現(xiàn)有的直流對數(shù)放大器

圖3所示功能框圖給出了一個典型的當代直流對數(shù)放大器(MAX4206)的結構。與以前的放大器相似，現(xiàn)今的直流對數(shù)放大器也采用了運算放大器輸入結構、BJT反饋、差分放大器和溫度補償電路等。為省去射極的負驅動電壓，重新布置了BJT晶體管電路的連接，以便于實現(xiàn)單電源工作。內置通用運算放大器，可用于實現(xiàn)后面的增益、失調調整甚至PID控制電路。


圖3. 典型的直流對數(shù)放大器，如MAX4206，集成了微調電位器和輸出放大器等元件。因此只需要極少的外圍元件即可正常工作。

與以前放大器不同的是，現(xiàn)在的對數(shù)放大器在微小的封裝(MAX4206采用4mm x 4mm、16引腳TQFN封裝) 內集成了所有的電子電路。2001年以前，只能購買到體積較大、采用DIP封裝的直流對數(shù)放大器，其引腳數(shù)量在14至24之間。這些早期產品價格保持在20至100美元之間，而現(xiàn)在的替代產品價格為5至15美元之間。

單電源工作是一些現(xiàn)代直流對數(shù)放大器的一項新革新，非常適合單電源工作的ADC/系統(tǒng)。MAX4206既可采用+2.7V至+11V單電源供電，也可采用±2.7至±5.5V雙電源供電。采用單電源供電會產生一個后果，即這些對數(shù)放大器通常在其輸入端保持一個典型值為0.5V的共模電壓，以正確偏置求對數(shù)BJT。由于這些對數(shù)放大器是電流輸入器件，對于大多數(shù)電流測量應用來說，這個由內部產生的共模電壓通常不會產生問題。

現(xiàn)在大部分直流對數(shù)放大器普遍提供片內電流基準。該基準可連接至對數(shù)放大器的基準輸入，從而可以對對數(shù)放大器的主電流輸入進行絕對測量，而不是比例測量。對于MAX4206，其基準電流通過0.5V直流電壓源、電壓-電流轉換器和一個10:1電流鏡產生。需要采用外部電阻來設置所需的基準電流。

直流對數(shù)放大器還有另一個新特點，有些對數(shù)放大器提供片內電壓基準，用于調節(jié)通用運算放大器的放大器失調。該基準也可用于其它通用目的。

應用實例

毫無疑問，直流對數(shù)放大器的大多數(shù)應用涉及光信號測量。通常采用兩種方案。在第一種方案中，單個光電二極管連接至對數(shù)輸入，而基準電流連接至基準輸入。第二種方案采用兩個光電二極管，一個連接至對數(shù)輸入，另一個連接至基準輸入。需要測量光信號強度絕對值時采用第一種方案，第二種方案用于光信號強度的對數(shù)比例(“對數(shù)比”)測量。

圖4給出了這兩種方案的常用電路。在圖4(a)中，單個光電二極管通過檢測光纖連接器(1％)輻射出的光信號來測量光纖通道的光信號強度。圖中所示為一個PIN光電二極管，也可以采用雪崩光電二極管實現(xiàn)更高的測量靈敏度(如果采用高電壓來偏置光電二極管，應采取正確的電源安全措施)。由于光電二極管的輸出電流通常與輸入光功率成線性關系(光電二極管靈敏度典型值為0.1A/mW)，并且MAX4206可工作于5個10倍程動態(tài)范圍，因此這種電路能夠可靠測量10µW至1W的光纖光信號強度。注意，盡管MAX4206能夠保證工作在-40°C至+85°C溫度范圍內，工作溫度和光信號頻率的變化會顯著影響光電二極管的性能。


圖4a. 通過在對數(shù)放大器輸入端放置一個光電二極管，可輕松實現(xiàn)測量光信號強度的對數(shù)應用。

對于光電二極管陽極保留用于其它電路的情況，例如許多光纖模塊中的高速跨阻放大器(TIA)，可以采用精密電流鏡/監(jiān)視器置于光電二極管陰極。MAX4007系列產品非常適合于這種應用。請參考MAX4206和MAX4007的數(shù)據(jù)資料，了解更多詳細信息。

當對數(shù)應用采用兩個光電二極管時，其目的是對比基準光源信號和基準光源衰減后的光信號。在這種方式下，可以獨立于光源光信號強度(或者至少在光信號強度變化不大時)，測量給定介質造成的衰減。這種應用在許多光學氣體傳感器中非常普遍。在圖4(b)中，光源輸出被等分成兩路。第一路入射到基準PIN光電二極管，其陽極饋入MAX4206的REFIIN輸入。另一路經過90°鏡面反射，通過測試介質，入射到另一個PIN光電二極管(連接至LOGIIN輸入)。當基準光電二極管電流校準為1mA時，另一光電二極管的電流將小于或等于1mA，大小取決于光信號的衰減。通過將基準輸入電流鎖定為1mA或者偏小的數(shù)值，可充分利用MAX4206的5個10倍程寬動態(tài)范圍。


圖4b. 對數(shù)比例應用采用兩個光電二極管，通常用于測量光信號衰減。