LOG104在Wheatston应变测量桥路中的应用

前言
恒压源供电的不平衡Wheaston应变电桥广泛地使用在应力、应变测量中，是工业、建筑、计量行业提取测量对象应力、应变参数的主要手段之一[1]，在信号处理、模/数转换方面越来越显示出其巨大优势。在工业现场，要得到高精度恒压桥源并不容易。如果恒压源有微小的波动，经放大电路放大后就会对输出信号造成直接影响，在传统的动态应变测量和数据采集系统中无法消除[2]。因此，不通过增加额外补偿电路就能够解决Wheaston应变电桥桥源影响问题，将在减小应变电桥电路体积，提高电桥处理精度，扩大应变电桥使用范围方面发挥积极作用。

本文针对这种要求，通过研究利用对数运算的特点，使用高精度对数运算放大芯片LOG104对应变电桥输出信号和桥源信号做对数运算，滤除了桥源失调对测量输出信号的影响，实现了一种新型无桥源影响Wheatston应变电桥测量电路设计。

LOG104精密对数运算放大器
LOG104是美国BURR-BROWN公司最新生产的一款精密对数运算放大器，可对两输入电流之比进行对数运算[3]。该器件输入电流动态范围宽，可在 到 范围变化。由于采用了先进的集成电路技术，输入电流之比在100dB范围变化时，该器件能够保证总的输出误差在满刻度输出电压（FSO）的0.01%以下，偏离理想对数关系不超过0.01%，并且输出信号被精确调整到0.5V/10dB。LOG104具有极低的直流偏置电压和温漂特性，可在大温度范围内测量低幅值电流信号，其工作温度范围可达-40℃到+85℃。

LOG104优良的性能使它具有广泛的应用潜力，除进行对数、反对数运算外，还可在通信及测试仪器信号分析领域对数据进行压缩和解压，在光学应用领域对光密度信号测量，或制成便携式高精度仪器应用在各种与对数运算相关的场合。这里，将与LOG104具有相似功能的对数运算芯片加以对比，它们的典型参数值如表1所示。

由表1的数据可以看出，LOG104在对数运算芯片中具有优良的性能。

LOG104电路结构模型如图1所示。

图1 LOG104电路结构模型

由于双极型三极管的基射极电压为

（1）

其中， 焦耳/度（波尔兹曼常数），库仑（电子电荷量）， 为绝对温度（开尔文）；Ic为集电极电流；Is为反向饱和电流。

从图1电路中可知

将式（1）代入式（2）中

如果两个晶体管性能一致、温度相同，则有

另外，由于，所以式（4）可变形为

由此，既可得到

LOG104内部精密电阻经过合理选择后，最终的对数方程为

或者写为

其中 C是由R₁、R₂确定的常数。