对数放大器的分类：

目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器 。

基本对数放大器：也称跨导线性对数放大器，它基于双极性三极 管( B J T ) 的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围( 高达 1 8 0 d B ) ，缺点是交流特性差。

基带对数放大器：也称视频对数放大器( 虽然很少用于视频显示相关的应用) ， 它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的输入。其原理是采用了一种“逐级压缩”的技术，交流特性好，但动态范围较小。

解调对数放大器：也称逐级检波对数放大器，它具有分段线性近似性质，形成对数级联后，可以得到很好的对数传递函数，在整个动态范围内对数精度高，同基带对数放大器相似，也采用多个级联线性放大器，动态范围大。

使用对数放大器的原因：

对数放大器的真实用途并不是用来放大信号，而是利用他输入输出件的对数关系，实现数据压缩。

在现实世界中，一些信号往往具有很宽 的动态范 围。比如雷达、声纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达 1 2 0 d B以上。宽动态范 围往往给应用设计带来很多 问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态范围。 另一方面，D A 变换中， 在保证分辨率的情况下，模数转换器的位数会随动态范 围的增大而增大。因此，在处理宽 动态范 围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。

在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持恒定。 线性压缩的特点是谐波失真小，其本质是一种 “ 压控放大器”( V C A ) 。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。

——以上信息部分摘自《对数放大器的原理与应用》 罗鹏 丁亚生，北京航空工程技术研究中心，2005.

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对数放大器传递函数：

对数放大器的传递特性曲线如图所示。横轴(输入)为对数刻度，理想的传递特性为直线。当VIN= VX时，对数为零(log 1 = 0)。因此，VX称为对数放大器的“截止电压”，因为其曲线在VIN等于此值时与横轴相交。

该曲线的斜率与VY成比例。在设置刻度时，通常采用基数为10的对数，因为这样可以简化其与分贝值的关系：当VIN= 10VX时，对数值为1，因而输出电压为VY。当VIN= 100VX时，输出为2VY，依此类推。因而，可以将VY视为“斜率电压”或“V/10倍频程系数”。

图1 对数放大器的传递函数

*注：当输入非常接近零时，对数放大器的表现不再具有对数特性，此时多数对数放大器会遵守线性VIN/VOUT法则。

VIN为负数时，对数放大器的输出情况：

当x为负值时，对数函数的值不确定。对数放大器可能以三种不同方式响应负输入：

(1) 可能产生满量程负输出，如图2所示；

(2) 可能产生与输入绝对值的对数成比例的输出，并忽略其符号，如图3所示。这类对数放大器可以视为具有对数特性的全波检波器，通常称为“检波”对数放大器。

(3) 可能产生与输入绝对值的对数成比例的输出，且符号与输入相同，如图4所示。这类对数放大器可以视为具有对数特性的视频放大器，可以称为“对数视频”放大器，或者有时也称为“真对数放大器”。 

图2 基本型对数放大器(负输入时饱和) 

图3 检波对数放大器(输出极性与输入极性无关)

图4 对数视频或“真对数放大器”(对正或负信号的响应具有对称性) 

对数放大器的架构：

对数放大器有三种基本架构可用：基本二极管对数放大器、连续检波对数放大器和基于级联半限幅放大器的“真对数放大器”。

基本二极管架构：硅二极管上流经的电流有，所以电压与流过它的电流的对数成比例，其中，为二极管反向饱和电流，为二极管热电压，约为26MV。

如果在反相运算放大器的反馈路径中放置一个二极管，则输出电压将与输入电流的对数成比例，如图所示。

图5 基于二极管/运算放大器的对数放大器

实践中，这种配置的动态范围限制在40-60 dB之间，因为二极管的特性不甚理想；但是，如果用一个以二极管连接的晶体管取代这个二极管(如图6所示)，则动态范围可以扩展至120 dB或以上。 

图6 基于晶体管/运算放大器的对数放大器

这类对数放大器有三个缺点：(1) 斜率和截距都受温度影响；(2) 只能处理单极性信号；(3) 其带宽受限且受信号幅度影响。

连续检波架构：连续检波对数放大器由级联限幅级构成，但并不直接对其输出求和，而是将这些输出施加到检波器，然后对检波器输出求和，如图4所示。如果检波器具有电流输出，则求和过程可能只是将所有检波器输出连接起来。

图7 带对数和限幅器输出的连续检波对数放大器

采用这种架构的对数放大器有两个输出：对数输出和限幅输出。其中对数输出一般含有幅度信息，相位和频率信息则丢失。然而，如果使用半波检波器，并且同时注意均衡连续检波器的延迟，则情况不一定是这样——但此类对数放大器的设计非常严苛。 

级联半限幅架构：

假设有一种基本的多级对数放大器架构，由N个级联限幅放大器和一个加法器组成，各放大器的输出驱动着一个求和电路和下一级，最后将各级放大器的输出相加作为对数放大器的输出。

图8 设想的基本的多级对数放大器架构

当然，这是一种理想而且非常普通的模型——它展示了相关原理，但很难在高频下实现。假设每个限幅放大器的延迟为t纳秒，通过所有N个级的信号会存在Nt纳秒的延迟，而只通过一个级的信号只会延迟t纳秒。这意味着，小信号会延迟Nt纳秒，而大信号则被“污损”，在Nt纳秒内分散到达。这在某些系统中是不可接受的(对多数对数放大器应用来说，这并不是问题)。

因此，可以对上述架构进行改进，改为采用小信号增益为A、大信号(增量)增益为单位值(0 dB)的多个级，而不是对增益级进行限幅。我们可以将这种级看成两个并联放大器，一个带增益的限幅放大器和一个单位增益缓冲器，二者一起为求和放大器提供信号，如图所示。

图 9 “真”对数放大器的结构和性能

——以上信息摘自《对数放大器基础知识》 ANALOG DEVICES，MT-077，MT-078.

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