LOG104在Wheatston應變測量橋路中的應用

前言
恒壓源供電的不平衡Wheaston應變電橋廣泛地使用在應力、應變測量中，是工業(yè)、建筑、計量行業(yè)提取測量對象應力、應變參數的主要手段之一[1]，在信號處理、模/數轉換方面越來(lái)越顯示出其巨大優(yōu)勢。在工業(yè)現場(chǎng)，要得到高精度恒壓橋源并不容易。如果恒壓源有微小的波動(dòng)，經(jīng)放大電路放大后就會(huì )對輸出信號造成直接影響，在傳統的動(dòng)態(tài)應變測量和數據采集系統中無(wú)法消除[2]。因此，不通過(guò)增加額外補償電路就能夠解決Wheaston應變電橋橋源影響問(wèn)題，將在減小應變電橋電路體積，提高電橋處理精度，擴大應變電橋使用范圍方面發(fā)揮積極作用。

本文針對這種要求，通過(guò)研究利用對數運算的特點(diǎn)，使用高精度對數運算放大芯片LOG104對應變電橋輸出信號和橋源信號做對數運算，濾除了橋源失調對測量輸出信號的影響，實(shí)現了一種新型無(wú)橋源影響Wheatston應變電橋測量電路設計。

LOG104精密對數運算放大器
LOG104是美國B(niǎo)URR-BROWN公司最新生產(chǎn)的一款精密對數運算放大器，可對兩輸入電流之比進(jìn)行對數運算[3]。該器件輸入電流動(dòng)態(tài)范圍寬，可在 到 范圍變化。由于采用了先進(jìn)的集成電路技術(shù)，輸入電流之比在100dB范圍變化時(shí)，該器件能夠保證總的輸出誤差在滿(mǎn)刻度輸出電壓（FSO）的0.01%以下，偏離理想對數關(guān)系不超過(guò)0.01%，并且輸出信號被精確調整到0.5V/10dB。LOG104具有極低的直流偏置電壓和溫漂特性，可在大溫度范圍內測量低幅值電流信號，其工作溫度范圍可達-40℃到+85℃。

LOG104優(yōu)良的性能使它具有廣泛的應用潛力，除進(jìn)行對數、反對數運算外，還可在通信及測試儀器信號分析領(lǐng)域對數據進(jìn)行壓縮和解壓，在光學(xué)應用領(lǐng)域對光密度信號測量，或制成便攜式高精度儀器應用在各種與對數運算相關(guān)的場(chǎng)合。這里，將與LOG104具有相似功能的對數運算芯片加以對比，它們的典型參數值如表1所示。

由表1的數據可以看出，LOG104在對數運算芯片中具有優(yōu)良的性能。

LOG104電路結構模型如圖1所示。

圖1 LOG104電路結構模型

由于雙極型三極管的基射極電壓為

（1）

其中， 焦耳/度（波爾茲曼常數），庫侖（電子電荷量）， 為絕對溫度（開(kāi)爾文）；Ic為集電極電流；Is為反向飽和電流。

從圖1電路中可知

將式（1）代入式（2）中

如果兩個(gè)晶體管性能一致、溫度相同，則有

另外，由于，所以式（4）可變形為

由此，既可得到

LOG104內部精密電阻經(jīng)過(guò)合理選擇后，最終的對數方程為

或者寫(xiě)為

其中 C是由R₁、R₂確定的常數。