尽管该表达式清楚地表明了VOUT1和IIN之间的对数关系，但是IS和kT/q项与温度有关，会使VBE电压产生较大的变化。为消除IS引起的温度影响，由A3及其外围电阻构成差分电路，将第二个结电压从VOUT1中减去。第二个结电压的产生方式与VOUT1相似，只是输入电流为IREF。提供两个结的晶体管特性必须非常一致，温度环境也必须非常接近，以实现正确的抵消功能。









采用IREF带来两个好处。第一，它能够设置需要的x轴“对数截距”电流—使对数放大器输出电流理论上等于零的电流。第二，除了绝对测量外，还允许用户进行比例测量。比例测量通常用于光学传感器和系统中，在这类系统中，需要将衰减后的光源与参考光源进行对比。

等式5仍然具有温度效应，VDIFF与绝对温度成正比(PTAT)。通过加入后续的温度补偿电路(通常是带有电阻温度探测器(RTD)的运算放大器级，或者类似器件，也是增益构成的一部分)，能够有效消除PTAT误差，产生理想的对数放大关系：



其中，K是新的比例常数，也称作对数放大器增益，以V/10倍程表示。由于采用log10运算的比例ILOG/IREF确定了ILOG大于或小于IREF的10倍程数量，乘上K之后将产生所需的电压单位。

直流对数放大器非常适合采用集成设计方案，这是因为关键的温度敏感元件可以共同放置在电路中，方便跟踪这些元件的温度变化。而且，在生产过程中，也容易微调各种剩余误差。在对数放大器的数据资料中会详细说明各种剩余误差指标。

 

现有的直流对数放大器

图3所示功能框图给出了一个典型的当代直流对数放大器(MAX4206)的结构。与以前的放大器相似，现今的直流对数放大器也采用了运算放大器输入结构、BJT反馈、差分放大器和温度补偿电路等。为省去射极的负驱动电压，重新布置了BJT晶体管电路的连接，以便于实现单电源工作。内置通用运算放大器，可用于实现后面的增益、失调调整甚至PID控制电路。


图3. 典型的直流对数放大器，如MAX4206，集成了微调电位器和输出放大器等元件。因此只需要极少的外围元件即可正常工作。

与以前放大器不同的是，现在的对数放大器在微小的封装(MAX4206采用4mm x 4mm、16引脚TQFN封装) 内集成了所有的电子电路。2001年以前，只能购买到体积较大、采用DIP封装的直流对数放大器，其引脚数量在14至24之间。这些早期产品价格保持在20至100美元之间，而现在的替代产品价格为5至15美元之间。

单电源工作是一些现代直流对数放大器的一项新革新，非常适合单电源工作的ADC/系统。MAX4206既可采用+2.7V至+11V单电源供电，也可采用±2.7至±5.5V双电源供电。采用单电源供电会产生一个后果，即这些对数放大器通常在其输入端保持一个典型值为0.5V的共模电压，以正确偏置求对数BJT。由于这些对数放大器是电流输入器件，对于大多数电流测量应用来说，这个由内部产生的共模电压通常不会产生问题。

现在大部分直流对数放大器普遍提供片内电流基准。该基准可连接至对数放大器的基准输入，从而可以对对数放大器的主电流输入进行绝对测量，而不是比例测量。对于MAX4206，其基准电流通过0.5V直流电压源、电压-电流转换器和一个10:1电流镜产生。需要采用外部电阻来设置所需的基准电流。

直流对数放大器还有另一个新特点，有些对数放大器提供片内电压基准，用于调节通用运算放大器的放大器失调。该基准也可用于其它通用目的。

 

应用实例

毫无疑问，直流对数放大器的大多数应用涉及光信号测量。通常采用两种方案。在第一种方案中，单个光电二极管连接至对数输入，而基准电流连接至基准输入。第二种方案采用两个光电二极管，一个连接至对数输入，另一个连接至基准输入。需要测量光信号强度绝对值时采用第一种方案，第二种方案用于光信号强度的对数比例(“对数比”)测量。

图4给出了这两种方案的常用电路。在图4(a)中，单个光电二极管通过检测光纤连接器(1％)辐射出的光信号来测量光纤通道的光信号强度。图中所示为一个PIN光电二极管，也可以采用雪崩光电二极管实现更高的测量灵敏度(如果采用高电压来偏置光电二极管，应采取正确的电源安全措施)。由于光电二极管的输出电流通常与输入光功率成线性关系(光电二极管灵敏度典型值为0.1A/mW)，并且MAX4206可工作于5个10倍程动态范围，因此这种电路能够可靠测量10&mICro;W至1W的光纤光信号强度。注意，尽管MAX4206能够保证工作在-40°C至+85°C温度范围内，工作温度和光信号频率的变化会显著影响光电二极管的性能。


图4a. 通过在对数放大器输入端放置一个光电二极管，可轻松实现测量光信号强度的对数应用。

对于光电二极管阳极保留用于其它电路的情况，例如许多光纤模块中的高速跨阻放大器(TIA)，可以采用精密电流镜/监视器置于光电二极管阴极。MAX4007系列产品非常适合于这种应用。请参考MAX4206和MAX4007的数据资料，了解更多详细信息。

当对数应用采用两个光电二极管时，其目的是对比基准光源信号和基准光源衰减后的光信号。在这种方式下，可以独立于光源光信号强度(或者至少在光信号强度变化不大时)，测量给定介质造成的衰减。这种应用在许多光学气体传感器中非常普遍。在图4(b)中，光源输出被等分成两路。第一路入射到基准PIN光电二极管，其阳极馈入MAX4206的REFIIN输入。另一路经过90°镜面反射，通过测试介质，入射到另一个PIN光电二极管(连接至LOGIIN输入)。当基准光电二极管电流校准为1mA时，另一光电二极管的电流将小于或等于1mA，大小取决于光信号的衰减。通过将基准输入电流锁定为1mA或者偏小的数值，可充分利用MAX4206的5个10倍程宽动态范围。


图4b. 对数比例应用采用两个光电二极管，通常用于测量光信号衰减。
 

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