特征

易于使用的完整核心功能

高精度：50年內(nèi)0.01%FSO

寬輸入動(dòng)態(tài)范圍：7.5年，100pA至3.5mA

低靜態(tài)電流：1mA

供電范圍廣：±4.5V至±18V

應(yīng)用

對(duì)數(shù)，對(duì)數(shù)比計(jì)算：

通信、分析、醫(yī)療、工業(yè)、，測(cè)試和通用儀器

光電二極管信號(hào)壓縮放大器

前端模擬信號(hào)壓縮

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

說(shuō)明

LOG101是一種通用集成電路輸入電流相對(duì)于輸入電流的對(duì)數(shù)或?qū)?shù)比參考電流。LOG101在很大的動(dòng)態(tài)輸入范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試信號(hào)。在對(duì)數(shù)比應(yīng)用中，信號(hào)電流會(huì)出現(xiàn)來(lái)自光電二極管，參考電流來(lái)自具有精密外部基準(zhǔn)的系列。輸出信號(hào)在輸出電壓被調(diào)整到每十年輸入1V電流允許70年動(dòng)態(tài)輸入電流范圍。低直流偏移電壓和溫度漂移允許精確寬環(huán)境下低電平信號(hào)的測(cè)量溫度范圍。LOG101規(guī)定溫度范圍為-5°C至+75°C，操作超過(guò)–40°C至+85°C。

電氣特性

黑體限制適用于指定的溫度范圍，TA=–5°C到+75°C。

TA=+25°C，VS=±5V，ROUT=10kΩ時(shí)，除非另有說(shuō)明。

電氣特性（續(xù)）

黑體限制適用于指定的溫度范圍，TA=–5°C到+75°C。

TA=+25°C，VS=±5V，RL=10kΩ時(shí)，除非另有說(shuō)明。

注：（1）對(duì)數(shù)一致性誤差是指VOUT與對(duì)數(shù)（I1/I2）曲線最佳擬合直線的峰值偏差，用滿標(biāo)度峰間百分比表示。

（2） 在全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能需要更高的電源。

（3） 輸出核心對(duì)數(shù)函數(shù)被調(diào)整為每十年輸入電流變化1V輸出。

（4） 當(dāng)分別考慮I1和I2時(shí)，任何I1/I2比值的最壞情況總誤差是兩個(gè)誤差中最大的。

（5） 在±5V電源下，總I1+I2應(yīng)保持在4.5mA以下。

（6） 帶寬（3dB）和瞬態(tài)響應(yīng)是補(bǔ)償電容器和輸入電流水平的函數(shù)。

典型特征

TA=+25°C，VS=±5V，RL=10kΩ時(shí)，除非另有說(shuō)明。

典型特征（續(xù)）

TA=+25°C，VS=±5V，RL=10kΩ時(shí)，除非另有說(shuō)明。

申請(qǐng)信息

LOG101是一個(gè)真正的對(duì)數(shù)放大器，它使用雙極晶體管基極發(fā)射極電壓關(guān)系計(jì)算流動(dòng)比率的對(duì)數(shù)或?qū)?shù)比率。圖1顯示了操作所需的基本連接日志101。為了減少鉛的影響電源線的電感，建議每一個(gè)電源都用一個(gè)10μF鉭電容器繞過(guò)與1000pF陶瓷電容器并聯(lián)，如中所示圖1。將電容器連接到靠近LOG101的位置盡可能減少噪音。

輸入電流范圍

為了保持規(guī)定的精度，輸入電流范圍LOG101應(yīng)限制在100pA至3.5mA之間。輸入電流超出此范圍可能會(huì)影響LOG101的性能。輸入電流大于3.5mA會(huì)導(dǎo)致非線性。絕對(duì)最大輸入電流額定值包括10mA，以防止過(guò)大的功耗晶體管可能損壞測(cè)井。在±5V電源上，總輸入電流（I1+I2）限制為4.5毫安。由于LOG101內(nèi)部的合規(guī)性問(wèn)題適應(yīng)較大的總輸入電流，電源應(yīng)增加。小于100pA的電流會(huì)導(dǎo)致誤差增加至運(yùn)算放大器A1和A2（通常為5pA）的輸入偏置電流。可以對(duì)輸入偏置電流進(jìn)行補(bǔ)償，如中所示圖2。放大器的輸入級(jí)有FET輸入，輸入偏置電流每10°C加倍，這使得調(diào)零技術(shù)僅在溫度相當(dāng)穩(wěn)定。

