LOG104在Wheatston應(yīng)變測量橋路中的應(yīng)用

前言
恒壓源供電的不平衡Wheaston應(yīng)變電橋廣泛地使用在應(yīng)力、應(yīng)變測量中，是工業(yè)、建筑、計(jì)量行業(yè)提取測量對(duì)象應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)的主要手段之一[1]，在信號(hào)處理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換方面越來越顯示出其巨大優(yōu)勢。在工業(yè)現(xiàn)場，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(duì)輸出信號(hào)造成直接影響，在傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中無法消除[2]。因此，不通過增加額外補(bǔ)償電路就能夠解決Wheaston應(yīng)變電橋橋源影響問題，將在減小應(yīng)變電橋電路體積，提高電橋處理精度，擴(kuò)大應(yīng)變電橋使用范圍方面發(fā)揮積極作用。

本文針對(duì)這種要求，通過研究利用對(duì)數(shù)運(yùn)算的特點(diǎn)，使用高精度對(duì)數(shù)運(yùn)算放大芯片LOG104對(duì)應(yīng)變電橋輸出信號(hào)和橋源信號(hào)做對(duì)數(shù)運(yùn)算，濾除了橋源失調(diào)對(duì)測量輸出信號(hào)的影響，實(shí)現(xiàn)了一種新型無橋源影響Wheatston應(yīng)變電橋測量電路設(shè)計(jì)。

LOG104精密對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器
LOG104是美國BURR-BROWN公司最新生產(chǎn)的一款精密對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器，可對(duì)兩輸入電流之比進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)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刻度輸出電壓（FSO）的0.01%以下，偏離理想對(duì)數(shù)關(guān)系不超過0.01%，并且輸出信號(hào)被精確調(diào)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(nèi)測量低幅值電流信號(hào)，其工作溫度范圍可達(dá)-40℃到+85℃。

LOG104優(yōu)良的性能使它具有廣泛的應(yīng)用潛力，除進(jìn)行對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)運(yùn)算外，還可在通信及測試儀器信號(hào)分析領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓，在光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)饷芏刃盘?hào)測量，或制成便攜式高精度儀器應(yīng)用在各種與對(duì)數(shù)運(yùn)算相關(guān)的場合。這里，將與LOG104具有相似功能的對(duì)數(shù)運(yùn)算芯片加以對(duì)比，它們的典型參數(shù)值如表1所示。

由表1的數(shù)據(jù)可以看出，LOG104在對(duì)數(shù)運(yùn)算芯片中具有優(yōu)良的性能。

LOG104電路結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 LOG104電路結(jié)構(gòu)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(shù)），庫侖（電子電荷量）， 為絕對(duì)溫度（開爾文）；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(nèi)部精密電阻經(jīng)過合理選擇后，最終的對(duì)數(shù)方程為

或者寫為

其中 C是由R₁、R₂確定的常數(shù)。