёх(разрядный)выводной последовательный порт) для дальнейшей обработки с помощью микроконтроллеров или ПК.
Рис. 2. Логарифмический усилитель с использованием AD8307. Схема
принципиальная электрическая.
Инструкции по сборке
Схема логарифмического усилителя с возможностью работы до 500 МГц (DJ8ES047) смонтирована на плате из двухсторонне-фольгированного стеклотекстолита (Рис. 4) размерами 54 х 72 мм и помещена в подходящий экранирующий корпус.
Входной сигнал на устройство подаётся через гнездо BNC. Питающее напряжение +12 В подаётся через проходной конденсатор 1000 пФ. На всех выводах и точках монтажа в выходных цепях усилителя используются тефлоновые (фторопластовые) изоляторы.
Сначала на плату устанавливаются все резисторы, конденсаторы и стабилизатор напряжения, согласно с монтажной схемой (Рис. 5). Прежде, чем впаять микросхему AD8307 и, если устанавливается, - LTC1286, следует проверить напряжение +5 В на выходе стабилизатора с фиксированным выходным напряжением 78L05. Из-за того, что микросхема AD8307 работает на частотах вплоть до 500 МГц, она устанавливается (впаивается) на плату напрямую, без использования панельки.
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика AD8307.
(Anzeigespannung, V – ось напряжений, В; Eingangsleistung, dBm - уровень
входного сигнала, дБм)
Рис. 4. Эскиз печатных дорожек на плате DJ8ES 047.
Ввод в эксплуатацию
Подключите питание +12 В и подайте на усилитель входной сигнал с уровнем, например, 0 дБм (1 мВт). Вы уже должны получить результат на измерительном приборе (дисплее), подключенном к двум выходам.
С помощью 50-омного подстроечного резистора, подключенного через резистор 10 кОм к выводу 4 AD8304 установите линейность всей системы. Разность между любым испытательным сигналом и сигналом, ослабленным на 10 дБ должна быть равна точно 1 В.
Самый простой способ балансировки - балансировка с помощью переключаемого аттенюатора. При балансировке, абсолютный уровень измеряемого напряжения значения не имеет, необходимо лишь добиться разницы между двумя измеряемыми уровнями.
В заключение, настройте расстройку входного уровня сигнала. Для этого, подайте сигнал с уровнем 0 дБм на вход устройства и с помощью подстроечного резистора сопротивлением 50 кОм у вывода 5 AD8307 установите на выходе 100 мВ/дБ напряжение 9,0 В (как можно точнее).
На этом балансировка заканчивается. Логарифмический детектор теперь имеет на выходе уровни от +10 до -80 дБ в соответствии с Табл. 1 (см. выше). Значение +10 дБм (10 мВт) соответствует, таким образом, напряжению 10 В на выходе 100 мВ/дБ или другими словами: 1 В на 10 дБ
Рис. 5. Расположение деталей на плате DJ8ES 047.
При измерениях с ГКЧ и КВ синтезатором частоты, вход Y осциллографа включается в ту же точку. Установите предел размаха развёртки на осциллографе 1 В/см, например. Индицируемое напряжение даст синтезатор, измеряемое напряжение подаётся на вход X. Установки и процедура измерения уже описаны в [ 1 ] и здесь не приводятся.
Литература: 1. Kaa, Bernd, DG4RBF 1-65 MHz short-wave synthesiser with DDS. VHF
Reports, no. 4/99
2.Data sheet AD8307. Analog Devices, Inc., 1997
3.Data sheet LTC1286. Linear Technology Corporation, 1994
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ)
ua9laq@mail.ru
г. Тюмень апрель, 2003 г