設(shè)定參考電流

當(dāng)LOG101用于計(jì)算對(duì)數(shù)時(shí)，I1或I2可以保持恒定，并成為與另一個(gè)進(jìn)行比較。VOUT表示為：VOUT=（1V）•對(duì)數(shù)（I1/I2）（1）

IREF可以從外部電流源（如如圖3所示），也可以從電壓帶有一個(gè)或多個(gè)電阻器的電源。當(dāng)一個(gè)電阻使用時(shí)，該值可能很大，具體取決于IREF。如果IREF是使用10nA和+2.5V：RREF=2.5V/10nA=250MΩ

分壓器可用于降低電阻，如圖4所示。當(dāng)使用這種方法時(shí)必須考慮放大器可能引起的誤差輸入偏移電壓。放大器的輸入電壓偏移最大值為1.5mV，建議使用VREF a值為100mV。

圖5顯示了一個(gè)使用系列的低電平電流源

電阻器。低偏移運(yùn)算放大器降低了LOG101的輸入偏移電壓。

頻率響應(yīng)

在典型特性曲線中看到的頻率響應(yīng)曲線顯示了恒定直流I1和I2一個(gè)輸入端的信號(hào)交流電流。LOG101的3dB頻率響應(yīng)是輸入電流電平的大小和頻率補(bǔ)償電容器。見(jiàn)典型特征曲線“3dB頻率響應(yīng)”以獲取詳細(xì)信息。LOG101的瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)于增大和減小的信號(hào)是不同的。這是因?yàn)閷?duì)數(shù)放大器是一個(gè)非線性增益元件，具有不同的增益在不同水平的輸入信號(hào)。輸入電流更小需要更大的增益來(lái)保持完整的動(dòng)態(tài)范圍，并且減慢LOG101的頻率響應(yīng)。

頻率補(bǔ)償

LOG101的頻率補(bǔ)償通過(guò)在插腳3和8之間連接電容器。的大小電容器是輸入電流的函數(shù)，如典型特性曲線（補(bǔ)償電容器的最小值）。對(duì)于任何給定的應(yīng)用程序，最小的可使用的電容器值由I2的最大值和I1的最小值。更大的CC的值將使LOG101更加穩(wěn)定，但是降低頻率響應(yīng)。在應(yīng)用程序中，可以獲得最高的總帶寬通過(guò)檢測(cè)VOUT的信號(hào)電平，然后接通補(bǔ)償電容器的適當(dāng)值。

負(fù)輸入電流

LOG101僅在輸入電流為正時(shí)工作（傳統(tǒng)電流流入針腳1和8）。在某些情況下當(dāng)需要負(fù)輸入電流時(shí)，電路可以使用圖6、7和8。

電壓輸入

LOG101在電流輸入下具有最佳性能。電壓輸入可以用串聯(lián)電阻直接處理，但是動(dòng)態(tài)輸入范圍被限制在大約三個(gè)幾十年的輸入電壓由電壓噪聲和偏移引起。這個(gè)式（13）的傳遞函數(shù)適用于這種結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用電路

對(duì)數(shù)比

對(duì)數(shù)比放大器的一個(gè)更常見(jiàn)的用途是測(cè)量吸光度。典型應(yīng)用如所示圖9。樣品的吸光度為A=對(duì)數(shù)λ1′/λ1（3）如果D1和D2匹配，則A∞（1V）logI1/I2

數(shù)據(jù)壓縮

在許多應(yīng)用中，對(duì)數(shù)傳遞函數(shù)的壓縮效應(yīng)是有用的。例如，LOG101在12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前產(chǎn)生相當(dāng)于20位轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。

單電源運(yùn)行

許多應(yīng)用程序沒(méi)有所需的雙電源

操作LOG101。圖10顯示了單+5V電源運(yùn)行時(shí)的LOG101配置

利用基極發(fā)射極電壓匹配關(guān)系

雙極晶體管，LOG101建立了輸入電流比的對(duì)數(shù)函數(shù)。從基極發(fā)射極電壓定義為：

k=玻爾茲曼常數(shù)=1.381•10–23

T=絕對(duì)溫度，單位：開(kāi)氏度

q=電子電荷=1.602•10–19庫(kù)侖

IC=集電極電流

IS=反向飽和電流

從圖11中的電路可以看出：

如果晶體管匹配并且等溫VTI=VT2，則（3）變?yōu)椋?img src="https://uploadfile.ic37.com/uploadfile/mynews/2020-07-21/46a7260c-03c3-4019-b66a-3f50de270f33.png" title="QQ圖片20200721111649.png" />

