實時模擬計算器件AD538的原理及應(yīng)用

　　3.、 典型應(yīng)用

　　利用AD538可以進行許多模擬計算，如單象限乘法器、除法器、雙象限除法運算和比例對數(shù)的運算，并可進行模擬乘方和開方運算以及正切值的近似運算。以下以比例對數(shù)的運算和反正切值的近似運算為例來說明其應(yīng)用。

　　3.1 比例對數(shù)運算

　　圖4給出了利用AD538用來計算兩個輸入電壓(或電流)比例對數(shù)的電路結(jié)構(gòu)。B端 的輸出信號通過兩個串聯(lián)電阻與輸出放大器的相加節(jié)點相連。90.9Ω金屬膜電阻使溫度系數(shù)為3500ppm/℃的熱敏電阻的溫度系數(shù)降低，等效成溫度系數(shù)為3300ppm/℃、1.09kΩ的電阻。為了把VY從轉(zhuǎn)換函數(shù)中消除，在電路中VY應(yīng)與小于零的電壓相連(本例中為-1.2V)。

　　電路中5kΩ的電位器用于比例因子的調(diào)整，以得到每10倍程輸出1V的比例。輸出偏移電位器應(yīng)被設(shè)置成在Vx=Vz=1V時輸出為零。調(diào)整電路在VZ=1mV、VX=1V時，輸出為3V。

　　圖4所示的比例對數(shù)電路在輸入電壓落在3個量級的輸入范圍(10mV～10V)內(nèi)時，在對數(shù)域能夠獲得±0.5%的精度。這個誤差不是依據(jù)滿刻度輸出的百分比來衡量的，而是被定義為輸入值的百分比。例如，一個1V/10量程的比例因子，比例對數(shù)放大器的輸入有正極方向的1%的誤差，這樣，輸出與理想輸出之間就會有4.3mV的偏移(即1V/Log10(1.01)=4.3214mV)。負極方向的1%的輸入誤差有輕微的不同，會產(chǎn)生4.3648mV的輸出偏移。

　　3.2 反正切近似

　　圖5所示的電路是利用AD538取Vz/Vx值的指數(shù)大于1的冪的典型應(yīng)用：用AD538精確地計算出用X和Y(這里由輸入電壓VZ和Vx代替)定義的角度。精度要求在1°的范圍內(nèi)(輸入范圍在100μV～10V之間)，則AD538的反正切電路比傳統(tǒng)的模擬電路更精確，比大多數(shù)數(shù)字電路更快。直接的反正切運算只需少量外加元件。圖5所示電路實現(xiàn)的傳遞函數(shù)如下：

　　Vθ=(Vrθf-Vθ)[(VZ)/(Vx)]1.21

　　用來代替：

　　θ=Tan-1(Z/X)

　　該電路中，(Vrθf-Vθ)函數(shù)是把AD538的輸出Vθ和另外采用的參考電壓Vrθf通過一個外加的運算放大器AD547相加得到的。和AD547的100kΩ反饋相連的1μF電容作為網(wǎng)絡(luò)(由Vθ和VY間的放大器形成)的頻率補償。電阻RA(一般為931Ω)用來調(diào)節(jié)指數(shù)因子m。

　　為了得到更高的反正切精度，外加的電阻R1和R2應(yīng)該匹配。但是，因為非線性影響在這里是主要的誤差來源，所以在其他電路中的偏移調(diào)整電路就不再需要。另外，還需要注意的是在輸出接近90°時會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，這是因為這時的反正切函數(shù)值無窮大，于是AD538的 增益將會特別高的緣故。