需要注意的是，溫度依賴性與VT=kT/q相關(guān)的內(nèi)部補(bǔ)償通過(guò)使R1成為具有所需正溫度系數(shù)的溫度敏感電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)LOG101。

術(shù)語(yǔ)定義

傳遞函數(shù)

理想的傳遞函數(shù)為：電壓=1V•對(duì)數(shù)（I1/I2）圖12顯示了傳輸?shù)膱D形表示超過(guò)LOG101的有效工作范圍。

準(zhǔn)確度

對(duì)數(shù)比放大器的精度考慮比其他放大器更復(fù)雜。這是因?yàn)閭鬟f函數(shù)是非線性的輸入，每一個(gè)都可以在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化。確定任何輸入組合的精度從總錯(cuò)誤規(guī)范中。

總誤差

總誤差是理想輸出的實(shí)際輸出值=1V•log（I1/I2）。因此，VOUT（實(shí)際）=VOUT（理想）±總誤差。它代表了所有誤差分量的總和通常與對(duì)數(shù)放大器在電流輸入模式。任何給定比率的最壞情況誤差當(dāng)I1和I2為單獨(dú)考慮。溫度會(huì)影響總誤差。錯(cuò)誤RTO和RTI與任何傳遞函數(shù)一樣，函數(shù)本身產(chǎn)生的錯(cuò)誤可以被稱為輸出（RTO）或輸入（RTI）。在這方面，對(duì)數(shù)放大器有一個(gè)獨(dú)特的特性：給定對(duì)數(shù)放大器輸出端的錯(cuò)誤電壓對(duì)應(yīng)于輸入的恒定百分比，而不管實(shí)際輸入電平。使用更大的參考電壓減少偏移誤差使用更大的參考電壓來(lái)創(chuàng)建基準(zhǔn)電流最小化了由于LOG101的輸入偏移引起的誤差電壓。保持不斷增加的輸出電壓作為增加光電二極管電流的功能在許多光學(xué)傳感應(yīng)用。從A/D轉(zhuǎn)換器輸出代表零或低標(biāo)度光電二極管電流。將參考電流輸入I1，并設(shè)計(jì)IREF使其與預(yù)期一樣大或更大最大光電二極管電流是用這個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的要求。使用引用配置的LOG101電流連接I1和光電二極管電流連接圖13所示為I2。OPA703配置為具有反轉(zhuǎn)增益的電平變換器，用于縮放光電二極管電流直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器電壓范圍。LOG101的寬動(dòng)態(tài)范圍也適用于測(cè)量雪崩光電二極管電流（APD）（見(jiàn)圖14）。

日志符合性

對(duì)于LOG101，對(duì)數(shù)一致性的計(jì)算方法與線性度，在半對(duì)數(shù)標(biāo)度上繪制I1/I2。在許多方面應(yīng)用方面，日志一致性是最重要的規(guī)范。這是因?yàn)槠秒娏髡`差可以忽略不計(jì)（與100pA及以上的輸入電流相比為5pA）和比例因子和偏移誤差可修剪為零或已被系統(tǒng)校準(zhǔn)刪除。這使得日志一致性

錯(cuò)誤的主要來(lái)源。

對(duì)數(shù)符合性定義為與最佳值的峰值偏差擬合VOUT與log（I1/I2）曲線的直線。這是表示為理想滿標(biāo)度輸出的百分比。因此用伏特表示的m年非線性誤差為：輸出電壓（NONLIN）=1V/dec•2NmV其中N是日志一致性誤差，以百分比表示。單個(gè)錯(cuò)誤組件電流輸入的理想傳遞函數(shù)為：

誤差的單個(gè)組成部分是：

∆K=增益精度（0.15%，典型值），如規(guī)格表。

IB1=A1的偏置電流（5pA，典型值）

IB2=A2的偏置電流（5pA，典型值）

N=對(duì)數(shù)一致性誤差（0.01%，0.06%，典型值）

n=5為0.01%，n=7為0.06%

VOSO=輸出偏移電壓（3mV，典型值）

n=指定n的數(shù)十年數(shù)：

示例：錯(cuò)誤是什么

由于理想輸出為1.000V，因此誤差為閱讀是

外部輸入電流源的電阻值。

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